Материалы II Всероссийской конференции с международным участием к 105-летию со дня

Материалы II Всероссийской
конференции с международным
участием к 105-летию со дня
рождения академика А. В. Иванова
Современные проблемы эволюционной
морфологии животных
Санкт-Петербург • 2011
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
Учреждение Российской академии наук Зоологический институт РАН
Санкт-Петербургский государственный университет
Санкт-Петербургское общество естествоиспытателей
Санкт-Петербургский союз ученых
Паразитологическое общество при РАН
«Современные проблемы эволюционной
морфологии животных»
Материалы II Всероссийской конференции с
международным участием
к
105-летию со дня рождения академика А. В. Иванова
17–19 октября 2011 г.
Санкт-Петербург
УДК 591.4(042.5)
ББК 28.66
С56
ISBN 978-5-98709-392-4
Зайцева О. В., Петров А. А. (ред.). Современные проблемы эволюционной морфологии
животных. (Материалы II Всероссийской конференции с международным участием)
«Современные проблем эволюционной морфологии животных» к 105-летию со дня
рождения академика А. В. Иванова, 17–19 октября 2011 г.) — СПб: ЗИН РАН. 2011.
382 с.
В настоящем сборнике представлены материалы устных и стендовых докладов участников II Всероссийской конференции с международным участием «Современные
проблемы эволюционной морфологии животных». Тематика конференции охватывает широкий круг проблем, включая общие проблемы эволюционной морфологии,
проблемы эволюционной эмбриологии, эволюции онтогенезов и морфогенетических механизмов, общие проблемы филогенетики и систематики животных, а также
проблемы функциональной морфологии. В рамках конференции проведен «Круглый стол» по проблемам современной цестодологии к 100-летию со дня рождения
М. Н. Дубининой. Сборник предназначен для биологов и медиков, интересующихся
вопросами современной эволюционной морфологии, а также студентов и аспирантов
биологических и медицинских факультетов.
Главный редактор:
директор Учреждения Российской академии наук
Зоологического института РАН член-корр. РАН О. Н. Пугачев
Ответственные редакторы:
О. В. Зайцева и А. А. Петров
Редколлегия:
О. С. Воскобойникова, И. М. Дробышева, А. К. Галкин, Е. А. Котикова,
О. И. Райкова, А. А. Петров, Р. В. Смирнов
Оргкомитет:
Председатель: О. Н. Пугачев Учреждение Российской академии наук Зоологический институт
РАН. Зам председателя: О. В. Зайцева, дбн, Учреждение Российской академии наук Зоологический институт РАН, А. Д. Харазова, профессор, Санкт-Петербургский государственный университет, В. В. Малахов, член-корр., Московский государственный университет.
Ответственные секретари
Р. В. Смирнов, кбн, Учреждение Российской академии наук Зоологический институт РАН и
С. А. Петров, Учреждение Российской академии наук Зоологический институт РАН
Члены оргкомитета:
От Учреждения Российской академии наук Зоологического института РАН:
дбн О. С. Воскобойникова, кбн И. М. Дробышева, кбн, А. К. Галкин, дбн Е. А. Котикова, кбн
О. И. Райкова, кбн А. А. Петров, кбн В. Н. Романов, кбн А. Н. Шумеев, кбн И. М. Подвязная,
Т. Г. Маркосова
От Санкт-Петербургского государственного университета:
профессор А. И. Гранович, профессор Г. О. Черепанов, профессор А. П. Перевозчиков, профессор Д. К. Обухов.
От Санкт-Петербургского общества естествоиспытателей: А. К. Дондуа, дбн
От Санкт-Петербургского союза ученых: Л. Я. Боркин, кбн
Председатель круглого стола: В. Л. Контримавичуc, акад. РАМ, акад. Литовской АН
Проведение конференции и издание материалов
осуществлены при финансовой поддержке
Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 11-04-06079г)
и Финансово-экономического управления РАН
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
5
Содержание
Предисловие������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Е. А. Котикова Академик Артемий Васильевич Иванов (1906–1992)������������������������������������������ Е. А. Котикова Профессор Юрий Викторович Мамкаев (1933–2010)����������������������������������������� О. В. Зайцева Развитие идей и направлений исследования А. В. Иванова в Лаборатории
эволюционной морфологии ЗИН РАН���������������������������������������������������������������������������������������� Л. И. Амосова Сравнительное морфофункциональное исследование альвеолярных желез некоторых видов паразитиформных и акариформных клещей������������������������������������ Л. В. Аникиева Микроэволюционные аспекты изменчивости и специфичности паразитов рыб�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Р. А. Бабаханова, Н. П. Смирнова, Р. П. Костюченко Клеточные и молекулярные
механизмы паратомии у олигохет������������������������������������������������������������������������������������������������� Г. В. Березкина Функциональная морфология половой системы Cincinna macrostoma
(Steenbuch, 1864) (Gastropoda, Pectinibranchia, Valvatidae)������������������������������������������������������� А. В. Беспятых, Р. М. Сабиров Функциональная морфология репродуктивной системы
самцов неплавниковых осьминогов (Octopoda: Incirrata)�������������������������������������������������������� Н. М. Бисерова Строение мозга цестод: словарное определение и приведение в соответствие с международным словарем по нейроанатомии и нейрофилогении беспозвоночных�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Н. М. Бисерова Явление дорсо-вентральной асимметрии в строении мозга цестод�������������� М. И. Блинова, Д. Е. Бобков, А. Н. Горшков, Г. П. Пинаев Поведение клеток целомического эпителия морской звезды Asterias rubens L. В процессе культивирования и
взаимодействие их с целомоцитами в условиях in vitro������������������������������������������������������������ Е. В. Богомолова Пищеварительная система морского паука Nymphon brevirostre Hodge,
1863 (Arthropoda: Pycnogonida)������������������������������������������������������������������������������������������������������� А. О. Борисанова Строение нервной системы колониальных Kamptozoa и вопросы филогенетического положения группы в составе Spiralia������������������������������������������������������������ И. Е. Борисенко, А. В. Ересковский Клеточные механизмы регенерации эктосомы у Halisarca dujardini (Porifera)���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Ю. М. Бурмистров, Ж. П. Шуранова Морфофункциональные характеристики околоротовых придатков пресноводных раков������������������������������������������������������������������������������������� Л. Г. Буторина Морфометрические особенности неполовозрелых особей Polyphemus pediculus (L., 1761) (Crustacea, Cladocera, Onychopoda) из покоящихся и субитанных яиц� Л. Р. Валидова, М. М. Сальникова К вопросу об ультраструктуре головного ганглия
скребня Pomphorhynchus laevis (Muller, 1776)��������������������������������������������������������������������������������� 12
15
19
23
34
38
41
45
49
53
54
58
62
66
69
72
73
78
И. В. Воронкина, Н. А. Шарлаимова, К. Холм, Б. Хернрот, М. Торндайк, Г. П. Пинаев
Функциональная активность белков целомической жидкости морской звезды Asterias
rubens (L.) на начальных стадиях регенерации морских беспозвоночных и млекопитающих������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 82
В. М. Гаврилов Эволюционные перестройки систем и структур транспорта и усвоения
кислорода при возникновении гомойотермии�������������������������������������������������������������������������� 86
Г. Р. Газизова К вопросу об ультраструктуре паренхимы Geocentrophora intersticialis
(Lecithoepitheliata)������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 91
К. В. Галактионов, И. М. Подвязная, А. А. Добровольский Модульный принцип
в морфофункциональной организации спороцист некоторых трематод�������������������������� 94
А.К. Галкин, К.В. Регель Род Kowalewskius Yamaguti, 1959 (Cestoda, Hymenolepididae)
и его видовой состав������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 98
Г. Е. Генихович Молекулярные инструменты на службе эволюционной эмбриологии������� 101
А. В Голиков, А. Р. Моров, Р. М. Сабиров, П. А. Любин, Л. Л. Ергенсен, А. А. Ризванов,
М. Сугимото Таксономия арктических сепиолид (Cephalopoda, Sepiolida) по морфофункциональным и молекулярно-генетическим данным���������������������������������������������������� 102
Т. Б. Голубева, Л. В. Зуева, Е. В. Корнеева Роль становления гомойотермии в процессе
формирования рецепторного аппарата слухового и зрительного анализаторов����������� 106
Е. Л. Гонобоблева, С. М. Ефремова Происхождение половых клеток у низших многоклеточных животных����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 110
И. И. Гордеев Тонкое строение нервной системы Bothriocephalus scorpii (Cestoda, Bothriocephalidea)���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 112
С. Д. Гребельный Видовое разнообразие коралловых полипов. Трудности, связанные
с клонированием и перманентными гибридами��������������������������������������������������������������������� 115
И. Ю. Долматов Происхождение мышечной системы иглокожих������������������������������������������� 119
И. М. Дробышева Цилиогенез в эпидермисе турбеллярий — сравнительное исследование���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 123
Т. П. Евгеньева Парадоксы функциональной морфологии желудочных «зубов» яванского панголина (Manis javanica Desmarest, 1822, Pholidota, Mammalia)����������������������������������� 127
А. В. Евтушенко, В. В. Корнюшин Основные этапы развития лигулид Ligula intestinalis и
Digramma interrupta во втором промежуточном хозяине (экспериментальное заражение)������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� В. И. Ефремов, Е. А. Кондакова Морфо-функциональные характеристики желточного
синцитиального слоя в развитии Danio rerio (Teleostei)���������������������������������������������������������� О. Д. Жаворонкова Откладка яиц и развитие личинок высших водяных клещей (Acariformes, Hydrachnidia)����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� М. К. Жемчужников, А. Н. Князев Микроанатомический анализ топографии желез
ретроцеребрального комплекса сверчков родов Gryllus и Phaeophilacris���������������������������� З. А. Жигульская Морфологические особенности и распознавание возрастов живых личинок муравьев Myrmica angulinodis��������������������������������������������������������������������������������������������� 130
134
138
142
146
В. В. Жуков, О. П. Тучина Афферентные и эфферентные пути в зрительной системе
пресноводных легочных моллюсков������������������������������������������������������������������������������������������� 150
Я. И. Заботин, А. И. Голубев Ультраструктурные особенности сперматозоидов бескишечных турбеллярий (Acoela) в свете филогенетических построений����������������������������� 154
О. В. Зайцева, В. Н. Романов, Т. Г. Маркосова Распределение FMRF-амидиммунореактивности в периферической нервной системе асцидии Styela rustica��������� 157
Н. В. Зеленков Ранняя эволюция гусеобразных (Aves: Anseriformes)��������������������������������������� 161
Т. И. Иванова, А. И. Шакирова, И. В. Кудрявцев Динамика морфофункционального
состояния периферической крови миноги речной (Lampetra fluviatilis) как следствие
голодания и изменения функционирования очагов кроветворения в преднерестовый
период������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Г. И. Извекова, М. М. Соловьев Заражение цестодами и активность пищеварительных
ферментов хозяев����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Н. Н. Камардин Структурно-функциональная эволюция сенсорной поверхности осфрадия переднежаберных моллюсков����������������������������������������������������������������������������������������������� Н. П. Карасева, В. В. Малахов, С. В. Галкин Детали строения половой системы вестиментифер�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 165
169
173
177
А. П. Касаткина, Г. И. Бурий, М. В. Столярова Сложность и простота организации щетинкочелюстных как показатель неравномерности темпов эволюционного развития
органов������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ А. П. Козлов Популяции организмов-опухоленосителей как переходные формы между
видами организмов, стоящих на различных ступенях прогрессивной эволюции �������� С. В. Коняев Проблемы изучения онтогенеза, морфологии и систематики цестод семейства Taeniidae Ludwig, 1886������������������������������������������������������������������������������������������������������������ Е. М. Коргина Виды рода Phaenocora (Turbellaria, Neorhabdocoela, Typhloplanidae) бассейна Верхней Волги������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 180
185
186
188
Ж. В. Корнева, С. А. Корниенко Морфофункциональные взаимодействия в системе
матка-эмбрион у циклофилидных цестод�������������������������������������������������������������������������������� 192
С. А. Корниенко Цестоды рода Neoskrjabinolepis (Hymenolepididae, Cyclophyllidea,
Cestoda) — паразиты бурозубок (Soricidae) Палеарктики����������������������������������������������������� 196
Ю. А Краус, Е. М. Савина, И. А. Косевич Происхождение эмбриональной индукции.
Индукционные взаимодействия в эмбриональном и личиночном развитии книдарий, низших многоклеточных животных���������������������������������������������������������������������������������� Д. Ю. Крупенко Пространственная организация мышечных волокон в присосках нескольких видов трематод���������������������������������������������������������������������������������������������������������������� К. Г. Кузнецова Тонкое строение нервной системы тихоходки Halobiotus stenostomus Richters, 1908 (Tardigrada: Eutardigrada, Hypsibiidae)���������������������������������������������������������������������� Т. В. Кузнецова, Т. Г. Маркосова NADPH-диафоразная активность в структурах торакальных ганглиев брюшной нервной системы и в нервно-мышечных окончаниях
крыловой мышцы перелетной саранчи Locusta migratoria L.������������������������������������������������� Т. В. Кузьмина, В. В. Малахов Организация кровеносной системы замковой брахиоподы
Hemithyris psittacea����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� А. Д. Куликова Методика цветовой дифференциации моллюска Mytilus galloprovincialis
Lam.������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ М. М. Куклина Физиологические особенности взаимоотношений в системе паразит—
хозяин на примере моевки и ленточных червей��������������������������������������������������������������������� Б. А. Левин О причинах и механизмах изменчивости числа чешуй у рыб: подход evodevo������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 200
204
207
211
216
219
222
226
Д. В. Лычаков Проблема морфологической асимметрии рецепторных органов позвоночных (вестибулярный аппарат)������������������������������������������������������������������������������������������������������ 229
С. И. Мельницкий, В. Д. Иванов Строение псевдоплакоидных сенсилл на сенсорных
придатках головы Amphiesmenoptera (Insecta: Trichoptera, Lepidoptera)�������������������������� 233
Д. Ю. Назаров, А. В. Кучерявый Строение структур–предшественников языка личинок
тихоокеанской миноги и его таксономическое значение������������������������������������������������������ 237
О. Г. Нанова Географическая изменчивость черепа и проблемы систематики в надвидовом комплексе Meriones meridianus (Mammalia: Rodentia)������������������������������������������������������� 241
В. П. Никишин Разнообразие и ультраструктура защитных образований цистицеркоидов гименолепидат��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 245
Д. К. Обухов, Е. В. Обухова, Е. В. Пущина Эволюционная морфология конечного мозга
лучеперых рыб���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 250
А. Н. Островский, Т. Шваха Ультраструктура плацентарного аналога у ктеностомной
мшанки Zoobotryon verticillatum (delle Chiaje, 1828) (Gymnolaemata)������������������������������������ 254
О. А. Петухова, Н. С. Шарлаимова, С. В. Шабельников Гистологический анализ прогениторых клеток целомического эпителия морской звезды Asterias rubens L.���������������� 257
С. И. Плотникова, В. Л. Свидерский Особенности строения ЦНС стрекоз семейства
Aeschnidae на примере Aeschna grandis���������������������������������������������������������������������������������������� 261
И. М. Подвязная, К. В. Галактионов К вопросу о наличии ядер в наружном слое тегумента спороцист буцефалидных трематод и их возможном происхождении���������������� 262
Л. Г. Поддубная Альтернативный взгляд на филогенез паразитических плоских червей
(Neodermata) на основе ультраструктурных характеристик их протонефридиев и
признания парафилии Monogenea��������������������������������������������������������������������������������������������� 266
Т. А. Полякова Морфологическая дифференциация цестод Rhinebothriidea gen. Spp.
(Plathelminthes: Cestoda) — паразитов Dasyatis pastinaca (L., 1758) (Pisces: Dasyatidae)
в Черном море����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 270
Н. А. Поспехова Неклеточная экзоциста метацестод циклофиллидей���������������������������������� 274
М. В. Протасов, Н. С. Шарлаимова, О. В. Галибин, Г. П. Пинаев, И. В. Воронкина
Влияние белков целомической жидкости Asterias rubens (L.) На процессы миграции и
пролиферации фибробластов в культуре и на модели раны у крыс��������������������������������� Е. В. Пущина Эволюционная пластичность катехоламинергических систем продолговатого мозга костистых рыб����������������������������������������������������������������������������������������������������������� Е. В. Райкова Polypodiozoa — новый класс книдарий?���������������������������������������������������������������� Е. В. Райкова, О. И. Райкова Уникальные мышечные клетки книдарии Polypodium hydriforme������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� О. И. Райкова Hовейшая филогения Acoela����������������������������������������������������������������������������������� А. К. Райский О формообразовании морских пауков (Arthropoda: Pycnogonida) путем
сохранения ювенильных признаков������������������������������������������������������������������������������������������� 278
281
285
289
292
296
И. С. Резникова-Галашевич, В. Г. Спиридонов, П. П. Табака, С. Д. Мельничук
Популяционно-генетический анализ представителей семейства осетровых
(Acipenseridae), выловленных в 2009 г. В Азово-Черноморском бассейне������������������������� 300
Г. А. Савостьянов, Н. М. Грефнер, Е. Г. Магницкая, А. А. Налимов, А. Сидоровская
Компьютерное моделирование пространственной организации клеточных пластов�� 303
Е. А. Северцова, А. С. Северцов Механизмы регуляции эмбриогенеза на узловых (критических) стадиях развития����������������������������������������������������������������������������������������������������������� 307
Е. А. Седельникова Некоторые особенности использования индекса отолитов анчоуса
при определении популяционной принадлежности������������������������������������������������������������� 310
Р. В. Смирнов Классификация рода Siboglinum caullery (Annelida: Pogonophora) на основании данных сравнительно-морфологического и кладистического анализа���������������� 314
Е. В. Солдатенко Pазвитие копулятивного аппарата у моллюсков семейства Planorbidae
(Gastropoda: Pulmonata) и его значение в систематике группы������������������������������������������� 318
А. А. Солдатов, В. Н. Новицкая, И. А. Парфенова Функциональная морфология ядерных эритроцитов гидробионтов (рыбы, моллюски) в условиях внешней гипоксии
и аноксии�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� В. В. Старунов, О. Б. Лаврова Серотонин и fmrf-амидергические нейроны в ганглии
брюшной нервной цепочки у полихет Platynereis dumerilii и Phyllodoce groenlandica�������� М. В. Столярова Цитологические аспекты начальных этапов эволюции эпителиальных
систем�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� С. И. Сухарева, Ф. Е. Четвериков Некоторые аспекты эволюции четырехногих клещей
(Acari, Eriophyoidea) на растениях����������������������������������������������������������������������������������������������� Е. Н. Темерева Анатомия целомической системы форонид: два типа организации������������ Е. Н. Темерева Строение предротового целома Phoronopsis harmeri: анатомия и ультраструктура�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� Е. Н. Темерева, В. В. Малахов Метамерия у форонид���������������������������������������������������������������� 322
326
330
334
338
342
346
Ю. П. Толмачева, Т. Н. Дисс, М. Л. Тягун Исследование изменчивости морфогеометрических параметров челюстных костей байкальских коттоидных рыб (Cottoidei)���� 350
Е. А. Флерова (Назарова), Л. В. Балабанова Особенности ультраструктуры лейкоцитов
костистых рыб различных филогенетических групп������������������������������������������������������������� 354
Л. И. Хожай Структурные преобразования цитотрофобласта в развивающейся плаценте
у человека и млекопитающих������������������������������������������������������������������������������������������������������� 358
Г. О. Черепанов Происхождение черепах как проблема эволюционной морфологии������� 362
Е. Е. Чернова, Я. И. Заботин Ультраструктура половых клеток и их формирование у бескишечной турбеллярии Convoluta convoluta (Acoela)��������������������������������������������������������������� 366
Н. В. Шакурова, А. Н. Абашева Уникальные черты строения фоторецепторных органов
пиявок�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 370
А. Б. Шатров Сравнительная и эволюционная морфология Parasitengona (Acariformes)����� 374
А. Н. Шумеев Генито-интестинальное соединение у пресноводных планарий (Plathelminthes: Tricladida) Западного Кавказа��������������������������������������������������������������������������������������� 378
«Современные проблемы эволюционной
морфологии животных»
Материалы II Всероссийской
конференции с международным
участием
к
105-летию со дня рождения академика
А. В. Иванова
12
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Предисловие
II Всероссийская конференция с международным участием «Современные
проблемы эволюционной морфологии животных» проводится в Учреждении
Российской академии наук Зоологическом институте РАН, с 17 по 19 октября 2011 г., через пять лет после первой (юбилейной) конференции, которая
состоялась в 2006 г. к 100-летию со дня рождения академика Артемия Васильевича Иванова, выдающегося зоолога-эволюциониста, лауреата Ленинской
премии, основателя и первого заведующего Лаборатории эволюционной
морфологии Зоологического института РАН.
В развитие эволюционной морфологии как самостоятельной науки и
методологической основы для систематики, филогенетики и эволюционной теории важный вклад внесли отечественные биологи А. Н. Северцов,
И. И. Шмальгаузен, В. А. Догель, П. П. Иванов, В. Н. Беклемишев, А. А. Заварзин, А. В. Иванов, А. А. Заварзин (сын) и мн. др. Сложились традиции,
школы, новые перспективные и приоритетные для российской науки направления исследований. Хочется отметить, что за годы, прошедшие с прошлой конференции, отечественная эволюционная морфология все больше
возрождается и набирает силу, все больше в рядах морфологов появляется
специалистов, которые ранее считали эволюционную морфологию утратившей актуальность, устаревшей наукой. Являясь фундаментальной основой
многих направлений исследований в биологии и в медицине, неиссякаемым
источником модельных объектов для эмбриологии, генетики, биохимии и
нейробиологии, а также основой для поиска новых и уточнения уже известных систематических признаков и построения естественной системы животного царства, эволюционная морфология, как никакая другая наука, привлекает к себе внимание широкого круга специалистов. Так сложилось, что
в области эволюционной морфологии работают зоологи, гистологи, цитологи, эмбриологи, генетики, физиологи и т. д., изучающие разные морфологические уровни и использующие самые разнообразные методы и подходы. Им
редко удается собраться вместе для обсуждения широких морфологических
проблем, и они в основном встречаются на узкотематических конференциях
и симпозиумах. Ни для кого не секрет, что исследования, ведущиеся на современном уровне в области морфологии с каждым годом дорожают, становясь
доступными только для ограниченного круга лабораторий и специалистов.
Это прежде всего относится ко многим гисто- и иммуноцитохимическим
методам исследования с помощью конфокальной и мультифотонной лазерной микроскопии. Многие уникальные по информативности классические
методы (например, нейрогистологические методы суправитальной окраски
метиленовым синим и импрегнации азотнокислым серебром) крайне капризы и требуют значительных навыков работы с ними, поэтому редко успешно
используются не только у нас в стране, но и за рубежом. Одним из путей преодоления этих сложностей может быть объединение усилий ученых из разных организаций, создание временных научных коллективов, нацеленных
на решение конкретных совместных задач, а также обмен опытом и взаимное
обучение новым методам, чему в значительной степени, как мы надеемся,
способствовала проведенная конференция, а также последовавшая сразу за
Предисловие
13
ней первая школа для молодых специалистов и студентов «Современные проблемы эволюционной морфологии животных» (20–22 октября 2011 г.). Вторая
Всероссийская конференция с международным участием «Современные проблемы эволюционной морфологии животных» и Школа стали важным научным событием, в рамках которого проходило углубленное и всестороннее
обсуждение основных современных проблем эволюционной морфологии, а
также обмен опытом специалистов разного профиля и обучение молодых
специалистов.
В работе конференции приняли участие помимо нескольких десятков
слушателей в качестве докладчиков ученые из академических и отраслевых
институтов, университетов из России (Москва, Санкт-Петербург, Казань,
Смоленск, Саратов, Магадан, Владивосток, Петрозаводск, Борок), из Австрии
и Украины, всего более 180 человек. На конференции были заслушаны и обсуждены результаты фундаментальных и прикладных исследований последних лет по следующим направлениям:
• общие проблемы эволюционной морфологии,
• эволюционная морфология нервной системы и рецепторных
образований,
• проблемы эволюционной эмбриологии, эволюция онтогенезов и морфогенетических механизмов,
• проблемы филогенетики и систематики животных,
• проблемы функциональной морфологии,
• а также проведен «Круглый стол» по современным проблемам
цестодологии.
В настоящем сборнике представлены материалы устных и стендовых сообщений, а также статьи заочных участников II Всероссийской конференции с международным участием «Современные проблемы эволюционной
морфологии животных». Сборник предназначен для широкого круга биологов и медиков, интересующихся проблемами современной эволюционной
морфологии, а также студентов и аспирантов биологических и медицинских
факультетов.
В заключении следует добавить, что поступившие в оргкомитет тексты
материалов редактировались редколлегией сборника, сформированной из
представителей оргкомитета. Мелкая редакторская правка осуществлялась
без согласования с авторами, о чем предупреждалось заранее во втором
информационном письме. В случае необходимости серьезных изменений
в представленных текстах и иллюстративном материале (смысловая и стилистическая правка, а также отсутствие необходимых обозначений на рисунках,
отсутствие полных списков литературы и подписей к рисункам) оргкомитет
отсылал материалы на доработку и согласование с авторами.
Оргкомитет
Артемий Васильевич Иванов
18.05.1906 — 22.01.1992
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
15
Академик Артемий Васильевич Иванов (1906–1992)
18 мая 2011 года исполнилось 105 лет со дня рождения выдающегося зоолога-эволюциониста, действительного члена АН СССР и члена немецкой
академии естественных наук (Akademie der Naturforshen Leopoldina) Артемия
Васильевича Иванова. Подробные сведения о жизни и научной деятельности
Артемия Васильевича были опубликованы в материалах первой юбилейной
конференции памяти Артемия Васильевича, изданных в 2008 году.
Свою первую работу Артемий Васильевич опубликовал в девятнадцатилетнем возрасте в трудах Горы-Горецкого сельскохозяйственного института.
Преподаватели заметили талантливого студента и посоветовали продолжить
образование в Ленинграде, где на кафедре зоологии беспозвоночных он становится одним из любимых учеников профессора Валентина Александровича Догеля и его приемником в разработке проблем сравнительной анатомии
беспозвоночных. В 1938 году Артемий Васильевич защищает кандидатскую
диссертацию на тему «Организация и образ жизни паразитического моллюска Paedophoropus dicoelobins A. Ivanov». После защиты В. А. Догель поручает
Артемию Васильевичу написать сводку по гастроподам для первого издания
«Руководства по зоологии». Эта работа 1940 года стала первым фундаментальным трудом Артемия Васильевича, опыт по написанию которого пригодился ему в дальнейшем для составления больших разделов по разным
группам беспозвоночных, которые он осуществлял совместно с другими учениками В. А. Догеля, и, в частности, для трех изданий Большого практикума
по зоологии беспозвоночных (1958–1985) и нескольких переизданий книги
В. А. Догеля «Зоология беспозвоночных» вплоть до 1981 года. В 1949 году
в Зоологическом журнале была опубликована первая работа Артемия Васильевича по погонофорам, получившая блестящее продолжение и завершившаяся опубликованием книги, удостоенной Ленинской премии, высшей
награды ученым в СССР. Среди 200 опубликованных Артемием Васильевичем работ следует выделить наиболее значимые, которые показывают блестящие способности и широкий круг интересов этого выдающегося ученого:
1949 г. — Промысловые беспозвоночные дальневосточных морей. Описание
строения и атлас анатомии (совместно с А. А. Стрелковым); 1955 г. — Промысловые водные беспозвоночные; 1960 г. — Погонофоры. Фауна СССР. Новая серия № 75; 1963 г. — Pogonophora, перевод этой книги на английский
язык; 1965 г. — Пауки, их строение, образ жизни и значение для человека;
1968 г. — Происхождение многоклеточных животных. (Филогенетические
очерки); 1973 г. — Ресничные черви (Turbellaria), их происхождение и эволюция. Филогенетические очерки (совместно с Ю. В. Мамкаевым).
В 1994 году, уже после смерти Артемия Васильевича, его вдова, профессор
Ольга Михайловна Иванова-Казас и две сотрудницы лаборатории Маргарита Андреевна Гуреева и Раиса Васильевна Селиванова подготовили к печати
и опубликовали написанную Артемием Васильевичем объемную обобщающую статью по погонофорам и вестиментиферам. В 2000 году вышла в свет
первая, а в 2007 году — вторая часть книги «Протисты». Это — первые тома
задуманного двумя академиками О. А. Скарлато и А. В. Ивановым руководства «Основ зоологии». Этому изданию Артемий Васильевич посвятил много
16
Е. А. Котикова
времени и сил, для ее написания были привлечены лучшие специалисты со
всей страны. Для книги «Протисты» Артемий Васильевич написал важные
разделы: «Пути и закономерности эволюции» (совместно с Э. И. Колчинским), «Систематика и ее задачи» и «Система животного мира».
Нам, ученикам Артемия Васильевича, посчастливилось работать с ним не
только в лаборатории, но и в экспедициях. Какое это было прекрасное общение! Во время перерывов Артемий Васильевич с удовольствием ходил отдохнуть в лес и поражал нас знанием не только фауны, но и флоры не только
Средней полосы России, но и районов Севера и Дальнего Востока. Вечерами
за чашечкой горячего крепкого чая Артемий Васильевич читал стихи своих
любимых поэтов. Чаще всего это был Н. Гумилев, реже А. Блок и всегда четверостишья Омара Хайама, сказанные в самый нужный момент!
Любимым учеником А. В. Иванова был Юрий Викторович Мамкаев, который вместе с ним принимал активное участие в организации лаборатории эволюционной морфологии в стенах Зоологического института РАН.
Благодаря такому удачному тандему был сформирован дружный коллектив,
собранный в основном из выпускников кафедры зоологии беспозвоночных.
Практически все мы слушали лекции А. В. Иванова и проходили практические занятия с Ю. В. Мамкаевым. Доброжелательность наших наставников,
их помощь в решении, как научных вопросов, так и житейских проблем, делали нашу работу в лаборатории праздником.
Ученый-энциклопедист Артемий Васильевич Иванов изучал практически
все группы беспозвоночных животных, оставив тем самым глубокий след в отечественной науке. Его имя до сих пор на устах биологов.
Е. А. Котикова
Юрий Викторович Мамкаев
4.06.1906 — 24.12.2010
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
19
Профессор Юрий Викторович Мамкаев (1933–2010)
24 декабря 2010 года на 78 году жизни после тяжелой продолжительной
болезни скончался доктор биологических наук, профессор, заслуженный
деятель науки РФ Юрий Викторович Мамкаев. Юрий Викторович родился 4 июня 1933 года в городе Канске Красноярского края. Его отец Виктор
Георгиевич был агрономом, а мать Валентина Ефремовна Шапошникова —
врачом. В 1941 году Юра поступил в школу в г. Красноярске. Это была знаменитая школа, которую в свое время заканчивали такие известные в нашей
стране люди, как академик Ю. Овчинников и известнейший актер, народный
артист СССР И. М. Смоктуновский.
После окончания школы талантливый
мальчик из Сибири поступает в Ленинградский университет, где начинает специализироваться на кафедре
зоологии беспозвоночных, на первых
курсах по паразитологии рыб. В студенческие годы он принимает участие в ихтиопаразитологических экспедициях ГОСНИОРХА: 1953 год на
Волге, 1954 год на озере Севан и в тот
же год в экспедиции Зоологического
института РАН на Псковское озеро.
После практики на Баренцевом море
он заразился морской тематикой и на
пятом курсе меняет специализацию на
«чистую зоологию». Именно в это время он делает свое первое сообщение
о книге В. А. Догеля по теории олигомеризации. Куратором подготовки
этого сообщения стал А. В. Иванов.
Это было первое тесное общение будущего Учителя и ученика. Дипломная
Студент Ленинградского
работа Юры была посвящена массоуниверситета, 1952 год
вой гибели ерша в Чудском озере. По
распределению он попадает в Зоологический институт лаборантом в отдел
гидробиологии к Ивану Александровичу Киселеву, где осваивает особенности составления библиографического каталога. Через два года он поступает
в аспирантуру ЗИН РАН к А. В. Иванову и с этого времени их пути становятся
неразрывно связанными на долгие годы. Юрий Викторович принимает активное участие в сборе материала в полевых условиях на Баренцевом, Белом
и Японском морях. Он обрабатывает материал по форонидам, собранный во
время Курило-Сахалинской экспедиции Артемием Васильевичем, и по результатам этого исследования выходит его первая публикация. Когда встал
вопрос о выборе темы для кандидатской диссертации, А. В. Иванов предложил ему заняться турбелляриями. Юрий Викторович начал с интерстициальной группы гнатостомулид и других представителей псаммона. В 1965 году
20
Е. А. Котикова
На ББС «Картеш», 1966 год. Слева направо: А. В. Иванов, Р. В. Селиванова, Ю. В. Мамкаев,
К. К. Богута, Ю. С. Миничев, В. К. Лебский, О. М. Иванова-Казас
Лаборатория эволюционной морфологии, 1981 год. Слева направо: первый ряд —
И. М. Дробышева, А. В. Иванов, Е. А. Котикова; второй ряд — Р. В. Селиванова,
Ю. В. Мамкаев, Т. Г. Маркосова, Б. И. Иоффе, М. А. Гуреева
Профессор Юрий Викторович Мамкаев (1933–2010)
21
Юрий Викторович защищает кандидатскую диссертацию на тему: «Очерки
по морфологии бескишечных турбеллярий Баренцева и Белого морей», а
в 1985 году — докторскую диссертацию на тему: «Морфология ресничных
червей и становление организации многоклеточных».
Основная научная деятельность Юрия Викторовича была посвящена сравнительной и эволюционной морфологии таких объектов как форониды, динофилиды, гнатостомулиды, аберрантные кишечнополостные, голотурии,
погонофоры (вестиментиферы) и представители практически всех отрядов
турбеллярий. Детальное изучение последней группы животных осуществлялось с применением целого комплекса классических и новейших морфологических методов, чему он учил и своих учеников.
Особое место в его исследованиях занимал теоретический аспект, а именно, изучение морфологических закономерностей эволюции и разработка методологической базы эволюционной морфологии. Он разработал принцип
морфологического разнообразия и морфологической радиации и обосновал
новую концепцию тканевой организации животных. Им были сформулированы принципы сравнительного эволюционно-морфологического методологического подхода, разработана морфологическая концепция теории естественного отбора, показано эволюционное значение формообразовательных
механизмов, специфическая роль клеточных морфогенезов, аргументировано своеобразие эволюционного пути плоских червей.
Научно-исследовательская деятельность Юрия Викторовича дополнялась
педагогической работой и чтением лекций в Санкт-Петербургском, Московском, Нижегородском и Казанском университетах, на факультете повышения квалификации преподавателей вузов в Педагогическом университете
им. А. И. Герцена, а также в Мелитопольском пединституте.
Кроме многочисленных экспедиций, проведенных Юрием Викторовичем практически на всех морях и крупных пресноводных водоемах России,
следует отметить две экзотические поездки: одна в тропики в составе экспедиции Института биологии моря ДВО РАН на Японское море (о. Сикоку),
вторая на моря азиатской части Северного Ледовитого океана, организованная шведскими учеными. В очень интересной и трудной экспедиции на
острова Курильской гряды (Кунашир, Итуруп и Парамушир), организованной в 1969 года в ЗИНе с включением нескольких сотрудников ИБМ, Юрий
Викторович пользовался таким глубоким уважением всех 36 участников, что
будучи беспартийным человеком, был избран комиссаром при начальнике
экспедиции Александре Николаевиче Голикове. Когда мы работали в поселке Рыбаки на Итурупе, Юрий Викторович пошел собирать материал вместе
с водолазами, работающими с маленького судна, и на ходу решил набрать
ведром забортной воды. Он не рассчитал скорость хода и не сумел удержать ведро, вместе с которым оказался за бортом. Никто на палубе не заметил исчезновение Мамкаева и судно продолжало идти вперед. Минут через
15 А. Ф. Пушкин стал искать Юрия Викторовича и понял, что тот свалился
в воду. Когда судно вернулось назад, то все увидели, что Юрий Викторович
спокойно плывет им навстречу, держа в руках злополучное ведро, а плавал он
превосходно. Везде, на всех водоемах, при любых температурах он всегда плавал, даже осенью на Байкале, когда все остальные члены экспедиции стояли
на палубе в ватниках. Все, кому посчастливилось работать с Ю. В. Мамкаевым
22
Е. А. Котикова
в экспедициях, знают, что сложно было найти более заботливого, неунывающего товарища, готового невзирая ни на возраст, ни на ученые звания носить
вьючные ящики, тащить драгу, грести на веслах, помогать более слабому.
Юрий Викторович любил музыкальные произведения различных жанров.
Это и опера С. Прокофьева «Любовь к трем апельсинам», «Всеношная» C. Рахманинова, русские народные и студенческие костровые песни, песни и баллады Булата Окуджавы. Обладая приятным баритоном, он вместе с друзьями
с удовольствием пел свои любимые произведения. Очень любил слушать выступления хора Ленинградского (Санкт-Петербургского) университета.
Первой женой Юрия Викторовича была его однокурсница Кира Алексеевна Павлова, выпускница кафедры микробиологии. В 1958 году в семье
Мамкаевых родился сын Алексей. С десятилетнего возраста отец начал брать
его в экспедиции. В школьные годы Алексей принимает участие в работе
экспедиций Лаборатории эволюционной морфологии на Белом море (ББС,
Картеш), на Куршской косе и Балтийском море (биостанция Рыбачий), а после окончания первого курса Педиатрического медицинского института он
работал на Японском море (биостанция Восток, ИБМ ДВО РАН). Алексей
топил печи, ловил и коптил рыбу, ходил вместе с отцом за пробами. Жена
Алексея Елена училась вместе с ним в институте, она стала педиатром, а он
сам — нейрохирургом и работает в настоящее время во Второй городской
больнице Санкт-Петербурга. Алексей остается заядлым рыболовом и охотником. В семье Мамкаева-младшего выросли две дочери. Старшая Мария пошла
по стопам бабушки Киры Алексеевны Мамкаевой и стала микробиологом и
членом союза художников РФ. Машенька подарила деду двух правнуков: Андрея 7 лет и Ярослава 3 лет. Дед обожал правнуков и гордился ими. Младшая
внучка Александра закончила исторический факультет СПбГУ и продолжила учебу в Академии театрального искусства на режиссерском отделении.
Художественные наклонности деда, его любовь к музыке, живописи нашли
свое продолжение в судьбе его внучек. Дед посещал все выставки старшей
и смотрел все студенческие работы младшей!
Вторая жена Юрия Викторовича Зоя Владимировна Кунцевич — сотрудница лаборатории морских исследований ЗИН, была его неизменной единомышленницей и помощницей во всех начинаниях. В тяжелое для Юрия Викторовича время рядом всегда были Зоя Владимировна и семья сына. Юрий
Викторович — сибиряк, сильный и мужественный человек, любивший жизнь
и свою работу. До последнего дня он принимал участие в симпозиумах и конференциях, выступал с докладами и читал лекции на своей родной кафедре.
На протяжении 20 лет Ю. В. Мамкаев руководил лабораторией эволюционной морфологии Зоологического института РАН и был достойным преемником своего учителя. Он всегда следовал совету Артемия Васильевича:
стоять до конца, делать то, что ты считаешь своим долгом. Он в полной мере
воплотил в жизнь этот совет своего любимого Учителя академика Артемия
Васильевича Иванова, 105-летию которого и посвящен настоящий сборник.
Е. А. Котикова
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
23
Развитие идей и направлений исследования
А. В. Иванова в Лаборатории эволюционной
морфологии ЗИН РАН
О. В. Зайцева1
1
Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
Тематика лаборатории эволюционной морфологии была всегда нацелена на рассмотрение основных морфологических проблем, тесным образом
связанных с выявлением закономерностей и особенностей эволюции в разных группах беспозвоночных животных, при этом изучению подвергались
разные уровни организации живой материи — анатомический, гистологический, органный, уровень отдельных функциональных систем, клеточный
и субклеточный.
Преемник и последователь Артемия Васильевича Иванова — Юрий Викторович Мамкаев возглавил после него лабораторию эволюционной морфологии. Ю. В. Мамкаев посвятил много лет исследованию морфологии
Acoela и Plathelminthes на световом и ультраструктурном уровне и внес существенный вклад в методологию эволюционной морфологии. Его научный интерес к турбелляриям сложился еще в юношеские годы во многом
под влиянием А. В. Иванова и В. Н. Беклемишева, придававшим большое
значение изучению этой группе животных для понимания истоков филогенетического древа Bilateria. Эти исследования стали на многие годы одним
из основных направлений научной деятельности лаборатории. Благодаря
усилиям Ю. В. Мамкаева и его коллег — Е. А. Котиковой, Т. Г. Маркосовой,
И. М. Дробышевой, Ю. П. Лагутенко, О. И. Райковой и, уже позже, его последних учеников — А. А. Петрова и А. Н. Шумеева, на разных уровнях организации были изучены: нервная система, рецепторные образования, организация
эпителиев и паренхимы, а также половая система турбеллярий. В пределах
Acoelomorpha и Plathelminthes было выявлено несколько различных направлений морфологической эволюции. Доказано, что общий паренхимный путь
эволюции плоских червей привел к особым формам и этапам эволюции их
нервной системы, как на анатомическом, так и на синаптическом уровнях.
На основе полученных данных Ю. В. Мамкаевым были разработаны концепция самостоятельного эволюционного пути в филогенетических ветвях
Acoelomorpha и Plathelminthes, теория архаического многообразия и концепция конструктивных типов, на основе чего предложен новый способ типизации организмов (Мамкаев, 2005, 2007, 2008а, б).
В рамках изучения конструктивных типов Александр Николаевич Шумеев
исследовал фауну пресноводных и наземных планарий Западного Кавказа,
описал ряд новых видов и сделал характеристику кавказского очага видообразования на примере плоских червей. Им прослежены направления эволюции опорно-двигательной, сенсорной, пищеварительной и копулятивной
систем планарий (рис. 1А) (Mamkaev et al., 2005; Shumeev, 2005).
24
О. В. Зайцева
Елена Анатольевна Котикова стала пионером в области гистохимических
исследований нервной системы турбеллярий. Ею описано 8 типов ортогонов в пределах этой группы животных и выявлены основные направления
развития и усовершенствования их нервной системы, а также особенности
формирования и концентрации ее элементов. Е. А. Котикова показала, что
в основных проводящих путях турбеллярий практически отсутствует топографическое разделение элементов различной ергичности. Совместно
с О. И. Райковой она впервые осуществила первое иммуногистохимическое
исследование нервной системы коловраток (Kotikova et al., 2005). Ими же
с помощью метода флуоресценции фаллоидина было показано, что архитектоника мускулатуры коловраток зависит не столько от их систематического положения, сколько от образа их жизни (рис. 1B) (Kotikova et al., 2004;
Котикова и др., 2006). Существенный вклад работы Е. А. Котиковой внесли
и в изучение архитектоники мускулатуры и копулятивных органов представителя Plathelminthes-Rhabdocoela (Kotikova et al., 2002). Результатом стало
опубликование монографического исследования нервной системы 150 видов
Acoela и Plathelminthes, включая и паразитических плоских червей (Котикова
и Райкова, 2008).
Ольга Игоревна Райкова на протяжении многих лет проводит исследования морфологии и филогении групп низших Bilateria: Acoela, Nemertodermatida, Xenoturbellida, в сравнении с турбелляриями — Plathelminthes. За время
работы в лаборатории ею опубликован целый ряд статей по морфологии
и молекулярной систематике Acoela. В результате применения новых методов
исследования, таких как иммуногистохимия нервной системы и цитоскелета,
иммуноцитохимия тубулинов, фаллоидиновая флуоресценция мускулатуры, конфокальная и электронная микроскопия, выделены новые морфологические признаки, пригодные для филогенетических построений. Наиболее
многообещающими признаками оказались организация нервной системы
(Raikova et al., 2004) архитектоника мускулатуры (Tekle et al., 2005), строение
спермиев (рис. 1C) (Райкова, 2002) и копулятивных органов (Raikova et al.,
2006). Ультраструктурные и иммуноцитохимические исследования копулятивных структур позволили придти к выводу, что у Acoela похожие типы
совокупительных органов часто не являются гомологичными, и строение
спермиев может служить гораздо более надежным филогенетическим признаком семейств или групп семейств. Четко выявилась необходимость полного пересмотра системы Acoela с упором на особенности строения спермиев
и на молекулярные признаки, что и было достигнуто в новой системе Acoela,
опубликованной ею вместе с соавторами в этом году (Jondelius et al., 2011).
Изучение нервной системы низших Bilateria (рис. 1D) выявило ее морфологическое разнообразие даже в пределах одной группы, и показало, что развитие ЦНС происходило независимо в разных группах, предположительно
от уровня субэпидермальной нервной сети (Raikova et al., 2000).
Анатолием Александровичем Петровым проведены детальные исследования полового аппарата большого числа представителей Aсoela, опубликовано несколько статей, посвященных организации их спермиев и копулятивных органов. Описано несколько новых типов спермиев (рис. 1E) и
показано, что строение спермиев Acoela полностью соответствует данным
молекулярной филогении (Petrov et al., 2004). На основании сравнительного
Развитие идей и направлениий исследования А. В. Иванова…
25
Рис. 1. А. Продольный срез через копулятивный орган планарии. Окраска азаном (фото
А. Н. Шумеева). B. Мышцы коловратки Testudinella patina. Окраска фаллоидином (фото
Е. А. Котиковой). C. Световая иммуноцитохимия стадий спермиогенеза бескишечной турбеллярии Philactinoposthia saliens. Непрямая флуоресценция альфа-тубулина выявляет жгутики; ядра окрашены иодидом пропидия (фото О. И. Райковой). D. Двойное иммунофлуоресцентное окрашивание мозга бескишечной турбеллярии Childia brachyposthium антителами к
серотонину (зеленый) и пептиду GYIRF-амиду (красный) (фото О. И. Райковой). E. Поперечные срезы через спермии бескишечной турбеллярии Otocelis sandara. Электронная микрофотография (фото А. А. Петрова). F, G. Турбеллярия-лецитоэпителиата Geocentrophora wagini.
Электронные микрофотографии (фото И. М. Дробышевой) F. Фрагмент апикальной зоны эпителиального слоя. G. Цитон — погруженное в паренхиму тело эпидермальной клетки с ядром
26
О. В. Зайцева
Рис. 2. A. Эндокриноподобные клетки в эпителии пищевода голожаберного моллюска Coryphella sp. Импрегнация азотнокислым серебром по Гольджи-Колонье (фото О. В. Зайцевой).B. Мышечная и нервная системы турбеллярии Gieysztoria sp. Двойное окрашивание фаллоидином
(зеленый) и антителами к FMRF-амиду (оранжевый) (фото А. А. Петрова). С. Стоматогастрическая нервная система турбеллярии Microstomum sp. Двойное окрашивание фаллоидином
(красный) и антителами к FMRF-амиду (зеленый) (фото О. И. Райковой). D. Мускулатура
спинного кровеносного сосуда немертины Emplectonema gracile (фото А. А. Петрова). E. Первичночувствующие рецепторные клетки (темно-коричневая окраска) в эпителии пищеварительного тракта немертины Poseidon (=Lineus) ruber. Иммуногистохимический пероксидазный
метод выявления ацетилхолинтрансферазы (фото О. В. Зайцевой). F. NADPH-диафоразная
активность (синие гранулы) в эпителии глотки немертины Poseidon ruber. Гистохимический
метод Хоупа и Винсента по выявлению NADPH-диафоразы (фото О. В. Зайцевой)
Развитие идей и направлениий исследования А. В. Иванова…
27
ультраструктурного исследования женских копулятивных органов Acoela:
бурс и их склеротизированных придатков (наконечников) выделено несколько морфотипов наконечников бурс (Petrov et al., 2006). Описана ультраструктура мужских копулятивных органов в двух семействах Acoela и предложена
гипотеза о гомологии структур копулятивных органов в этих группах (Петров, 2007а). Изучено морфологическое разнообразие и пути формирования
склеротизированных структур у бескишечных турбеллярий (Petrov et al.,
2006; Петров, 2007б).
Одним из важных направлений работы лаборатории в рамках изучения
плоских червей многие годы является сравнительное исследование системной организации их тканевых структур. Эти исследования проводятся Ириной Марковной Дробышевой, принимала в них участие и Тамара Григорьевна Маркосова. И. М. Дробышева впервые использовала методику мечения
H3-тимидином пролиферирующих клеток у турбеллярий. С помощью этой
методики были получены неопровержимые доказательства миграции клеток
опорной паренхимы в эпидермис у поликлад и в пищеварительную паренхиму у Acoela. Данные по камбиальности и системной организации тканей
у Plathelminthes имеют важное значение для выяснения ранней филогении
беспозвоночных и для понимания начальных этапов в эволюции первичных пластов тела и тканей. Для сравнительной характеристики паренхимы
плоских червей ею же была исследована ультраструктура клеток различных
типов в эпидермисе и паренхиме турбеллярии-лецитоэпителиаты Geocentrophora wagini (рис. 1F, G). Паренхима этого вида является многофункциональной гистологической системой с общим межклеточным веществом и, предположительно, единым камбием. Особое внимание в исследованиях было
обращено на ультраструктуру цитонов — погруженных в паренхиму, ядросодержащих тел эпидермальных клеток, при этом подробно описана тонкая
организация покровного эпителия (Дробышева и Тимошкин, 2006). Т. Г. Маркосовой впервые показаны способы формирования разнообразных клеток
паренхимы из необластов, эндоцитоз в эпителии бескишечных турбеллярий
и роль кислой фосфатазы в их пищеварительном процессе. Также совместно с Михаилом Юрьевичем Пуниным ею выявлены биологически активные
вещества (FMRF-амид, серотонин, нейротензин и кальцитонин) в кишечном
эпителии у нескольких видов турбеллярий (Маркосова, 1976, 1986, 1989; Punin
and Markosova, 2000).
Немаловажное значение в лаборатории и по сей день придается исследованиям морфологии, фаунистике и систематике асцидий и погонофор. Эти
исследования ведут Владислав Николаевич Романов и Роман Владимирович
Смирнов. В. Н. Романов разрабатывает проблему становления и эволюции
колониальности у асцидии. Им опубликован первый в мировой литературе обзор по колониальным асцидиям (Романов, 1989). Аналогичный обзор
подготовлен им по поликлинидам — самому многочисленному семейству
асцидий. В последние годы в круг его исследований, проводимых совместно
с О. В. Зайцевой и Т. Г. Маркосовой, вошло также изучение нервной системы асцидий и их эндостиля (предполагаемого гомолога щитовидной железы позвоночных) с помощью нейрогистологических методик, гистохимии
и иммуногистохимии (Зайцева и др., 2010). В. Н. Романов является единственным в стране высококвалифицированным специалистом по асцидиям.
28
О. В. Зайцева
На протяжении многих лет он проводит большую по объему работу по обработке и определению экспедиционных и коллекционных материалов по
всем асцидиям, собранным в морских экспедициях сотрудниками ЗИН РАН
(последние годы, главным образом, из морей Антарктики и российской Арктики) в рамках межлабораторных и международных программ.
ЗИН РАН располагает самой большой в мире коллекцией погонофор. Она
храниться в лаборатории эволюционной морфологии. Исследования, проводимые Р. В. Смирновым, позволили получить новые сравнительно-морфологические данные, подтверждающие молекулярно-филогенетическую
гипотезу о принадлежности погонофор, рассматривавшихся ранее в качестве самостоятельного типа животных, к центральной группе трохофорных
животных — многощетинковым червям, но не в ранге семейства, как принято
в рамках этой гипотезы, а в ранге отдельного класса (Смирнов, 2008, 2010).
Р. В. Смирновым дано систематическое описание фауны погонофор Северного Ледовитого и Южного океанов, создана база данных по погонофорам,
разработана новая система погонофор и определительные ключи, описаны
новые виды погонофор (Смирнов, 2005).
С 90-х годов, с приходом в лабораторию М. Ю. Пунина, круг объектов исследования лаборатории начинает существенно расширяться. Появляется
новое направление исследований — изучение закономерностей эволюции
регуляторных (преимущественно эндокринной) систем пищеварительного тракта животных. В связи с этим среди объектов изучения, вновь после
А. В. Иванова, появилось большое количество представителей моллюсков,
аннелид, иглокожих, снова возник интерес к приапулидам. В исследования
регуляторных систем пищеварительного тракта беспозвоночных были широко внедрены методы флуоресцентной микроскопии, иммуногистохимии
и электронной микроскопии. Полученные М. Ю. Пуниным результаты были
обобщены в его монографиях (Пунин, 1991, 2001).
С 2000 г., благодаря исследованиям Ольги Викторовны Зайцевой, одним из
важных объектов исследования в лаборатории становиться нервная система
и рецепторные структуры брюхоногих моллюсков, а немного позже, и немертин. В 2000–2002 гг. были проведены важные обобщения многолетних исследований О. В. Зайцевой по эволюции основных сенсорных систем и интегративных центров мозга гастропод. Ею впервые были выявлены закономерности
проявления принципа структурно-функционального параллелизма развития в эволюции ЦНС и сенсорных систем разной модальности у представителей основных филогенетических групп брюхоногих моллюсков. Показан
ряд общих тенденций и структурных закономерностей филогенетического
развития хемосенсорных систем гастропод, членистоногих и позвоночных
животных. Впервые выявлен модульный принцип организации сенсорных
систем гастропод и описаны два относительно независимых прогрессивных
морфологических процесса, протекающих во всех исследованных филогенетических группах моллюсков в ходе их эволюции. Показано, что наибольшей изменчивостью среди сенсорных систем в ходе филогенеза гастропод
отличается ведущая дистантная сенсорная система - обонятельная система
головных щупалец. Степень ее развития связана не только с филогенетическим положением и общим уровнем организации животного, но в большей
степени со средой его обитания и образом жизни, т. е. со степенью сложности
Развитие идей и направлениий исследования А. В. Иванова…
29
и спецификой решаемых ею задач. Установлено, что выход на сушу и усложнение в связи с этим окружающей среды привели к неоднократному
и независимому появлению сходной организации обонятельной системы
в разных по уровню развития филогенетических группах гастропод. Это выражается в появлении обонятельных гломерул и дополнительных, принципиально новых по строению интегративных центров в их периферической
и центральной нервной системе. О. В. Зайцевой впервые удалось показать
возможность развития нервных центров экранного типа на базе обонятельных органов у беспозвоночных на примере наземных легочных моллюсков
(Зайцева, 2000а–в, 2002). Она впервые с помощью методов импрегнации по
Гольджи-Колонье в оригинальных модификациях, а также гистохимических
и иммуногистохимических методов обнаружила и описала нервные и рецепторных клетки и их связи в практически неизученной в структурном плане
висцеральной нервной системе (стомато-гастрическая система) не только
брюхоногих моллюсков, но и немертин и приапулид (Зайцева, 2006). Впервые с помощью гистохимии и иммуноцитохимии получены данные по распределению в периферической и центральной нервной системе у немертин
разных отрядов моноамин-, нитрокид-, пептид- и холинергических нервных
клеток и отростков (Зайцева и др., 2007; Зайцева и Маркосова, 2009).
В настоящее время основные силы лаборатории эволюционной морфологии направлены на выявление таксономически важных признаков, эволюционных и онтогенетических морфогенезов в целом ряде ключевых групп
беспозвоночных животных, а также на апробацию современных молекулярнофилогенетических гипотез с помощью новых морфологических признаков.
В круг основных объектов комплексного морфологического исследования
наряду с низшими Bilateria, коловратками, турбелляриями и брюхоногими
моллюсками прочно вошли немертины и асцидии, стали проводиться исследования нервной системы полихет и кишечнодышащих, развития основных
органов и функциональных систем у личинок моллюсков и немертин. Эти
исследования лаборатории отличает сочетание в работе двух методологических подходов: классического сравнительного метода филогенетической
морфологии и разработанного академиком А. А. Заварзиным метода, основанного на его теории структурно-функционального параллелизма развития
живых систем. В первом случае сравнению подвергаются сходные по происхождению структуры близкородственных животных, во втором — проводится сопоставление функционально аналогичных структур у форм, заведомо
далеко отстоящих в филогенетической системе. Использование на разных
объектах целого комплекса одних и тех же методов позволяет получать достоверные пригодные для сравнения данные.
В исследованиях сотрудников лаборатории в настоящее время применяется целый комплекс как классических, так и принципиально новых морфологических методов изучения половой, нервной и эндокринной систем,
опорно-двигательного аппарата, эпителиальных тканей и паренхимы беспозвоночных животных разного уровня организации и систематического
положения. В нейрогистологических исследованиях широко используются
методы импрегнации азотнокислым серебром по Гольджи и Колонье, с помощью которых были получены результаты, сыгравшие важную роль в формировании современных представлений о нейрональных взаимоотношениях
30
О. В. Зайцева
в различных отделах мозга, экстеро- и интерорецепторных системах, а также
в нервной системе пищеварительного тракта позвоночных животных и ряда
членистоногих. Эти методы используются в оригинальных, разрабатываемых
специально для исследуемых групп животных модификациях (рис. 2A). Для
исследования ультраструктуры регуляторных элементов пищеварительной
системы, изучения полового аппарата, и эпителиальных цилиарных структур
применяются классические методы трансмиссионной электронной микроскопии. Для исследования развития личинок и создания их объемных реконструкций используется оригинальная авторская методика послойной микрофотосъемки живого объекта с последующей компьютерной реконструкцией
серий полученных снимков (разработки нашего соавтора Л. П. Флячинской).
При изучении архитектоники мускулатуры и строения копулятивных
органов применяется гистохимический метод флуоресценции фаллоидина,
выявляющий фибриллярный актин в миофибриллах мышц. Использование
конфокального сканирующего микроскопа позволяет при этом работать
на тотальных препаратах, получать послойные оптические срезы структур
и воссоздавать трехмерную картину архитектоники мускулатуры. Одновременное окрашивание тотальных препаратов фаллоидином и антителами
к нейротрансмиттерам позволяет построить подробную схему иннервации
мышц внутренних органов (рис. 2B, C). В результате последних исследований
А. А. Петрову и О. В. Зайцевой при участии Т. Г. Маркосовой удалось впервые
получить объемные реконструкции мускулатуры на тотальных препаратах
немертин и описать организацию мышечной системы их мозга, нервных
стволов и других органов (Петров и др., 2009) (рис. 2D)
Для изучения топографии нервной системы в лаборатории широко используются иммуногистохимические методы окраски с применением антител к серотонину, FMRF-амиду и тубулину, ацетилхолинтрансферазе,
а также нейротензину в сочетании с светооптической техникой (иммунопероксидазная методика с использованием комплекса биотин–стрептаведин)
и лазерной конфокальной микроскопией (рис. 2E). Для обнаружения NOергических регуляторных элементов используется гистохимический метод
Хоупа и Винсента, направленный на выявление топографического маркера
нитроксидергических структур — NADPH-диафоразы (рис. 2F).
О. И. Райкова и Е. А. Котикова с 1998 г. занимаются иммуногистохимическими и гистохимическими исследованиями нервной и мышечной системы
низших Bilateria, плоских червей и коловраток в сотрудничестве с финскими
коллегами из Abo Akademi (г. Турку). В то же время пероксидазная светооптическая иммуногистохимическая методика осваивалась и проводилась в самой
лаборатории М. Ю. Пуниным, Т. Г. Маркосовой, позже к ним присоединилась и О. В. Зайцева. Постепенно в лаборатории, при финансовой поддержке
РФФИ, удалось создать материальную базу для проведения современных иммуногистохимических и гистохимических исследований. С приобретением
ЗИН РАН собственного конфокального микроскопа новейшей модели и замораживающего микротома у сотрудников лаборатории появилась возможность применять наиболее современные методы в стенах нашего института,
активно привлекая к этим исследованиями студентов.
Следует отметить также, что наряду с основными научно-исследовательскими работами, сотрудники лаборатории принимают участие в прикладных
Развитие идей и направлениий исследования А. В. Иванова…
31
разработках, проводимых на инициативной основе и по заказу других организаций. Благодаря имеющемуся у О. В. Зайцевой опыту работы в области
биотестирования водных сред и патентам на методы биотестирования с помощью брюхоногих моллюсков эпизодически проводятся исследования качества вод разного целевого назначения. Результаты этих исследований вошли
в курсы лекций, читаемых в СПбГУ, в научные статьи и учебное пособие (Куриленко, Зайцева и др., 2004). В рамках сотрудничества с НИЦ «Алгоритм»
А. Н. Шумеев стал одним из участников разработки, а затем и соавтором
заявки на международный патент «Method for storage of live crustaceans».
В заключение хочу добавить, что в небольшой статье не возможно осветить
все направления исследования и их результаты, которые были получены в лаборатории эволюционной морфологии уже после Артемия Васильевича. Эта
статья — дань уважения двум выдающимся ученым и прекрасным людям —
Артемию Васильевичу Иванову и Юрию Викторовичу Мамкаеву. Статья посвящается их светлой памяти и, я надеюсь, хоть в какой-то мере освещает
научную деятельность их детища — небольшой, но дружной лаборатории
эволюционной морфологии, которая продолжает жить и работать в стенах
ЗИН РАН, и, что очень радует, постоянно развиваться за счет вливания сил
молодых ученых и желанию не останавливаться на достигнутом.
Исследования, проводимые сотрудниками лаборатории в последние годы,
проходили при финансовой поддержке РФФИ (гранты №№ 03-04-49404а, 0304-49656а, 06-04-49096а, 06-04-48544а, 06-04-48053а, 09-04-01309а, 10-04-01033а).
ЛИТЕРАТУРА
Дробышева И. М., Тимошкин О. А. 2006. Ультраструктурные особенности эпидермиса у байкальской турбеллярии Geocentrophora wagini (Plathelminthes,
Lecithoepitheliata) // Цитология. Т. 48. № 3. С. 184–198.
Зайцева О. В. 2000а. Характеристика нейронального состава, пластичность и возрастные изменения структурной организации процеребрумов наземных улиток //
Журн. эволюц. биохим. физиол. Т. 36. № 3. С. 246–253.
Зайцева О. В. 2000б. Проекционные связи и гипотетическая схема структурной организации процеребрума наземных моллюсков // Журн. эволюц. биохим. физиол.
Т. 36. № 5. С. 470–483.
Зайцева О. В. 2000в. Доминантные структурно-функциональные адаптации дистантных хемосенсорных систем в филогенезе брюхоногих моллюсков // Российский
физиологический журнал им. И. М. Сеченова. Т. 86. № 8. С. 995–106.
Зайцева О. В. 2006. Нервные клетки в эпителии пищеварительного тракта брюхоногих
моллюсков // ДАН. Раздел биология. . Т. 408. № 2. С. 280–282.
Зайцева О. В., Маркосова Т. Г. 2009. Ацетилхолинтрансферазная и NADPHдиафоразная активность в нервной системе и рецепторных органах немертин //
ДАН. Т. 428. № 5. С. 710-712.
Зайцева О. В., Романов В. Н., Маркосова Т. Г. 2010. Исследование рецепторных элементов и иннервации мускулатуры у беломорских асцидий Styela rustica и Molgula
citrina // Проблемы изучения, рационального использования и охраны природных
ресурсов Белого моря. Материалы XI Всероссийской конференции с международным участием. 9–11 ноября 2010 г., Санкт-Петербург: Изд-во ЗИН РАН. С. 55–56.
32
О. В. Зайцева
Котикова Е. А., Райкова О. И. 2008. Архитектоника центральной нервной системы
Acoela, Plathelminthes и Rotifera // Журн. эволюц. биохим. физиол. Т. 44. № 1.
С. 95–108.
Котикова Е. А., Райкова О. И., Флячинская Л. П. 2006. Исследование архитектоники
мускулатуры коловраток с применением конфокальной микроскопии // Журн.
эволюц. биохим. физиол. Т. 42. № 1. С. 72–79.
Куриленко В. В., Зайцева О. В., Новикова Е. Ф., Осмоловская Н. Г., Уфимцева М. Д. Основы биогеохимии, биоиндикации и биотестирования водных экосистем. Учебное
пособие. СПб: СПбГУ. 2004. 444 с.
Мамкаев Ю. В. 2005. Полости тела у плоских червей и гоноцельная теория целома //
Воробьева Э. И., Стриганова Б. Р. (ред.). Эволюционные факторы формирования
разнообразия животного мира. М.: КМК. С. 71–77.
Мамкаев Ю. В. 2007. Морфогенезы как строительные технологии: способы усовершенствования и филогенетические последствия // Клеточные, молекулярные и эволюционные аспекты морфогенеза. Симпозиум с международным участием. Москва,
9–11 октября 2007 г. Москва: Товарищество научных изданий КМК. С. 116–118.
Мамкаев Ю. В. 2008а. Плоские черви: морфологические особенности и положение
в системе билатерий // Труды С-Петербургского общества естествоиспытателей.
Серия 1. Т. 97. Эволюционная морфология животных. К 100-летию со дня рождения академика А. В. Иванова. С. 23–31.
Мамкаев Ю. В. 2008б. Роль морфогенетических механизмов в формировании конструкций организмов // Вестник Тверского университетета. Т. 11. С. 139–147.
Маркосова Т. Г. 1976. Активность кислой фосфатазы в процессе пищеварения бескишечной турбеллярии Convoluta convoluta // Журн. эвол. биохим. физиол. Т. 12.
№ 2. С. 183–184.
Маркосова Т. Г. 1989. Электронно-цитохимические исследования эндоцитоза и
внутриклеточного пищеварения в эпидермальных клетках Convoluta convoluta
(Turbellaria, Acoela) // Морфология ресничных червей. Л.: ЗИН АН СССР. С. 26–35.
Петров А. А. 2007а. Особенности мужских копулятивных органов бескишечных турбеллярий (Acoela) и их таксономическое значение // ДАН. Раздел биология. Т. 413.
№ 2. С. 279–282.
Петров А. А. 2007б. Морфологическое разнообразие и пути формирования склеротизированных структур у бескишечных турбеллярий (Acoela, Acoelomorpha) //
Ученые зап. Каз. ун-та. Сер. естественные науки. Т. 149. № 3. С. 138–141.
Петров А. А., Зайцева О. В., Маркосова Т. П. 2009. Особенности организации мышечной системы и ее иннервация у немертин // Отчетная научная сессия по итогам
работ 2008 г. Тезисы докладов. 7–9 апреля 2009 г. СПб. С. 26–28.
Пунин М. Ю. 1991. Гистологическая организация кишечных эпителиев приапулид,
брахиопод, двустворчатых моллюсков и полихет. СПб: Наука. 248 с.
Пунин М. Ю. 2001. Кишечная регуляторная система беспозвоночных животных и ее
предполагаемая эволюция. СПб: Изд-во СПбГУ. 163 с.
Райкова О. И. 2002. Иммуноцитохимия спермиев Acoela как один из подходов к пониманию филогении этой группы // ДАН. Т. 382. № 4. С. 48–51.
Романов В. Н. 1989. Колониальные асцидии семейства Дидемнида морей СССР и сопредельных вод. Фауна СССР. Т. 1. С. 1–222.
Смирнов Р. В. 2005. Новые виды рода Polarsternium (Pogonophora) из моря Скотия и
прилегающих вод Антарктики // Биол. моря. Т. 31. № 3. С. 171–179.
Развитие идей и направлениий исследования А. В. Иванова…
33
Смирнов Р. В. 2008. Систематика и филогения Pogonophora // Труды СанктПетербургского общества естествоиспытателей. Серия 1. Эволюционная морфология животных. К 100-летию А. В. Иванова. Ч. 1. Т. 97. С. 245–269.
Смирнов Р. В. 2010. Строение и эволюция кутикулярных пластинок погонофор
(Annelida: Pogonophora) // Тр. Зоол. и-та. Т. 314. № 2. С. 212–219.
Jondelius U, Wallberg A, Hooge M., Raikova O.I. 2011. How the worm got its pharynx:
Phylogeny, classification and Bayesian assessment of character evolution in Acoela //
Systematic Biology. (In press).
Kotikova E. A., Raikova O. I., Reuter M., Gustafsson M. K. S. 2002. The nervous and
muscular systems in the free-living flatworm Castrella truncata (Rhabdocoela): an
immunocytochemical and phalloidin fluorescence study // Tissue and Cell. Vol. 34.
P. 365–374.
Kotikova E. A., Raikova O. I., Reuter M., Gustafsson M. K. S. 2004. Musculature of an illoricate
predatory rotifer Asplanchnopus multiceps as revealed by phalloidin fluorescence and
confocal microscopy // Tissue and Cell. Vol. 36. № 3. P. 189–195.
Kotikova E. A., Raikova O. I., Reuter M., Gustafsson M. K. S. 2005. Rotifer nervous system
visualized by FMRFamide and 5-HT immunocytochemistry and confocal laser scanning
microscopy // Hydrobiologia. Vol. 546. P. 239–248.
Mamkaev Yu. V., Porfiriev A. G., Shumeev A. N. 2005. Glandular-muscular organs
(adenodactyls) in copulatory apparatus of planarians as repeatedly originated new
formations // Proceedings of the Zoological Institute RAS (Zoological Sessions: Annual
Reports 2004). Vol. 308. P. 41–48.
Markosova T. G. 1986. An ultastructural and cytochemical study of the digestive system in
Oxypostiha praedator // Hydrobiologia. Vol. 132. P. 69–70.
Petrov A., Hooge M. D, Tyler S. 2004. Ultrastructure of sperms in Acoela (Acoelomorpha)
and its concordance with molecular systematics // Invertebr. Biol. Vol. 123. P. 183–197.
Petrov A., Hooge M. D., Tyler S. 2006. Comparative morphology of the bursal nozzles in
acoels (Acoela, Acoelomorpha) // J. Morphol. Vol. 267. P. 634–48.
Punin M., Markosova T. 2000. FMRFamide- and neirotensin-immunoreactive elements in
the intestine of some polyclad and triclad flatworms (Turbellaria) // Tsitologiia. Vol. 42.
P. 427–428.
Raikova O. I., Reuter M., Gustafsson M. K. S, Maule A. G, Halton D. W., Jondelius U.
2004. Basiepidermal nervous system in Nemertoderma westbladi (Nemertodermatida):
GYIRFamide immunoreactivity // Zoology. Vol. 107. P. 75–86.
Raikova O. I., Tekle Y. I., Reuter M., Jondelius U. 2006. Copulatory organ musculature in
Childia (Acoela) as revealed by phalloidin fluorescence and confocal microscopy // Tissue and Cell. Vol. 38. P. 219–232.
Raikova O. I. Reuter M., Jondelius U., Gustafsson M. K. S. 2000. An immunocytochemical
and ultrastructural study of the nervous and muscular systems of Xenoturbella westbladi
(Bilateria inc. sed.) // Zoomorphology. Vol. 120. P. 107–118.
Shumeev A. N. 2005. New data on planarians of the Caucasus // Proceedings of the
Zoological Institute RAS (Zoological Sessions: Annual Reports 2004). Vol. 308. P. 91–98.
Tekle Y. I., Raikova O. I., Ahmadzadeh A., Jondelius U. 2005. Revision of the Childiidae
(Acoela), a total evidence approach in reconstructing the phylogeny of acoels with reversed muscle layers // J. Zool. Syst. Evol. Res. Vol. 43. P. 72–90.
Zaitseva O. V. 2002. Morphological characteristic of ommatophore olfactory organs in gastropod mollusks (principle of evolutionary parallelism) // Proc. Zool. Inst. Russ. Acad.
Sci. Vol. 296. P. 171–176.
34
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Сравнительное морфофункциональное
исследование альвеолярных желез некоторых
видов паразитиформных и акариформных
клещей
Л. И. Амосова1
1
Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
Цель работы — сравнительный анализ строения секреторного отдела
слюнных желез паразитиформных клещей и альвеолярных проподосомальных желез акариформных клещей. В задачу исследования входило обобщение данных по ультраструктуре желез представителей Acarina, исследованных автором — кровососущих паразитиформных клещей Ixodes persulcatus
Schulze (сем. Ixodidae), Dermanyssus gallinae De Geer (сем. Dermanyssidae), паразитического акариформного клеща Bakericheyla chanayi Berlese & Trouessart
(сем. Cheyletidae) и свободноживущего празитиформного клеща Hypoaspis
miles Berlese (сем. Laelapidae). Основным методом являлась просвечивающая
электронная микроскопия в сочетании со светооптическим исследованием
полутонких срезов. Применение электронной микроскопии позволило уточнить данные о клеточном составе желез, получить сведения о динамике секреторной деятельности, процессе и интенсивности выведения секрета из клеток,
а сравнительные исследования разных объектов, принадлежащих к одной
систематической группе, а также свободноживущих и паразитических клещей — сделать предположения о функциональном значении отдельных типов гранул. Наиболее существенными источниками информации являются
размер и структура гранул (наличие мембраны, плотность и однородность
содержимого), способ выведения их из клетки, а также ультраструктурные характеристики и количество элементов гранулярного энодоплазматического
ретикулума (ГЭР) и комплексов Гольджи. Дополнительные данные получены
благодаря исследованию секреторных органов клещей, находящихся в разном функциональном состоянии или на разных этапах жизненного цикла.
Слюнные железы иксодоидных клещей (сем. Ixodidae и сем. Argasidae) имеют мультиальвеолярное строение и состоят из множества альвеол, обладающих кутикулярным клапаном и открывающихся в короткий альвеолярный
проток, который соединяется с разветвлением парного главного протока.
У клещей сем. Ixodidae, для которых характерно многодневное кровососание, в состав каждой слюнной железы входит 3 типа альвеол, два из них содержат секреторные гранулы — это альвеолы второго (альвеолы 2) и третьего
(альвеолы 3) типов. Гранулосекретирующие альвеолы состоят из нескольких
типов клеток, обозначаемые буквами латинского алфавита, и различающиеся по структуре гранул. Тщательное изучение ультраструктуры гранул в период голодания и на различных этапах питания показывает, что заполнение
клеток секреторными гранулами начинается еще до прикрепления клеща
к хозяину, а в течение кровососания происходит «созревание» и смена секреторных продуктов, отражающая изменения во взаимодействии клеща
Сравнительное морфофункциональное исследование…
35
с хозяином. В клетках а альвеол 2 типа к началу питания присутствует два
вида гранул, отличающихся по размеру и электронной плотности, которые,
по-видимому, выводятся из клеток в момент прикрепления клеща к хозяину,
а затем формируются вновь. Причем, гранулы одного из видов исчезают из
клеток в конце первых суток питания, а другого — постепенно заполняются
электронноплотным содержимым и выводятся из клеток постоянно в течение всего периода кровососания. Для клеток b альвеол того же типа отмечена
двукратная смена электронноплотных секреторных гранул, различающихся
по размеру. Образование секреторных продуктов в альвеолах 3 происходит
только во время голодания и в первые сутки питания, после чего происходит выведение секрета, причем освобождение секрета из клеток d сопровождается их разрушением. Начиная с третьих суток кровососания, альвеолы 3
осуществляют выведение избытка жидкости, поступающей в организм клеща
с кровью.
Сопоставление полученных результатов с литературными данными о
строении слюнных желез кровососущих клещей сем. Argasidae (Rooshdy
and Coons, 1975), питающихся в течение всего насколько часов, показывает,
что они обладают всего одним типом альвеол. В пределах альвеолы наблюдается клеточная дифференциация, причем к каждому типу клеток приурочен определенный тип гранул. Следует отметить, что таким же образом, по-видимому, решается задача образования разных видов секрета и у
некоторых иксодид. У так называемых короткохоботковых клещей подсем.
Amblyomminae описано до шести типов клеток в пределах альвеолы, каждый
из которых содержит только один вид гранул (Binnington, 1978).
Слюнные железы как паразитических (D. gallinae), так и свободноживущих
(H. miles) гамазовых клещей представлены парой крупных одиночных альвеол, состоящих из двух типов клеток, различающихся по размеру электронноплотных гранул. Характер содержимого гранул – плотность и гомогенность, а
также степень развитости синтетического аппарата позволяет рассматривать
два типа гранулосодержащих клеток как клетки одного типа, находящиеся
на разных этапах формирования секрета. В состав железы входят, кроме того,
клетки, котрые не содержат гранул, имеют развитый синтетический аппарат и, возможно, находятся на другой стадии секреторного цикла. Каждая
из клеток обладает экстрацеллюлярной полостью, в которую освобождается
секрет. Экстрацеллюлярные полости открываются в общую полость железы,
соединенную с длинным выводным протоком, идущим в направлении ротовых частей.
В состав парной альвеолярной железы паразитического акариформного
клеща B. сhanayi входят две группы клеток, морфологически различающихся по положению и характеру секрета, образуя медиальную и латеральную
части железы. Медиальная и латеральная части секреторного отдела альвеолярной железы соответствуют медиовентральной и латеродорзальной железам, описанным Акимовым и Горголь (1990). Говорить о том, что эти две
группы клеток составляют единую железу позволяет, во-первых, отсутствие
базальной мембраны между группами клеток, а во-вторых, то, что секрет обеих частей железы выводится в общий выводной проток. Анализ электронно-микроскопических изображений указывает на некоторую асинхронность
функционирования клеток обеих частей альвеолярных желез у самок. Это
36
Л. И. Амосова
проявляется в присутствии «светлых» и «темных» клеток, отличающихся по
количеству свободных рибосом, элементов ГЭР и продуктов секреции, в пределах и медиальной, и латеральной групп. Отсутствие или неразвитость латерального отдела на преимагинальных стадиях и динамика их функционирования позволяют предположить, что эти клетки выделяют паутинный секрет,
необходимый самкам для приклеивания яиц к телу хозяина и строительства
паутинного чехлика. Клетки медиального отдела железы всех исследованных
стадий клеща имеют сходное строение и их деятельность, вероятно, связана
с питанием. Выведение секреторных продуктов из медиальных клеток в проток происходит по длинным выростам секреторных клеток.
Таким образом, все исследованные в настоящей работе клещи обладают
развитыми альвеолярными слюнными железами, макроанатомическое строение и клеточный состав которых связан с систематической принадлежностью и особенностями физиологии и образа жизни. У клещей с наиболее
сложно устроенными железами — представителей сем. Ixodidae — наблюдается функциональная специализация на альвеолярном уровне в пределах
мультиальвеолярной железы. Клещи сем. Argasidae обладают только одним
типом гранулосекретирующих альвеол. Слюнные железы гамазовых клещей
и акариформного клеща B. chanayi представлены только парными единичными альвеолами. Исследование тонкого строения слюнных желез хищного
гамазового клеща H. miles, позволяет предположить, что паразитические клещи сем. Dermanyssidae унаследовали общий план строения этих органов от
своих свободноживущих предков, к которым относят представителей рода
Hypoaspis. Для паразитических паразитиформных клещей характерна клеточная специализация в пределах альвеол — в альвеолах иксодовых клещей
насчитывается от двух до шести типов секретирующих гранулы клеток внутри альвеолы, а у аргазовых — 3 типа клеток. Полученные данные позволяют
предположить возможность существования 2–3 типов клеток и у гамазовых
клещей. Присутствие в альвеолярных железах B. chanayi двух групп клеток,
различающихся по характеру и функции секрета, возможно, является результатом не клеточной дифференциации, а объединения в пределах одной железы двух многоклеточных секреторных образований.
Как для свободноживущих, так и для паразитических клещей характерно
присутствие в клетках слюнных желез ограниченных мембраной секреторных гранул с электронно-плотным содержимым, которые у разных видов
изученных нами клещей различаются по размеру, что, возможно, связано
с составом их белковых компонентов. Число видов секреторных гранул, не
всегда может отразить все многообразие белковых продуктов секреции. Это
касается в первую очередь иксодовых клещей, в составе слюны которых известно несколько десятков биологически активных веществ, регулирующих
взаимодействие паразита и хозяина. В настоящее время доказана возможность колокализации разных белков в пределах одной секреторной гранулы
(Снигиревская и др., 2006). Различия в способе выведения секрета из клеток,
по-видимому, отражают физиологические особенности питания клещей.
Содержимое большинства секреторных гранул у питающегося постоянно
H. miles и характеризующегося длительным кровососанием I. persulcatus освобождается в просвет железы путем обычного экзоцитоза, в то же время гамазовому клещу D. gallinae и аргазовым клещам свойственно выведение секрета
Сравнительное морфофункциональное исследование…
37
путем микроапокриновой секреции, что можно рассматривать как адаптацию к кратковременному кровососанию. Сходным образом происходит выведение секрета и из отростков клеток желез у B. сhanayi. Это позволяет предположить, что характер питания этого клеща требует быстрого выведения
компонентов слюны из клеток. Некоторые клетки слюнных желез I. persulcatus
(клетки d альвеол 3) функционируют по типу голокриновой секреции, что
объясняется с одной стороны необходимостью быстрого освобождения больших масс секрета в конце первых суток кровососания, а с другой — сменой
функции альвеол 3 с секреторной на осморегуляторную.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 09-04-00390-а).
Литература
Акимов И. А., Горголь В. Т. 1990. Хищные и паразитические клещи-хейлетиды. Киев:
Наук. думка. 120 с.
Снигиревская Е. С., Соколова Ю. Я., Комиссарчик Я. Ю. 2006. Структурно-функциональная организация аппарата Гольджи // Цитология. Т. 48. № 4. С. 283-307.
Binnington K. C. 1978. Sequential changes in salivary gland structure during attachment
and feeding of the cattle tick, Boophilus microplus // Intern. J. Parasitol. Vol. 8. Р. 97-115.
Rooshdy M. A., Coons L. R. 1975. The subgenus Persicargas (Ixodoidea: Argasidae: Argas).
23. Fine structure of salivary glands of unfed A. (P.) arboreus Kaiser, Hoogstral and
Kohls // J. Parasitol. Vol. 61. Р. 743-752.
38
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Микроэволюционные аспекты изменчивости
и специфичности паразитов рыб
Л. В. Аникиева1
1
Институт биологии КарНЦ РАН, Петрозаводск, Россия; e-mail: [email protected]
Морфологическая изменчивость паразитических организмов представляет
особый интерес. В связи со сложными жизненными циклами многие биологические процессы у паразитов проходят в самое короткое время и на ограниченном пространстве. По уровню и глубине морфологических перестроек
паразитические организмы не имеют аналогов в животном мире и могут быть
сравнимы только с растениями. Характерной особенностью паразитизма
является приуроченность определенных видов паразитов к определенным
видам хозяев (специфичность). В общей форме специфичность может быть
определена как норма реакции на среду. Как функция времени она отражает определенный этап эволюции паразито-хозяинных отношений и является
экологически обусловленным явлением (Догель, 1962).
Шульман-Альбова (1952) была первым отечественным ихтиопаразитологом, которая выделила 3 морфологические формы у трематоды Podocotyle
atomon из рыб Белого моря и высказала мнение о том, что полиморфизм
является первым шагом к видообразованию паразитов рыб, а преобладание
одного из направлений изменчивости в отдельных видах хозяев — вторым.
Фенетические различия между гостальными формами выявлены у моногеней карповых рыб Dactylogyrus vastator из карася и карпа (Фортунато, 1987)
и Dactylogyrus phoxini из гольяна и османа (Пугачев, 1988), у скребня Echinorhynchus gadi из двух видов беломорских рыб — керчака и наваги (Гиченок,
1995) и у других систематических групп паразитов рыб. Показано, что морфометрические признаки гостальных форм паразитов имеют специфические
параметры. Среднее значение каждого признака и границы его вариабельности являются характерными для паразитирования в каждом определенном хозяине и определяются им (Ройтман и Казаков, 1977; Ринчино, 1990;
Корнийчук, 2000 и др.).
На цестодах рода Proteocephalus — паразитах разных экологических и эволюционных групп хозяев — выявлено, что фенотипическая структура гостальных группировок паразитов детерминирована видом хозяина и его
пищевой специализацией. Например, группировки P. torulosus в планктоноядных и всеядных хозяевах (уклее, язе) более разнородны, чем в специализированных в пищевом отношении рыбах (ельце). Показано, что в ареале
вида паразита доминирует один и тот же фенотип — с булавовидной формой
сколекса и короткой широкой формой половозрелых члеников. Изменения
частот редких вариаций отражают начальные этапы микроэволюционного
процесса P. torulosus (Аникиева, 2004).
Установлено, что особенности популяционно-морфологической изменчивости вида и ее характер определяются общностью исторической судьбы паразита и хозяина и коэволюционными связями между паразитом и хозяином.
Proteocephalus longicollis — паразит лососевидных, P. percae — паразит окуневых
и P. torulosus — паразит карповых, принадлежат к разным фаунистическим
Микроэволюционные аспекты изменчивости и специфичности… 39
комплексам, формирование которых проходило в разные геологические эпохи. Они различаются специфичностью к окончательным хозяевам и экологической валентностью к основному абиотическому фактору — температуре. Их изменчивость видоспецифична: виды различаются нормой реакции
(изменчивостью на уровне организма) и популяционно-морфологическими
характеристиками как отражением их паразито-хозяинных отношений. По
происхождению карповые — наиболее древняя группа рыб из изучаемых
нами. Однако основная дивергенция карповых проходила лишь на грани олигоцена, а расселение — еще позже. Морфологическая эволюция группы шла
быстро, но генетические дистанции между видами очень короткие. Поэтому
паразит карповых P. torulosus — наиболее стенотопный и стенобионтный вид
из изученных нами, смог освоить лишь эволюционно молодую группу этого
отряда — подсемейство Leuciscinae. Сочетание экологической пластичности
и стабильности в развитии карповых отражается в параметрах морфологической изменчивости их паразита: сравнительно четкие гостальные различия
в разнообразии и частотах встречаемости полиморфных признаков и высокая изменчивость количественных признаков P. torulosus (Аникиева, 2004).
Морфологическая изменчивость P. percae отражает особенности становления
бореально-равнинного фаунистического комплекса, к которому он принадлежит. Важнейшей особенностью P. percae является небольшое число фенотипов, составляющих ядро популяции, и их устойчивость в разных частях
ареала вида, сочетающиеся с пластичностью морфометрических признаков.
Высокая внутривидовая изменчивость его типичного и основного хозяина
— окуня Perca fluviatilis и простая структура вида, представленная лишь местными экологическими формами, свидетельствуют о параллельной эволюции
паразита и хозяина (Аникиева, 1995, 2005). Наиболее изменчив представитель арктического фаунистического комплекса — паразит лососевидных рыб
P. longicollis (Аникиева, 2008, 2010; Аникиева и Иешко, 2010; Аникиева и др.,
2004). Сопоставление фенетической структуры и степени ее разнообразия,
а также морфометрических признаков P. longicollis из рыб семейства лососевых и семейства сиговых показывают, что гостальные формы паразита из
разных хозяев различаются как хорошие виды, но связаны рядом переходов.
Формирование комплексного вида P. longicollis определяется особенностями
эволюции его хозяев – рыб подотряда Salmonoidei (Аникиева, 2000, 2003).
Особый интерес представляет изучение гостальной изменчивости паразитов рыб на северной периферии ареала вида. Нами показано, что полиморфизм гостальных группировок способствует устойчивости популяции
паразита в зоне пессимума абиотических факторов (Anikieva, 1992).
В целом, изучение микроэволюционных аспектов изменчивости и гостальности показывает, что полигостальность и полиморфизм являются факторами, определяющими низкие темпы эволюции паразитов рыб.
Литература
Аникиева Л. В. 1995. Изменчивость паразита окуня цестоды Proteocephalus percae в ареале хозяина // Паразитология. Т. 29. № 4. С. 279–288.
Аникиева Л. В. 2000. Популяционная морфология цестод рыб (на примере рода Proteocephalus: Proteocephalidea). Диссертация на соискание ученой степени доктора
биологических наук в форме научного доклада. М. 73 с.
40
Л. В. Аникеева
Аникиева Л. В. 2003. Популяционная морфология паразитов рыб // Тр. КарНЦ РАН.
Петрозаводск. Вып. 5. С. 55–64.
Аникиева Л. В. 2004. Изменчивость и фенотипическая структура Proteocephalus torulosus
(Cestoda: Proteocephalidea) – паразита карповых рыб // Паразитология. Т. 38. № 2.
С. 171–179.
Аникиева Л. В. 2005. Фенотипическая изменчивость паразита окуня – цестоды Proteocephalus percae (Muller, 1780) (Proteocephalidea) в разных частях видового ареала //
Паразитология, Т. 39. № 5. С. 386–396.
Аникиева Л. В. 2008. Популяционная изменчивость Proteocephalus longicollis (Cestoda:
Proteocephalidea) из европейской ряпушки Coregonus albula L. озер Карелии // Паразитология. Т. 42. № 1. С. 3–12.
Аникиева Л. В. 2010. Морфологическая изменчивость паразита лососевидных рыб цестоды Proteocephalus longicollis (Zeder, 1800) из локальных популяций европейской
корюшки Osmerus eperlanus. // Зоол. журн. Т. 89. № 5. С. 514-518.
Аникиева Л. В., Иешко Е. П. 2010. Микроэволюционные аспекты морфологической
изменчивости и специфичности цестод на примере паразита сиговых рыб цестоды
Proteocephalus longicollis (Zeder, 1800) (Proteocephalidea) // Паразитология. Т. 44. № 3.
С. 217-225.
Аникиева Л. В., Харин В. Н., Спектор Е. Н. 2004. Полиморфизм и структура популяции Proteocephalus longicollis (Zeder, 1800) (Cestoda: Proteocephalidea) из европейской
ряпушки Coregonus albula L. // Паразитология. Т. 38. № 5. С. 438-447.
Гиченок Л. А. 1995. Изменчивость и фенотипическое разнообразие скребня Echinorhynchus gadi (Acanthocephala) из двух видов беломорских рыб // Зоол. журн. Т. 74.
№ 8. С. 15-26.
Догель В. А. 1962. Общая паразитология. Л.: Изд-во ЛГУ. 464 с.
Корнийчук Ю. М. 2000. О морфологической изменчивости черноморских представителей рода Helicometra (Trematoda: Opecoelidae) // Экология моря. Вып. 51. С. 40-44.
Пугачев О. Н. 1988. Феногеографический анализ Dactylogyrus phoxini Malewitzkaja,
1949 // Шульман С. С. (ред.). Эколого-популяционный анализ паразито-хозяинных отношений. Петрозаводск: Карельский филиал АН СССР. С. 103-109.
Ринчино В. Л 1990. Гостальная изменчивость и репродуктивные особенности Cyathocephalus truncatus (Pallas, 1781) из рыб оз. Байкал // Бауер О. Н., Пронин Н. М. (ред.).
Паразиты и болезни гидробионтов Ледовитоморской провинции. Новосибирск:
Наука. С. 49-55.
Ройтман В. А., Казаков Б.Е. 1977. Некоторые аспекты изучения морфологической изменчивости гельминтов (на примере трематод рода Azygia) // Тр. Гельминтол. лаб.
АН СССР. Т. 27. С. 110-128.
Фортунато М. Э. 1987. Выделение неметрических вариаций и характеристика некоторых группировок Dactylogyrus vastator Nyb., 1924 (Monogenea), паразита карповых
рыб // Тр. Зоолог. ин-та АН СССР. Т. 161. С. 51-62.
Шульман-Альбова Р. Е. 1952. к вопросу об изменчивости дигенетического сосальщика
рыб Podocotyle atomon (Rud.) Odhner, 1905 // Учен. Зап. ЛГУ. Сер. биол. наук. Т. 141.
№ 28. С. 110-126.
Anikieva L. V. 1992. Population morphology of Proteocephalus torulosus from cyprinids of
the Karelian lakes // Ecological parasitology. St-Pb. - Petrozavodsk. Vol. 1. P. 135-149.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
41
Клеточные и молекулярные механизмы
паратомии у олигохет
Р. А. Бабаханова1, Н. П. Смирнова1, Р. П. Костюченко1
1
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия;
e-mail: [email protected] (Р. П. Костюченко)
Формирование новой особи у многоклеточных животных, как правило,
связывают с половым размножением. Между тем, бесполый способ репродукции (бластогенез), довольно широко представленный в природе, играет
существенную роль при увеличении популяции и расселении одиночных
форм, при образовании и специализации колонии. Сравнивая формы полового и бесполого размножения, мы, прежде всего, замечаем различия, однако
в основе обеих форм новообразований лежат одни и те же закономерности
индивидуального развития.
Способы бесполого размножения разнообразны и могут быть представлены почкованием, делением, образованием покоящихся стадий и т. д. В то
же время, в основе всех этих форм всегда лежит некая, чаще всего локальная
реорганизация паттерна, сложившегося в результате индивидуального развития материнской особи (Харин и др., 2006). Изучение экспрессии генов,
регулирующих развитие глобально либо на региональном уровне, крайне
информативно для понимания сходства и различий между разными формами развития, и позволит ответить на вопрос о степени эволюционного консерватизма механизмов развития.
Паратомия как способ бесполого размножения путем простого поперечного деления является одной из самых распространенных форм среди первичноротых животных. При этом считается, что паратомическое деление возникало несколько раз в ходе эволюции аннелид (Giese and Pearse, 1975). Вместе
с тем, это явление имеет много общего с процессами посттравматической регенерации: в обоих случаях задействованы общие генетические программы
и морфогенетические механизмы (Bely and Wray, 2001; Харин и Костюченко,
2005; Zattara and Bely, 2011). Корреляция способности к бесполому размножению и регенерации среди многочисленных групп аннелид говорит о том,
что эволюция паратомии зависит от вовлечения сходных с регенерацией механизмов в процессы бластогенеза путем поперечного деления. Поэтому, для
понимания процессов бесполого размножения, особый интерес представляют инициирующие механизмы, а также источник клеток, которые, в конечном итоге, реализуют молекулярно-генетическую программу формирования
нового паттерна.
При развитии зоны паратомии происходят значительные клеточные и
тканевые перестройки. Зона деления (перетяжка), формирующая новые
головной и хвостовой отдел дочерних зооидов, закладывается посередине
сегмента. В ее развитии мы выделяем три стадии, различающиеся степенью
дифференцировки структур дочерних зооидов — ранняя, средняя и поздняя
перетяжка. У изучаемой нами олигохеты Pristina longiseta образуются цепочки, состоящие из нескольких разновозрастных зооидов (не более 4-х), при
42
Р. А. Бабаханова, Н. П. Смирнова, Р. П. Костюченко
этом каждая следующая зона деления закладывается в сегменте, лежащем
впереди предыдущей.
Ранее нами были получены данные (Харин и др., 2006), свидетельствующие о том, что позиция закладки зоны паратомии не является случайной, а
подчиняется статистическим закономерностям. Это позволяет предположить
существование некой системы молекулярных координат, задающих это положение. Процессы при бесполом размножении изученных нами видов предполагают развитие большей части структур зооидов за счет клеточной пролиферации, а не за счет трансформации клеток уже существующих частей
сегмента (за исключением их начальных стадий, когда происходит закладка
зоны паратомии и первичное накопление ее клеточного материала). Наши
данные показывают появление в зоне паратомии большого количества малодифференцированных клеток и отсутствия там большинства дифференцированных клеточных элементов. При этом клетки покровного эпителия
в зоне паратомии имеют сходное тонкое строение c клетками бластемы. Эксперименты с использованием антител против фосфогистона Н3 и инкубации
объектов в растворе бромдезоксиуридина (BrdU) — меченого предшественника ДНК, с последующим выявлением метки включения иммуноцитохимическим способом, позволяют утверждать, что закладка зоны деления происходит главным образом за счет активности клеток эктодермальных покровов.
При этом признаков возможной миграции клеток из других областей тела
животных, в том числе и из внутренних тканей, обнаружено не было.
Характер включения BrdU меняется по мере прохождения стадий развития
зоны паратомии. На ранних стадиях метка обнаружена в большей степени
в покровном эпителии, позже — в покровном эпителии и в интенсивно формирующихся внутренних бластемных клеточных массах, вероятно, возникающих за счет выселения малодифференцированных клеток покровов. По
мере закладки головных структур и зоны роста, BrdU выявляется и в кишечном эпителии в зоне деления и последующем сегменте, что свидетельствует о
трансформации кишки перед разделением вновь сформированных зооидов.
Известно, что у целого ряда животных, от гидры до млекопитающих, стволовые и малодифференцированные клетки ведут себя (в том числе и появляются во время процессов регенерации, с которыми, до известной степени,
можно сравнивать события паратомии) в зависимости от окружающих их старых тканей, тонко реагируя как на ближайшее окружение, так и на систему
в целом.
Создание и отработка модели поведения клеток, экспрессирующих генымаркеры стволовых и малодифференцированных клеток, с последующим
сопоставлением всех полученных экспериментальных и других данных позволит существенно интенсифицировать работы по дифференциальному
анализу ранних молекулярных и клеточных событий закладки и развития
зоны деления. С этой целью проведено исследование экспрессии клонированных нами генов-маркеров недифференцированных клеток (vasa, pl10 и
piwi), а также ряда генов региональных спецификаторов (Смирнова и Костюченко, 2007; Steinmetz et al., 2010).
Уже на самых ранних стадиях развития перетяжки, когда никаких морфологических признаков закладки зоны деления еще не наблюдается, появляется экспрессия генов Plo-vasa и Plo-pl10, причем домены экспрессии
Клеточные и молекулярные механизмы паратомии…
43
расположены в покровном эпителии по бокам животного посередине сегмента и имеют вид двух симметричных узких поперечных полосок клеток.
По мере развития перетяжки сигнал усиливается, а область экспрессии быстро увеличивается, переходя на дорсальную сторону, и уже на стадии средней перетяжки охватывает весь покровный эпителий зоны деления и клетки
бластемы. Гены гомологи piwi (Plo-piwiA и Plo-piwiВ) обнаруживают довольно
слабый сигнал в покровах и, возможно, во внутренних тканях зоны деления
с более интенсивным и протяженным доменом на дорсальной стороне. Но
в противоположность генам Plo-vasa и Plo-pl10 паттерн экспрессии генов piwi
охватывает почти весь сегмент, образующий перетяжку, почти на всех стадиях бесполого размножения.
В цефалогенной, то есть формирующей новую голову, части заднего зооида сигнал генов Plo-vasa и Plo-pl10 распространен обширно, но диффузно, в то
время как в соматогенной части, формирующей новую зону роста переднего
зооида, он носит более компактный и интенсивный характер с максимумом
на дорсальной и дорсолатеральных сторонах. На стадии поздней перетяжки
экспрессия обоих генов Plo-vasa и Plo-pl10 отмечена в надглоточном ганглии
формирующейся головы, в то время как в сформированной голове отмечена лишь умеренная экспрессия Plo-pl10. На этой стадии обнаружен сигнал
и в кишечнике: для Plo-pl10 в пределах одного–двух сегментов, следующих
за цефалогенной частью заднего зооида, а для Plo-vasa — в области второго
старого сегмента, следующего за цефалогенной частью.
Место и время экспрессии изученных генов коррелируют с описанными
ранее на морфологическом уровне процессами дедифференцировки и выселения клеток покровного эпителия (Харин и др., 2006), и, вероятно, играют
важную роль в их регуляции. Паттерны экспрессии Plo-vasa, Plo-piwi и Plo-pl10
динамически меняются в ходе паратомии, вероятно, отражая существенные
изменения молекулярного профиля клеток в зоне деления. Полученные данные чрезвычайно важны для ответа на вопрос о клеточных источниках паратомии и молекулярных процессах бесполого размножения.
Стоит отметить, что формирование новых участков тела (головного и
хвостового) с самых ранних этапов паратомии сопровождается экспрессией генов-региональных спецификаторов, причем паттерн их экспрессии
соответствует таковому во время эмбрионального и личиночного развития
билатеральных животных (Steinmetz et al., 2010), что является несомненным
свидетельством эволюционного консерватизма регуляторных генных сетей
развития при половом и бесполом размножении.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 09-04-00866-а).
Литература
Смирнова Н. П., Костюченко Р.П. 2007. Клеточные источники развития зоны паратомии у олигохеты Pristina longiseta (Naididae): клонирование и анализ экспрессии
генов-маркеров стволовых и малодифференцированных клеток // Цитология.
Т. 49. № 9. С. 794.
44
Р. А. Бабаханова, Н. П. Смирнова, Р. П. Костюченко
Харин А. В., Костюченко Р. П. 2005. Клеточные источники развития зоны деления
и регенерации олигохет // Онтогенез. Т. 36. № 5. С. 397.
Харин А. В., Загайнова И. В., Костюченко Р. П. 2006. Формирование зоны паратомии
у пресноводных олигохет // Онтогенез. Т. 37. № 6. С. 424-437.
Bely A., Wray G. 2001. Evolution of regeneration and fission in annelids: insights from engrailed and orthodenticle-class gene expression // Development. Vol. 128. P. 2781–2791.
Giese A.C., Pearse J.S. 1975. Reproduction of marine invertebrates. Vol. 3. Annelids and
echiurans. N.Y.: Academic Press. 343 p.
Steinmetz P.R.H., Urbach R., Posnien N., Eriksson J., Kostyuchenko R.P., Brena C., Guy K.,
Akam M., Bucher G., Arendt D. 2010. Six3 demarcates the anterior-most developing
brain region in bilaterian animals // EvoDevo. Vol. 1. P. 14.
Zattara E.E, Bely A.E. 2011. Evolution of a novel developmental trajectory: fission is distinct
from regeneration in the annelid Pristina leidyi // Evolution & Development. Vol. 13.
P. 80–95.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
45
Функциональная морфология половой
системы Cincinna macrostoma (Steenbuch, 1864)
(Gastropoda, Pectinibranchia, Valvatidae)
Г. В. Березкина1
1
Смоленский государственный университет, Смоленск, Россия; e-mail: [email protected]
К настоящему времени морфология половой системы моллюсков семейства Valvatidae изучена на примере единичных видов; при этом мнения исследователей даже в отношении одного и того же вида затворок различаются.
Так, для Cincinna piscinalis (Müller, 1774) существует несколько версий строения и физиологии репродуктивных органов. Одну из версий высказал Гарно
(Garnault, 1889, 1890), вторую развила Клеланд (Cleland, 1954). Несовпадение
их мнений и стало основанием для проведения исследований.
В работе изучена на анатомическом и гистологическом уровнях половая система гермафродитного половозрелого моллюска C. macrostoma
(Steenbuch, 1864) с диаметром раковины 5.8–6.3 мм. Моллюсков собирали
в июле 2004 и 2005 гг. в малом водоеме в Смоленской области. Материал
фиксировали в водном растворе формальдегида (1:9). Срезы окрашивали
гематоксилин-эозином.
Показано, что гонада занимает апикальную часть висцерального мешка
и состоит из многочисленных ацинусов, каждый из которых специализирован и продуцирует либо сперматозоиды (в центральной части гонады), либо
яйцеклетки (по периферии органа) (рис. 1). Развитие яйцеклеток и сперматозоидов идет параллельно. Стенки ацинусов состоят из 1 слоя плоского герминативного эпителия толщиной около 4 мкм, с дисковидными ядрами, и
тонкой базальной пластинки. Этот же эпителий формирует фолликулярную
оболочку вокруг каждого из ооцитов: тип оогенеза алиментарный. Зрелые
яйцеклетки намного крупнее яйцеклеток других пресноводных гастропод:
длина 19 наиболее крупных из них — 261.5 ± 3.39 мкм (238–282 мкм), ширина — 195.8 ± 3.57 мкм (169–218 мкм). Размеры ядра у самых крупных ооцитов –
около 50х35 мкм. Амфинуклеолус имеет длину до 26 мкм и толщину в самой
широкой части до 17 мкм. Сперматоциты и сперматиды формируют гроздья
на клетках Сертоли. Приуроченности разных стадий сперматогенеза к конкретным участкам ацинусов нет. Полиморфизма сперматозоидов не замечено. Гаметогенез в летний период асинхронный. Цикличность гаметогенеза
отсутствует.
Стенку гермафродитного протока составляет один слой кубических ресничных клеток высотой 9–11 мкм, с крупными овальными, базально лежащими ядрами. Глубокий слой стенки, толщиной от 4 до 8.5 мкм, составляют
волокна соединительной ткани и немногочисленные, главным образом циркулярные, гладкие мышечные волокна. В проксимальной части гермафродитный проток расширяется в семенной пузырек — овальную в поперечном
сечении камеру с максимальным диаметром 250х130 мкм. Стенка органа составлена кубическим или умеренно высоким цилиндрическим железистым
46
Г. В. Березкина
Рис. 1. Строение половой системы Cincinna macrostomа (Steenbuch): A — общая схема; B —
паллиальный гонодукт (вид сверху)
б — бурса; в — вагина; г — гонада; гп — гермафродитный проток; кж — капсульная железа; п — пенис;
пб — протоки бурсы; пг — проток Гарно; пр — простата; с — семенной пузырек; сж — синкапсульная
железа (матка); сп — семяпровод; ♀ и ♂ — женское и мужское половые отверстия
эпителием, который выполняет трофическую по отношению к сперматозоидам функцию. Ресничные клетки малочисленные. У заднего края мантийной
полости от гермафродитного протока отделяются семяпровод (самый длинный), проток бурсы и очень короткий проток Гарно к капсульной железе. Семяпровод направляется к пенису и перед завершением мантийного участка
принимает проток простаты. Его внутренняя стенка построена из кубических
ресничных клеток высотой от 9 до 15–17 мкм, с овальными ядрами. В дистальном участке к ресничным клеткам добавляются железистые клетки. По
всей длине этот участок семяпровода окружен тонким слоем циркулярных
(внутри) и косых (снаружи) гладких мышечных волокон. Простата лежит под
капсульной железой. Она составлена тубулами, построенными из призматических железистых клеток, размеры которых (20–25)х(12–15) мкм. Цитоплазма клеток, помимо очень мелких вакуолей, содержит 1–2 крупных вакуоли
с ярким секретом, диаметром чаще 8–9 мкм (максимально 17.5х13.9 мкм). Под
базальной пластинкой замечено небольшое количество гладких мышечных
волокон. Стенки протока простаты вначале также составлены железистыми
клетками, которые постепенно замещаются ресничными клетками.
В покое изогнутый и укрытый под краем мантии пенис располагается чуть
выше правого головного щупальца. Его длина — до 2.3 мм; толщина в разных
участках неодинакова. Снаружи пенис покрыт кубическим эпителием с зернами пигмента; есть элементы кутинизации. Под эпителием располагается
слой плотной соединительной ткани, далее к центру — в основном рыхлая
соединительная ткань с лакунами. Непосредственно вокруг проходящего
близко к центру семеизвергательного канала — циркулярные гладкие мышечные волокна. Полость канала выстлана цилиндрическими железистыми,
Функциональная морфология половой системы…
47
с базальными ядрами, клетками высотой 18–26 мкм, а также узкими, примерно такой же высоты, ресничными клетками с палочковидными ядрами.
Из органов женского отдела половой системы вентрально в своде мантийной полости располагается крупная мешковидная бурса. Ее связанный с вагиной канал — диаметром до 175–185 мкм, с толстой мышечной (в основном из
кольцевых мышц) складчатой стенкой. Канал, соединяющий бурсу с гермафродитным протоком, узкий, выстлан цилиндрическим ресничным эпителием
с окружением из волокон соединительной ткани и редких мышечных клеток.
Тонкая стенка самой бурсы образована слоем кубического эпителия (клетки
10–17 мкм высотой и 7–13 мкм шириной, с вакуолизированной цитоплазмой),
базальной пластинкой, соединительнотканными и гладкими мышечными волокнами. Внутри бурсы — большое количество в разной степени фрагментированных сперматозоидов и сгустки тонкодисперсного вещества. Бурса имеет
все признаки гаметолитического органа, служащего для утилизации избытка
принятой при копуляции спермы.
Капсульная железа в комплексе с простатой лежит слева от бурсы. В передней части она цилиндрическая, ее дистальная часть вздута: здесь канал образует петлю. Орган вырабатывает вещества, которые составляют оболочки
яйцевых капсул; из них же формируются халазы, соединяющие яйцевые капсулы в один тяж. Собственная стенка железы, толщиной до 10 мкм, — плоский эпителий (клетки с мелкими овальными ядрами) и небольшое количество мышечных волокон снаружи. Внутри обнаружено три вида железистых
клеток. Дорзально полость петли выстлана цилиндрическим железистым
эпителием высотой до 140 мкм при толщине клеток 8–12 мкм. Их цитоплазма
светлая. Вентральная часть петли изнутри покрыта цилиндрическими железистыми клетками высотой 35–40 мкм, их цитоплазма с многочисленными
мелкими каплями интенсивно окрашивающегося секрета. В дистальной части органа железистые клетки близки к клеткам первого типа, но их высота
до 80 мкм и ширина около 20 мкм. Железистые клетки первого и третьего
типов чередуются с ресничными клетками — столь же высокими, узкими и
клиновидно расширяющимися в апикальной части.
Синкапсульная железа длиной до 2 мм и шириной около 1.3 мм лежит
над бурсой и объединяет яйцевые капсулы в кокон (синкапсулу). Полость
органа разделена железистой складкой на вентральный и дорзальный «карманы». Внешняя стенка органа — из одного слоя клеток плоского эпителия
3–5 мкм толщиной, базальной пластинки и немногочисленных мышечных
и эластических волокон. В разных участках внутренней выстилки выявлены четыре типа железистых клеток. Два первых — высоко-цилиндрические,
длиной 35–58 (до 80) мкм и толщиной 9–12 мкм клетки, с базальными удлиненными ядрами. Клетки различаются по интенсивности окраски в целом
светлой сетчатой цитоплазмы; их секреты — основа для синкапсульного
матрикса. Среди них располагаются узкие клиновидные ресничные клетки
с палочковидными ядрами. Третий вид клеток образует мощную, в отдельных местах толщиной до 440–460 мкм, зону в дорзальном участке железы и
содержит в цитоплазме многочисленные вакуоли с хорошо окрашивающимся плотным секретом, из которого строится синкасульная оболочка. Высота
клеток до 67 мкм при ширине 11–15 мкм; ядра базальные. Четвертый вид
железистых клеток располагается вблизи от вагины. По размерам и форме
48
Г. В. Березкина
они близки к клеткам первых двух видов, однако, содержимое их вакуолей —
тонкодисперсная масса, участвующая в формировании «ножки» синкапсулы.
Вагина имеет щелевидный просвет и ресничную выстилку из одного слоя
кубических или цилиндрических клеток. Глубже располагается небольшой
слой плотной соединительной ткани, а также значительное количество мышечных волокон.
Таким образом, общий план строения половой системы C. macrostoma близок к схемам Гарно (Garnault, 1889, 1890; Johansson, 1953, 1955) для C. piscinalis
(Müller, 1774) и Ситниковой (1984) для Megalovalvata baicalensis (Gerstfeldt, 1859).
Опираясь на результаты исследования, следует согласиться со схемой формирования яйцевых масс у Valvatidae, предложенной Гарно (Garnault, 1889,
1890) и Ситниковой (1984), и отказаться от мнения Клеланд (Cleland, 1954).
Литература
Ситникова Т. Я. 1984. Некоторые вопросы строения и функционирования репро­
дуктивной системы моллюсков сем. Valvatidae (Gastropoda Pectinibranchia) //
Вестн. Ленингр. гос. ун-та. Т. 3. № 1. С. 121–123.
Cleland D. M. 1954. A study of the habits of Valvata piscinalis (Müller) and the structure and
function of the alimentary canal and reproductive system // Proc. Malac. Soc. London.
Vol. 30. P. 167–203.
Garnault P. 1889. Sur les organs reproducteurs de la Valvata piscinalis // Zool. Anz. Bd. 12.
S. 266–269.
Garnault P. 1890. Les organs reproducteurs de la Valvata piscinalis // Bull. Sci. France Belg.
Vol. 22. P. 469–505.
Johansson J. 1953. On the genital organs of some Mesogastropods // Zool. Bird. Uppsala.
Vol. 30. P. 1–23.
Johansson J. 1955. Garnault’s duct and its significance for the phylogeny of the genital
system of Valvata // Zool. Bird. Uppsala. Vol. 30. P. 457–466.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
49
Функциональная морфология репродуктивной
системы самцов неплавниковых осьминогов
(Octopoda: Incirrata)
А. В. Беспятых1, Р. М. Сабиров1
1
Казанский федеральный университет, Казань, Россия;
e-mail: [email protected] (А. В. Беспятых), [email protected] (Р. М. Сабиров)
Неплавниковые осьминоги Octopoda Incirrata, также как представители
других отрядов Cephalopoda, используют сложно устроенные агрегаты спермы для передачи полового продукта от самца к самке. На фоне широкого
спектра механизмов оплодотворения для осьминогов характерно крайнее
многообразие агрегатов спермы, число которых у крупных видов обычно
не превышает 10, а у мелких и средне-размерных варьирует от 50 до 150
(Hanson et al., 1973; Mann, 1984; Haimovici, 1988; Сабиров и Беспятых, 1996). Важная особенность — наличие комплекса добавочных желез в репродуктивной
системе — предполагает разделение периода половозрелости головоногих на
физиологическую и функциональную. Самцы головоногих становятся функционально зрелыми и готовыми к спариванию только после формирования
и накопления необходимого количества сперматофоров в сперматофорном
комплексе органов (СКО), включающем семяпровод, сперматофорную железу (СЖ) и сперматофорный мешок (Сабиров, 1995). Несмотря на достаточно
хорошую изученность головоногих, современные представления о морфологии репродуктивной системы самцов октопод, особенностях ее развития
в онтогенезе, функционировании и строении сперматофоров остаются неполными и базируются, главным образом, на данных, полученных в 60-80 гг.
XX века. Подавляющее большинство инцирратных осьминогов принадлежат
к бентосной и бенто-пелагической жизненным формам (Несис, 1985), что не
могло не отразиться на их репродуктивном поведении, а также особенностях
строения и функционирования половой системы.
Материалом для изучения послужили фиксированные гонады с комплексом вспомогательных желез, а также целые осьминоги, собранные в разных
частях Мирового океана в период с 1991 по 2009 г. Это — сборы из научных
рейсов АтлантНИРО, СахНИРО, ПИНРО, экспедиций Казанского университета. Проанализировано более 180 экземпляров, принадлежащих 7 видам
инцирратных октопод: Graneledone yamana Kommritz, 2000; Bathypolypus arcticus
(Prosh, 1849); Benthoctopus abruptus (Sasaki, 1920); Enteroctopus dofleini (Wulker,
1910); Octopus conispadiceus (Sasaki, 1917); Octopus vulgaris Cuvier, 1797; O. laqueus
Kaneco & Kubodera, 2005. Для изучения структуры отделов СКО применяли
метод кросс-секций и исследования тканей с использованием стандартных
гистологических методик.
СКО инцирратного осьминога (рис. 1) включает семяпровод, переходящий
в СЖ, которая соединяется с придаточной железой и впадает в проток, ведущий в сперматофорный мешок. Последний коротким протоком соединяется с терминальным органом, представленным пенисом с дивертикулумом
50
А. В. Беспятых, Р. М. Сабиров
(Беспятых, 2007а, б). Семяпровод имеет вид полой трубки, внутренние стенки
которой образуют продольные кристы, глубоко выступающие в просвет семяпровода и несущие по сторонам ряд вторичных гребней. Количество крист
и их высота уменьшаются ближе к дистальной части семяпровода. У крупных видов эти структуры развиты сильнее. Железистые клетки эпителия разветвленных крист формируют матрикс первичного жгута спермиомассы, а
ресничный эпителий обеспечивает ее продвижение. Первый отдел СЖ имеет
вид короткого цилиндрического образования, примыкающего к дистальной
части семяпровода. Железистая ткань первого отдела секретирует основу
эякуляторного аппарата. Второй отдел СЖ гистологически сходен с первым.
Проток здесь погружается в массу секреторной ткани и образует С-образно
загнутый продольный гребень — структуру, обеспечивающую вращение
формирующегося сперматофора вокруг оси, в результате чего основные
его компоненты приобретают спиральную форму. В этой части происходит
укладка семенного резервуара и эякуляторного аппарата. Третий и четвертый отделы СЖ осьминогов можно рассматривать, как дистальную и проксимальную части одного функционального отдела. Сюда дискретно поступает
семенной резервуар, соединенный с эякуляторным аппаратом формирующегося сперматофора. Данные отделы имеют вид тонкостенной трубки с сильно развитым продольным гребнем, несущим железистые кристы. Эта часть
сперматофорной железы формирует оболочки эякуляторного аппарата и наружную тунику сперматофора. Придаточная железа имеет трубчатое строение
с центральной полостью, в которую впадают многочисленные радиальные
протоки хорошо развитой железистой ткани. В этот отдел сперматофор попадает практически сформированным. В придаточной железе он уменьшается
в размерах, теряя избыточную влагу. По всей вероятности изменяется и концентрация ионов в жидкостях, заполняющих элементы эякуляторного аппарата и семенного резервуара, что подготавливает сперматофор к эякуляции.
Сперматофорный (нидхэмов) мешок имеет коническую форму. Сперматофоры попадают сюда из придаточной железы и укладываются в один ярус
головками в направлении узкой дистальной части мешка. Внутренняя стенка
мешка формирует единственный продольный гребень, одна сторона которого несет многочисленные кристы. Кристы также присутствуют на всей внутренней стенке мешка. У инцирратных осьминогов, на фоне низкой скорости
образования относительно небольшого числа сперматофоров, завершающий
этап формирования сперматофоров и прикрепление нити происходит в желобках, образованных продольными кристами стенок нидхэмова мешка. Дефинитивные сперматофоры выпадают в полость мешка и далее выводятся
в терминальный орган. Такое выпадение зрелого сперматофора из желобка
между крист можно рассматривать как функциональную аналогию выпадению зрелого ооцита из фолликула в яичниках самок.
Терминальный орган — дистальный отдел СКО — образован пенисом с дивертикулумом и выполняет функцию поодиночной передачи сперматофоров, которые выводятся передним концом в направлении половых путей
самок. Стенка пениса с хорошо развитой кольцевой мускулатурой несет на
своей внутренней поверхности слой железистого эпителия. Наличие слизистого секрета позволяет свернутому сперматофору легко расправляться в процессе выведения его наружу. Описанные морфо-функциональные
Функциональная морфология репродуктивной системы…
51
Рис. 1. Топография и функциональная роль отделов сперматофорного комплекса органов
инцирратного осьминога на примере Octopus laqueus
адаптации связаны с особенностями репродуктивной стратегии Incirrata, занявших в процессе эволюции придонные биотопы и перешедших к практически истинному внутреннему оплодотворению.
Литература
Беспятых А. В. 2007а. Строение и особенности функционирования репродуктивной
системы самцов трех видов неплавниковых осьминогов Северо-Западной пацифики // Ученые записки КГУ. Сер. Естеств. науки. T. 149. № 2. C. 51-68.
Беспятых А. В. 2007б. Новые данные о строении репродуктивной системы самцов глубоководного осьминога Bathypolypus arcticus (Cephalopoda: Octopoda) // Ученые записки КГУ. Сер. Естеств. науки. T. 149. № 3. C. 209-213.
Несис К. Н. 1996. Система современных головоногих моллюсков: критический анализ
новопредложенных усовершенствований на основе строения репродуктивных органов // Зоол. журн. Т. 75. № 3. С. 335-349.
52
А. В. Беспятых, Р. М. Сабиров
Сабиров Р. М. 1995. Сперматофорогенез и репродуктивная стратегия самцов кальмаров–оммастрефид (Oegopsida: Ommastrephidae). Дисс. канд. биол. наук. КГУ. 198 с.
Сабиров Р. М. 2009. Репродуктивная система самцов головоногих моллюсков Cephalopoda. II. Сперматофорный комплекс органов // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер.
Естеств. науки. Т. 151. № 2. C. 34-50.
Сабиров Р. М., Беспятых А. В. 1996. Агрегаты спермы Octopoda: многообразие и классификация // Матер. VII съезда Гидробиол. о-ва РАН. Т. 1. Казань: Полиграф.
С. 146-148.
Haimovici M. 1988. Eledone gaucha, a new species of eledonid octopod (Cephalopoda:
Octopodidae) from southern Brazil // Nautilus. Vol. 102. № 2. P. 82-87.
Hanson D., Mann T., Martin A.W. 1973. Mechanism of the spermatophoric reaction in the
giant octopus of the North Pacific, Octopus dofleini martini // J. Ex. Biol. Vol. 58. № 3.
P. 711-723.
Mangold K. 1987. Reproduction // Boyle P.R. (ed.). Cephalopod life cycles: Comparative
reviews. London: Academic Press. Vol. 2. P. 157–200.
Mangold K. 1989. Organes génitaux // Grassé P. (ed.). Traité de Zoologie, Anatomie, Systématique, Biologie. T. 5. Fasc. 4. Céphalopodes. Paris: Masson. P. 459-492.
Mann T. 1984. Spermatophores. Development, structure, biochemical attributes and role
in the transfer of spermatozoa. Berlin, Heidelberg, N.Y., Tokyo: Springer-Verlag. 386 p.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
53
Строение мозга цестод: словарное определение
и приведение в соответствие с международным
словарем по нейроанатомии
и нейрофилогении беспозвоночных
Н. М. Бисерова1
1
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Москва, Россия;
e-mail: [email protected]
Нервная система беспозвоночных имеет высокую степень несовместимости
внутри разных таксонов (Richter et al., 2010). Это отражено в терминологии,
используемой при описании нервной системы беспозвоночных, в которой
нет единообразия и много путаницы. Часто при использовании общих для
всех животных терминов, таких как нерв, мозг, нейропиль, ствол, коннектив,
плексус, невозможно понять, что на самом деле имеется в виду у изучаемого
объекта. Сведения о строении и эволюции нервной системы цестод очень
слабо интегрированы в общую систему нейробиологических знаний. В докладе будет проанализированы современные данные по строению мозга цестод и сделана попытка определения гомологии со структурами, описанными
для плоских червей и других беспозвоночных, в соответствии с последними
предложениями по разработке словаря нейробиологических терминов для
беспозвоночных.
Будет предложена дискуссия для рассмотрения следующих аспектов:
1. Церебральный ганглий: стоит ли поддерживать упразднение термина?
2. Комиссуры: что такое комиссуры в мозге цестод и чему они соответствуют в других типах червей?
3. Нейропиль и нейропили: что это для цестод — признак ганглия? доли
ганглия? Несколько нейропилей — признак сложного полимерного
мозга?
4. Центральная нервная система цестод: определение и признаки
5. Периферическая нервная система цестод: определение и признаки
6. Пионерные нейроны: они есть у цестод!
7. Ортогон: исключить из дискуссии о базовом плане строения? Аргументы за и против.
Заключение: Описание нервной системы цестод в современных терминах.
Литература
Richter S., Loesel R., Purschke G. et al. 2010. Invertebrate neurophylogeny: suggested terms
and definitions for a neuroanatomical glossary // Frontiers in Zoology. Vol. 7. P. 1–29.
54
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Явление дорсо-вентральной асимметрии
в строении мозга цестод
Н. М. Бисерова1
1
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия;
e-mail: [email protected]
Сколекс большинства цестод обладает двулучевой радиальной симметрией и, по умолчанию, предполагалось, что церебральный ганглий (= мозг,
Richter et al., 2010) цестод обладает симметрией, соответствующей симметрии
сколекса. Сведений об организации и тонком строении мозга цестод совершенно недостаточно.
Проведенные исследования нервной системы лигулид на примере плероцеркоида Ligula intestinalis, представителя отр. Diphyllobothriidae, показали
сложную организацию мозга (Бисерова и Гордеев, 2010). Наряду с парными
фронтальными и латеральными долями, обнаружена непарная доля в центре медианной комиссуры, расположенная асимметрично с вентральной
стороны. Из непарной вентральной доли выходят два перекрещивающихся
вентральных нерва. В строении парных долей выявлена дорсо-вентральная
полярность в расположении нервных клеток: тела наиболее крупных нейронов расположены на дорзальной поверхности мозга. Кроме того, асимметрия присутствует в развитии корешков, выходящих из парных латеральных
долей: вентральные корешки более развиты по сравнению с дорзальными.
Таким образом, в строении мозга плероцеркоида Ligula intestinalis прослеживается отчетливая билатеральная симметрия (рис. 1). Под медианной комиссурой проходит выделительный канал, соединяющий два главных латеральных выделительных сосуда. На поперечном срезе в области мозга главные
выделительные каналы расположены проксимально от латеральных долей
и вентральнее комиссуры. В дорзальной области над мозгом выделительная
система представлена кортикальной сетью мелких каналов.
Имеются ли признаки дорзо-вентральной асимметрии в строении мозга других цестод? Мозг Triaenophorus nodulosus (Bothriocephalidea) имеет две
симметричных латеральных доли соединенных длинной медианной комиссурой, состоящей из нейритов и сом, без каких-либо скоплений нейронов
(Бисерова, 1997). Латеральные доли посылают симметричные пары дорзальных и вентральных корешков в ботрии. Кроме того, у раннего плероцеркоида в области ганглия расположены 4 симметричных выделительных канала,
две пары одинаковых по диаметру сосудов, расположенных проксимально
от латеральных долей. Таким образом, организация мозга плероцеркоида и
взрослого Triaenophorus nodulosus (Bothriocephalidea) имеет двулучевую радиальную симметрию.
Исключительно сложное строение внутри класса цестод имеет мозг у представителей отр. Trypanorhyncha (Rees, 1988; Бисерова, 2008; Biserova et al.,
2010; Бисерова и Корнева, 2010, 2011, в печати). Так, например, мозг Parachristianella sp. представлен парными фронтальными и латеральными долями,
Явление дорсо-вентральной асимметрии…
55
Рис. 1. Схема поперечного среза мозга плероцеркоида Ligula intestinalis в области медианной
комиссуры
ВД — вентральная доля, ВК — вентральные корешки мозга; ВН — вентральные нервы, выходящие из
вентральной доли; ЛД — латеральные доли; МК — медианная комиссура; Эк — экскреторные каналы
объединенными разноуровневыми комиссурами, а так же хорошо
развитой непарной центральной
долей. В отличие от других цестод, в строении мозга которых
имеется одна медианная (= центральная) комиссура, парные
доли мозга Parachristianella sp. соединены медианной, крестовой
и двумя полукольцевыми фронтальными комиссурами. В организации мозга Parachristianella sp.
имеются признаки билатеральной симметрии: непарная медианная доля имеет вентральную
и дорзальную области, в которых
расположение нейронов стабильно и отличается друг от друга.
В состав центральной доли мозРис. 2. Схема строения мозга Parachristianella sp.,
поперечный срез в области медианной комиссуры га входит дорзальная пара выделительных сосудов, проходя(МК)
ДК — дорсальные выделительные каналы; ЛД — лате- щих над медианной комиссурой
ральные доли ганглия; ЛК — латеральные выделитель- (рис. 2). При этом, главные выденые каналы; Х — хоботки; ЦД — непарная центральная лительные сосуды занимают ладоля, выделена серым (по: Бисерова и Корнева, 2011,
теральное положение и проходят
с изменениями)
56
Н. М. Бисерова
снаружи латеральных долей мозга. То есть у Parachristianella sp., в отличие
от других цестод, мозг расположен проксимальнее главных выделительных
сосудов и имеет дорзальную и вентральную области, определяемые расположением дорзальной пары выделительных сосудов. Таким образом, несмотря
на радиальную двулучевую симметрию сколекса трипаноринх, их мозг имеет
следы билатерально-симметричной организации.
Как показали наши исследования, степень дорсо-вентральной асимметрии
в организации мозга значительно отличается в разных отрядах цестод.
Наличие дорсо-вентральной асимметрии мозга цестод указывает на наличие дифференцированной дорсальной и вентральной поверхности у их
предков, и является архаичным признаком, сохранившимся от свободноживущих плоских червей, обладающих ярко выраженной билатеральной симметрией. Билатеральная симметрия в строении мозга лигулид свидетельствует о базальном положении данной группы цестод, по отношению к другим
представителям Pseudophyllidea sensu lato. Ранее была обоснована гипотеза
о развитии радиальной симметрии у прикрепленных организмов, ведущих
сидячий образ жизни (Беклемишев, 1964а, б; Малахов, 2004, 2009). В противоположность мнению о примитивности и первичности радиальной симметрии, архитектоника мозга цестод свидетельствует о том, что радиальная
симметрия сколекса является результатом вторичной специализации цестод
к прикрепленному образу жизни.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 09-04-01056 и контрактов
02.740.11.0280; 02.740.11.0875; P1291; 4456.2010.4
Литература
Беклемишев В. Н. 1964а. Основы сравнительной анатомии беспозвоночных. М.: Наука.
Т. 1. Проморфология. 432 с.
Беклемишев В. Н. 1964б. Основы сравнительной анатомии беспозвоночных. М.: Наука.
Т. 2. Органология. 446 с.
Бисерова Н. М. 1997. Строение нервной системы сколекса Triaenophorus nodulosus (Cestoda, Pseudophyllydea) // Паразитология. Т. 31. № 3. С. 249-260.
Бисерова Н. М. 2008. Тонкое строение глиальных клеток в нервной системе Grillotia
erinaceus // Цитология. Т. 50. № 6. С. 498-508.
Бисерова Н. М., Гордеев И. И. 2010. Ультраструктурная организация нервной системы
плероцеркоида Ligula intestinalis (Cestoda: Diphyllobothriidea) // Зоол. беспозвон.
Т. 7. № 2. С. 133-154.
Бисерова Н. М., Корнева Ж. В. 2010. Особенности организации центральной нервной
системы Christianella minuta (Cestoda) // Паразиты Голарктики: сб. науч. ст. Междунар. симп. (Петрозаводск, 4-8 окт. 2010 г.). Т. 1. Петрозаводск. С. 40-43.
Бисерова Н. М., Корнева Ж. В. 2011. Реконструкция тонкого строения церебрального
ганглия Parachristianella sp. (Cestoda, Trypanorhyncha) // Зоол. журн. Т. 90. (в печати)
Малахов В. В. 2004. Происхождение билатерально-симметричных животных // Журн.
общ. биол. Т. 65. № 5. С. 371-388.
Малахов В. В. 2009. Революция в зоологии: новая система билатерий // Природа. № .
С. 40–54.
Явление дорсо-вентральной асимметрии…
57
Biserova N. M. 2008. Do glial cells exist in the nervous system of parasitic and free-living
flatworms? An ultrastructural and immunocytochemical investigation // Acta Biologica
Hungarica. Vol. 59. Suppl. 30. P. 208-219
Biserova N. M., Gordeev I. I., Korneva J. V., Salnikova M.M. 2010. Structure of the glial cells
in the nervous system of parasitic and free-living flatworms // Biology Bulletin. Vol. 37.
P. 277–287.
Rees F. G. 1988. The muscle, nervous and excretory systems of the plerocercoid of Callitetrarhynchus gracilis (Rud 1819) (Pinter 1931) (Cestoda: Trypanorhyncha) from Bermuda
fishes // Parasitology. Vol. 96. P. 337-351
Richter S., Loesel R., Purschke G. et al. 2010. Invertebrate neurophylogeny: suggested terms
and definitions for a neuroanatomical glossary // Frontiers in Zoology. Vol. 7. P. 1-29.
58
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Поведение клеток целомического эпителия
морской звезды Asterias rubens L. В процессе
культивирования и взаимодействие их
с целомоцитами в условиях in vitro
М. И. Блинова1, Д. Е. Бобков1, А. Н. Горшков1, Г. П. Пинаев1
1
ГНИУ Российской академии наук Институт цитологии РАН, Санкт-Петербург, Россия;
e-mail: [email protected] (М. И. Блинова)
Несмотря на то, что культивированием клеток морских, пресноводных
и наземных беспозвоночных активно занимаются в разных странах уже не
менее 50 лет, до сих пор удалось получить только 1 постоянную клеточную
линию (Bge) эмбриональных клеток пресноводного моллюска Biomphlaria
glabrata (Hansen, 1976). Исходя из характерных свойств клеток этой линии,
можно назвать отличительные особенности по сравнению с клетками высших животных. Они заключаются в следующем: (1) скорость пролиферации
в условиях in vitro значительно ниже — 1 деление в неделю, тогда как клетка
млекопитающего делится примерно 1 раз в сутки; (2) хромосомная стабильность — на протяжении 2-х лет культивирования клетки линии Вge сохраняли диплоидный набор хромосом, в то время как при переводе в культуру
клеток высших животных набор хромосом очень быстро вместо диплоидного становится анеуплоидным; (3) можно предполагать, что клетки перечисленных беспозвоночных более лабильны по своим свойствам, поскольку они
менее дифференцированы, чем клетки высших животных. По мнению ряда
исследователей у таких видов чрезвычайно развита дедифференцировка
(Долматов и Машанов, 2007); (4) клетки морских беспозвоночных, культивируемые в условиях in vitro склонны к агрегации в гораздо большей степени,
чем клетки высших организмов. По-видимому, все эти отличительные особенности и затрудняют получение постоянных клеточных линий in vitro по
тем же правилам, что и для высших животных.
Морские беспозвоночные обладают уникальной способностью к регенерации утраченных или поврежденных органов и тканей. И вследствие этого
они являются удобной экспериментальной моделью активной регенерации.
В наших исследованиях на морской биологической станции «Картеш» в качестве такой модели были использованы морские звезды Asterias rubens L. Представляло интерес выяснить поведение целомоцитов (клеток целомической
жидкости) в процессах регенерации. Первой экспериментальной моделью
раны служило нанесение небольшого, но глубокого пореза на одном из лучей
звезды. После нанесения раны была забрана вся целомическая жидкость и
подсчитано общее количество клеток. Подсчет целомоцитов у того же индивида A.rubens через 5 часов после полного их забора показал, что за это
время популяция целомоцитов не только восстановила свою численность, но
и количество их значительно увеличилось. Предполагается, что целомоциты
в организме несут несколько функций и одна из них — быстро отреагировать
на любые повреждения, образовав агрегат в качестве тромба, закрыть рану и
Поведение клеток целомического эпителия…
59
Рис. 1. Сокращение сети целомоцитов и образование сгустка (A, B); взаимодействие целомоцитов с фрагментами целомического эпителия (C, D)
тем самым предотвратить внезапную гибель организма. Это свойство образовывать агрегат при любом воздействии на организм затрудняет выделение
целомоцитов в виде суспензии отдельных клеток. Методически агрегация
целомоцитов была предотвращена тем, что при взятии клеток целомическая
жидкость сразу же поступала в раствор ЭДТА. Последующее центрифугирование (800–1000 об/мин, 5 мин) позволяло освободиться от раствора ЭДТА,
и целомоциты, переведенные в раствор CMFSS (искусственная морская вода
без ионов Са и Mg) могли переживать в виде суспензии отдельных клеток,
адгезируя и прикрепляясь к поверхности культурального сосуда. При добавлении Са2+ (в конечной концентрации 5 мМ) к целомоцитам в таких условиях
запускало сразу же процесс непосредственного взаимодействия клеток между
собой с образованием тяжей между ними. На поверхности сосуда в течение
10-15 мин, если это были целомоциты из раненной звезды, образовывалась
сеть клеток по всей поверхности, которая начинала активно сокращаться,
и в итоге формировался сгусток клеток. Таким образом, в условиях in vitro
был смоделирован процесс образования сгустка. Наблюдалось это только
с целомоцитами из раненной звезды (рис. 1A, B).
До сих пор среди исследователей нет однозначного мнения об источнике
происхождения целомоцитов. Каким образом за короткое время, как было показано в наших экспериментах за 5 часов, восстанавливается вся популяция?
60
М. И. Блинова, Д. Е. Бобков, А. Н. Горшков, Г. П. Пинаев
Существуют разные предположения. Одно из них — в экстремальных ситуациях часть клеток целомического эпителия может трансдифференцироваться и таким образом способствовать восстановлению популяции целомоцитов.
Нами была выполнено электронномикроскическое исследование клеток
целомического эпителия (ЦЭ) и суспензии целомоцитов интактных и раненных морских звезд Asterias rubens L. В результате было установлено, что ЦЭ
состоит из трех типов клеток: жгутиковых (около 60%), секреторных (около
3%) и миоэпителиальных (около 37%). В 4–5% случаев соседние жгутиковые
клетки разделены межклеточными щелями различного размера. Эти щели,
очевидно, представляют собой лакуны, оставшиеся после выхода жгутиковых
клеток в целомическую полость. Охарактеризована морфологическая картина превращения жгутиковых клеток ЦЭ в целомоциты. После ранения отмечена активация целомоцитов, состоящая в резком увеличении количества и
длины филоподий на их поверхности и в формировании ими многоклеточных агрегатов. Совокупность ультраструктурных данных позволяет предположить гистогенетическое происхождение целомоцитов из жгутиковых клеток ЦЭ как процесс клеточной трансдифференцировки (Горшков и др., 2009).
Культивирование фрагментов ЦЭ раненной звезды в среде L15 с 2% эмбриональной сыворотки крупного рогатого скота показало, что из фрагментов
активно мигрируют клетки разных типов. Часть из них оседает и прикрепляется к поверхности культурального сосуда, часть находится в суспензии. В течение 7-10 дней культивирования ряд мигрировавших клеток разных типов
объединяются и образуют тканеподобные структуры. Этому, вероятно, способствует присутствие элементов внеклеточного матрикса, выделяющихся из
фрагментов ЦЭ.
Культивирования фрагментов ЦЭ и моделирование образования сгустка
целомоцитов (т. е. сокращение их сети) позволило поставить в условиях in
vitro эксперименты по их взаимодействию. В лунке 96-луночной платы прикрепляли к стенке 1, 2 или несколько фрагментов ЦЭ из раненной звезды.
После их прикрепления в лунку вносили суспензию целомоцитов в растворе
CMFSS и через 20 мин после их оседания добавляли раствор Са2+ в конечной
концентрации 5 мМ. Как и обычно, целомоциты после этого начинали образовывать сеть, которая затем сокращалась, причем сокращение сети всегда
было направлено в сторону фрагмента ЦЭ, а сеть целомоцитов оказывалась
присоединенной к нему, и агрегат целомоцитов подтягивался к фрагменту.
В случаях с 2-мя и более фрагментами сеть целомоцитов натягивалась между
ними (рис. 1C, D).
Таким образом, из полученных результатов можно сделать выводы о том,
что в ситуациях, когда происходит какая-то большая потеря целомоцитов
(например, ранение), восстановление популяции утраченных целомоцитов
происходит за счет трансдифференцировки ЦЭ. Кроме того, в случаях повреждений целомоциты и ЦЭ осуществляют тесное взаимодействие между
собой.
Поведение клеток целомического эпителия…
61
Литература
Горшков А. Н., Блинова М. И., Пинаев Г. П. 2009. Ультраструктура целомического эпителия и целомоцитов морской звезды Asterias rubens L. в норме и после нанесения
раны // Цитология. Т. 51. № 8. С. 650-661.
Долматов И. Ю., Машанов В. С. 2007. Регенерация у голотурий. Владивосток: Дальнаука. 211 с.
Hansen E. L. 1976. A cell line from embryos of Biomphalaria glabrata (Pulmonata): establishment and characteristics // Maramorosch K. (ed.). Invertebrate Tissue Culture. Research
application. N.Y.: Academic Press. 355 p.
62
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Пищеварительная система морского паука
Nymphon brevirostre Hodge, 1863 (Arthropoda:
Pycnogonida)
Е. В. Богомолова1
1
Московский государственный университет, Москва, Россия; e-mail: [email protected]
Пикногониды, или морские пауки (Pycnogonida), характеризуются своеобразной организацией, в том числе уникальным способом питания и строением пищеварительной системы. У морского паука Nymphon brevirostre Hodge,
1863 из семейства Nymphonidae на продольных разрезах хобота, с применением метода сканирующей электронной микроскопии, описано внешнее
строение хобота, а также внутреннее строение глотки и цедильный аппарат.
Ультраструктура средней кишки была изучена методом трансмиссионной
электронной микроскопии на поперечных срезах; дополнительно при описании средней кишки и прилегающих к ней структур применяли сканирующую электронную микроскопию.
Хобот с терминальным ртом и цедильным аппаратом обеспечивает уникальный механизм питания морских пауков. Nymphon brevirostre питается
колониальными гидроидными полипами Obelia и близких родов. Морской
паук погружает дистальный участок хобота в гидротеку, удерживая полип
за ножку хелифорами (наблюдения автора), форма и размер хобота соответствуют гидротеке. Ротовое отверстие Y-образное, окружено тремя хитиновыми челюстями. Каждая челюсть заканчивается крючковидным острием,
обращенным в полость глотки. По краям челюсть окаймлена тонкой губой
в виде пластинки, отогнутой вперед. Край пластинки бахромчатый, с тонкими гибкими щетинками. Под бахромой имеется один ряд из 10–15 мелких
пор, и такие же поры располагаются на внешней поверхности челюсти. Вероятно, это поры «слюнных» желез хобота, функция которых требует уточнения. Многочисленные мелкие двуклеточные «слюнные» железы, открывающиеся на кутикуле губ, были описаны у других пикногонид (Fahrenbach
and Arango, 2007). Похожие поры, но в числе всего 3 пар, имеются по краям
рта и у личинок пикногонид (Богомолова и Малахов, 2004; Богомолова, 2007).
Кроме того, на челюстях имеются предположительно сенсорные структуры:
несколько бугорков размером 1–2 мкм и поровые поля. Вокруг рта располагается несколько раздвоенных сенсилл. Эксперименты Стока по хеморецепции морских пауков при обнаружении пищевых объектов показали, что
щетинки пальп и хелифор не являются хеморецепторными; предполагалось,
что рецепторы могут располагаться на туловище, ходильных ногах и/или
хоботе (Stock, 1978). Из обнаруженных нами на хоботе поверхностных структур нитевидные раздвоенные сенсиллы напоминают те, что встречаются на
кутикуле любой части тела, в том числе хелифор и пальп, но не имеют пор, и,
следовательно, не являются хеморецепторами. Гибкие щетинки, образующие
бахрому на краях губ, также лишены пор и поэтому являются скорее механо-,
а не хеморецепторными, если им вообще присуща сенсорная функция.
Пищеварительная система морского паука…
63
Полость глотки выстлана кутикулой. Передняя и задняя камеры глотки
разделены кольцевой складкой, вдающейся в ее полость, и узкой зоной направленных назад мелких зубцов. Передняя камера занимает менее половины длины глотки. Цедильный аппарат, напротив, занимает три четверти
задней камеры глотки и представляет собой совокупность направленных ко
рту длинных шипов, расположенных поперечными рядами. Длина шипов составляет от 90 мкм в передних рядах и до 60–70 мкм в задних. Шипы перистые;
задние ряды шипов накладываются на передние ряды, образуя «сито», размер ячеек которого составляет в среднем 0.5 мкм. Кутикула пищевода гладкая.
Пищевая масса с книдоцистами при питании поступает в переднюю камеру
глотки, а затем малыми порциями — в заднюю камеру. Шипы цедильного
аппарата за счет работы мускулатуры глотки (имеются как радиальные дилататоры, так и их поперечные антагонисты) механически измельчают пищу,
и в средней кишке можно обнаружить только однородное тонкоструктурное
содержимое без различимых клеток или клеточных фрагментов.
Анатомия хобота и кутикулярные структуры глотки N. brevirostre не имеют
существенных отличий по сравнению с описанными у других пикногонид со
сходной биологией и способом питания (Fahrenbach and Arango, 2007). Хищные пикногониды (питаются полихетами) отличаются не только формой
хобота, но и слабым развитием цедильного аппарата (Soler-Membrives et al.,
в печати). Возможно, цедильный аппарат имеет большое значение для разрушения книдоцист у пикногонид, питающихся тканями книдарий.
Средняя кишка подразделяется на туловищную часть и длинные, слепо
заканчивающиеся, парные боковые отростки, которые располагаются в хелифорах и в ходильных ногах. Стенка средней кишки представлена пищеварительным эпителием и его базальной пластинкой, а также мускульной обкладкой. С дорсальной стороны к кишечнику прилегает горизонтальная септа,
подразделяющая гемоцель морских пауков на дорсальный и вентральный
отделы. В базальную зону кишечного эпителия проникают тонкие отростки клеток продольных вентральных перегородок, вертикально идущих от
кишечника до брюшной нервной цепочки и вентральной стенки тела — эти
клетки не имеют базальной пластинки и принадлежат гемоцелю (Богомолова
и Малахов, в печати). Высота эпителия и ширина просвета кишечника варьируют в разных участках средней кишки в зависимости от фазы пищеварения.
Как правило, клетки кишечного эпителия немного уплощенные, их ширина
15–25 мкм, а высота от 3 до 12–13 мкм. В дистальных участках ног полость
кишечника очень узкая. В составе эпителия всего один тип клеток, однако
в зависимости от стадии функционирования клетки, цитоплазма имеет разную электронную плотность и структуру. Клетки с наиболее электронноплотной цитоплазмой, развитым ЭПР и зимогеновыми гранулами занимают
базальное положение в эпителии и не достигают просвета кишки, а поверх
них и между ними лежат клетки с более светлой цитоплазмой и крупными
вакуолями (вторичные лизосомы), часто содержащими резидуальные тельца
концентрической структуры. Такие же тельца обнаружены в полости кишечника, куда вероятно попадают при разрушении пищеварительных клеток.
Большинство клеток кишечного эпителия обладают цитоплазмой средней
и низкой электронной плотности. Апикальные поверхности клеток образуют микроскладки толщиной до 0.3 мкм и микроворсинки, однако они не
64
Е. В. Богомолова
организованы в виде щеточной каймы. Между микроворсинками наблюдается активный эдоцитоз с образованием окаймленных ямок и пиноцитозных
пузырьков. Вероятно, клетки с плотной цитоплазмой замещают отмирающие
пищеварительные клетки. Специализированных железистых клеток нет,
и ищеварение осуществляется как внутриклеточное.
Структура пищеварительного эпителия и, по-видимому, функциональная модель кишечного N. brevirostre такая же, как у других морских пауков
(Richards and Fry, 1978; Fahrenbach and Arango, 2007; Soler-Membrives et al.,
в печати). При отсутствии оформленного гепатопанкреаса средняя кишка
пикногонид осуществляет функции пищеварения (которое в значительной
мере протекает как внутриклеточное) и абсорбции. Таким образом, структура и функционирование пищеварительного эпителия пикногонид достаточно примитивны.
У клеток пищеварительного эпителия были найдены жгутики, обращенные в полость кишечника. По размерам и ультраструктуре клетки, несущие
жгутики, не отличаются от остальных, что дает основание предполагать, что
жгутики могут присутствовать у всех клеток эпителия, однако из-за больших
размеров клеток их трудно обнаружить. Жгутиковые корешки не найдены,
следовательно, жгутики, скорее всего, неподвижны, но поблизости от базального тельца располагается вторая центриоль. Жгутики обнаружены также
у клеток кишечного эпителия личинки N. brevirostre. Жгутики у кишечных
клеток пикногонид найдены нами впервые, их функция непонятна.
Обкладка кишечника отделена от кишечного эпителия и гемоцеля базальными пластинками, несплошная, образована сетью лентовидных клеток, ориентированных продольно, поперечно и диагонально. Мускульные клетки поперечно-полосатые, с длинными саркомерами (длиннее, чем у соматической
мускулатуры). На срезах встречаются и клетки без миофибрилл. Мускульная
обкладка максимально развита на проксимальных участках средней кишки:
туловищной части и основании отростков. Дистальные участки выростов кишечника практически лишены обкладки из мускульных клеток и почти везде
одеты только базальной пластинкой.
Клетки висцеральной мускулатуры пикногонид являются поперечно-полосатыми «медленными» волокнами с длинными саркомерами — до 5 мкм
(Fahrenbach, 1994). У N. brevirostre немускульные клетки в составе обкладки
кишечника не образуют отдельного слоя, который описан у Nymphopsis spinosissima (Fahrenbach and Arango, 2007). Наличие мускульной обкладки кишечника имеет большое значение для обеспечения перистальтики в пищеварительной системе с длинными замкнутыми выростами, которые отчасти
выполняют у пикногонид и распределительную функцию. Сокращения клеток мускульной обкладка кишки могут вносить вклад в обеспечение циркуляции гемолимфы благодаря прикреплению кишечника к горизонтальной
септе. Перистальтика кишечника вызывает колебательные движения септы,
которые способствуют перемешиванию гемолимфы (Firstman, 1973; Богомолова и Малахов, в печати).
Пищеварительная система морского паука…
65
Литература
Богомолова Е. В, Малахов В. В. Организация полости тела у морского паука Nymphon
brevirostre Hodge,1863 // Биология моря (в печати).
Soler-Membrives A., Arango C., Munilla T. Feeding biology of carnivore and detritivore
Mediterranean pycnogonids // J. Mar. Biol. Ass. UK (in press).
Богомолова Е. В., Малахов В. В. 2004. Тонкая морфология личинок морских пауков
(Arthropoda, Pycnogonida) Белого моря // Зоол. беспозвон. Т. 1. № 1. С. 3-28.
Богомолова Е. В. 2007. Личинки трех видов морских пауков (Arthropoda: Pycnogonida)
из Белого моря // Биология моря. Т. 33. № 3. С. 182-196.
Fahrenbach W. H. 1994. Microscopic Anatomy of Pycnongonida: I. Cuticle, epidermis, and
muscle // J. Morphol. Vol. 222. P. 33-48.
Fahrenbach W. H., Arango C. P. 2007. Microscopic anatomy of Pycnogonida. II. Digestive
system. III. Excretory system. // J. Morphol. Vol. 314. P. 24-42.
Firstman B. 1973. The relationship of the chelicerate arterial system to the evolution of the
endosternite // J. Arachnol. Vol. 1. P. 1-54.
Richards P. R., Fry W. G. 1978. Digestion in pycnogonids: a study of some polar forms //
Zool. J. Linn. Soc. Vol. 63. P. 75-97.
Stock J. H. 1978. Experiments on food preference and chemical sense in Pycnogonida //
Zool. J. Linn. Soc. Vol. 63. P. 59-74.
66
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Строение нервной системы колониальных
Kamptozoa и вопросы филогенетического
положения группы в составе Spiralia
А. О. Борисанова1
1
Московский государственный университет, Москва, Россия; e-mail: [email protected]
Данное исследование являются частью масштабной работы по изучению
строения всех систем органов колониальных представителей Kamptozoa. Систематическое положение Kamptozoa в пределах Spiralia до сих пор до конца
не выяснено: на основании данных морфологии и молекулярной генетики
их сближают с мшанками (Hausdorf et al., 2007; Nielsen, 2002), с моллюсками
(Haszprunar and Wanninger, 2007), с аннелидами (Emschermann, 1982), а также
с рядом других таксонов первичноротых животных. Поэтому подробное изучение морфологии представителей данного таксона может помочь понять
их истинное положение в системе животного царства.
Kamptozoa — небольшой таксон беспозвоночных животных, включающий
около 150 видов мелких (0.3–8 мм) сидячих организмов, обитающих в морях
и пресных водах и ведущих колониальный или одиночный образ жизни. Общий план строения особи у всех Kamptozoa сходен. Тело делится на чашечку,
несущую венчик щупалец, и стебелек, который крепится к субстрату или
отходит от столона. В чашечке лежит U-образный пищеварительный канал,
парные гонады с половыми протоками и парные протонефридии. Нервная
система Kamptozoa изучена недостаточно. Исследования, проводившиеся на
световом уровне (Brien, 1959; Hyman, 1951), показали, что нервная система
представлена ганглием, расположенным между желудком и стенкой атриума,
от которого к разным частям тела отходят периферические нервы. С использованием современных иммуноцитохимических методов изучено строение
нервной системы только у одиночных Kamptozoa (Fuchs et al., 2006). В настоящей работе исследовано строение нервной системы чашечки колониальных
видов Barentsia discreta Busk, 1886 и Pedicellina cernua Pallas, 1774. Особи B. discreta были собраны в заливе Восток Японского моря (Находкинский район
Приморского края), особи P. cernua — в проливе Великая Салма Кандалакшского залива Белого моря. Часть материала фиксировалась в 2.5% растворе
глутаральдегида на фосфатном буфере для исследований ультраструктуры,
часть — в 4% растворе параформальдегида на фосфатном буфере для иммуноцитохимических исследований, направленных на выявление локализации
серотонина в чашечке.
У обоих видов ганглий овальной формы лежит около вентральной стенки
желудка, ближе к пищеводу. У B. discreta в середине ганглия присутствует
небольшая перетяжка, свободная от перикарионов — тела нервных клеток
образуют две полусферы, разделенные пространством, не содержащим тел
нейронов. У P. cernua такой перетяжки нет. Тела нейронов лежат по периферии ганглия, центральная часть занята нейропилем. Нервные клетки ганглия
P. cernua высотой 7–9 мкм, с крупными темными ядрами диаметром 4.5–5 мкм;
Строение нервной системы колониальных Kamptozoa…
67
у B. discreta высота клеток составляет около 10-12 мкм, причем большую часть
клетки занимает ядро диаметром 5–6 мкм. В цитоплазме видна развитая эндоплазматическая сеть, митохондрии, а также отдельные вакуоли и миелиновые
тела. Ганглий у обоих видов ограничен от полости тела четко выраженной
многослойной базальной пластинкой, к которой с наружной стороны примыкают клетки полости тела. В центральной части этих клеток лежит темное
ядро, окруженное темной мелкозернистой цитоплазмой с хорошо развитой
гранулярной эндоплазматической сетью, цистерны которой заполнены гранулированным материалом, а в стороны расходятся длинные, постепенно
истончающиеся отростки. Вероятно, эти клетки выполняют барьерную
функцию между ганглием и полостью тела. При окраске иммуноцитохимическими красителями получены следующие результаты. Слабо окрашенная
зона выявляется в центральном ганглии. От ганглия отходят парные тонкие
нервные волокна, идущие в дорсо-вентральном направлении вдоль боковой
стенки желудка, и парные нервы, идущие в сторону пищевода — оральные
нервы. Два скопления перикарионов располагаются по бокам от пищевода
на уровне перехода последнего в желудок. Нервные волокна идут от этих
скоплений в вентральном направлении, вдоль стенки пищевода. В нижней
трети пищевода они связаны друг с другом небольшой поперечной комиссурой. Парные скопления тел нейронов, связанные комиссурой, лежат с двух
сторон от буккальной воронки пищевода. От них отходят нервные волокна,
идущие вдоль стенки буккальной воронки до уровня начала сужения пищевода. Парные нервы проходят по бокам каждого щупальца.
Строение нервной системы колониальных представителей Kamptozoa
значительно отличается от строения нервной системы, описанного для одиночных видов. В работах, посвященных исследованию одиночных представителей из семейства Loxosomatidae (Fuchs еt al., 2006; Nielsen and Jespersen,
1997), описывается пара ганглиев, соединенных комиссурой, в то время как
у колониальных форм ганглий одиночный. Но на самом деле, ганглий колониальных форм, по-видимому, тоже парный орган, о чем свидетельствует
расположение нервных клеток у B. discreta — двумя полусферами, разделенными свободным от перикарионов пространством. У P. cernua этот признак
уже не просматривается, и тела нейронов равномерно расположены по периферии ганглия. Фукс с соавторами (Fuchs еt al., 2006) показали, что серотонинергическая нервная система Loxosomatidae включает одиночный нерв,
локализованный в ганглии, парные оральные нервы и парные нервы щупалец. Оральные нервы одиночных видов гомологичны оральным нервам,
описанным для B. discreta и P. cernua. Также к числу гомологов можно отнести
парные нервы щупалец.
Необходимо отметить, что нервная система взрослых Kamptozoa организована проще, чем у личинок. Ганглий взрослых особей гомологичен только одному из ганглиев личинок — подглоточному. У личинок есть еще два
ганглия, не сохраняющиеся у взрослых форм, — это ганглий фронтального
органа и ганглий апикального органа (Brien, 1959). Эти ганглии редуцируются при метаморфозе. Эта редукция связана не только с переходом к сидячему образу жизни, при котором нервная система обычно упрощается, имеет
значение и сам характер прикрепления Kamptozoa аборальной стороной
личинки, на которой располагаются апикальный и фронтальный ганглии.
68
А. О. Борисанова
В связи с тем, что нервная система взрослых Kamptozoa подвергается редукции, для сравнения нервной системы Kamptozoa с нервной системой других
представителей беспозвоночных животных необходимо проведение дополнительных исследований, посвященных изучению строения нервной системы личиночных форм данного таксона.
Литература
Brien P. 1959. Classe des Endoproctes ou Kamptozoaires // Grassé P. P. (ed.) Traité de
Zoologie, Anatomie, Systématique, Biologie. T. 5. P. 927-1007.
Emschermann P. 1982. Les Kamptozoaires. État actuel de nos connaissances sur leur
anatomie, leur development, leur biologie et leur position phylogénétique // Soc. Zool.
Fr. Vol. 107. P. 317-344.
Fuchs J., Bright M., Funch P., Wanninger A. 2006. Immunocytochemistry of the neuromuscular
systems of Loxosomella vivipara and L. parguerensis (Entoprocta: Loxosomatidae) //
J. Morphol. Vol. 267. P. 866-883.
Haszprunar G., Wanninger A. 2007. On the fine structure of the creeping larva of Loxosomella
murmanica: additional evidence for a clade of Kamptozoa (Entoprocta) and Mollusca //
Acta Zool. Vol. 88. P. 1-12.
Hausdorf B., Helmkampf M., Meyer A., Witek A., Herlyn H., Bruchhaus I., Hankeln Th.,
Struck T. H., Lieb B. 2007. Spiralian phylogenomics supports the resurrection of Bryozoa
comprising Ectoprocta and Entoprocta // Mol. Biol. Evol. Vol. 24. P. 2723-2729.
Hyman L. H. 1951. The invertebrates. N.Y., London, Toronto: McGraw-Hill. Vol. 3.
Acanthocephala, Aschelminthes and Entoprocta. The pseudocoelomate Bilateralia. 572 p.
Nielsen C. 2002. The phylogenetic position of Entoprocta, Ectoprocta, Phoronida and
Brachiopoda // Integrative and Comparative Biology. Vol. 42. P. 685-691.
Nielsen C., Jespersen Å. 1997. Entoprocta // Harrison F. W. (ed.). Microscopic anatomy of
invertebrates. Vol. 13. P. 13-43.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
69
Клеточные механизмы регенерации эктосомы
у Halisarca dujardini (Porifera)
И. Е. Борисенко1, А. В. Ересковский1
1
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия;
e-mail: [email protected] (И. Е. Борисенко)
Губки обладают широким спектром регенерационных возможностей.
к ним относится регенерация утраченных частей, развитие из небольших
фрагментов тела, а также развитие из конгломератов соматических клеток.
Развитие полноценной губки из конгломерата соматических клеток было
впервые описано в начале XX века; это явление длительное время поддерживало представления о безграничных регенерационных способностях Porifera.
Однако, как оказалось впоследствии, не все виды губок восстанавливают
утраченные структуры успешно; конгломераты соматических клеток могут
дегенерировать на разных стадиях развития либо не образовываться вовсе.
Видовые особенности регенерационных процессов, по-видимому, в первую
очередь связаны с анатомической и гистологической организацией губки,
поэтому клеточные механизмы регенерации, используемые представителями
различных таксонов Porifera, могут кардинально отличаться.
Губки занимают базальное положение на филогенетическом древе многоклеточных животных и включают четыре различных эволюционных линии — Demospongiae, Calcarea, Hexactinellida и Homoscleromorpha. Несмотря на очевидную обособленность этих групп с точки зрения молекулярной
филогении, механизмы регенеративных процессов остаются изученными
слабо. Нами была предпринята попытка ультраструктурного описания событий регенерации эктосомы у Halisarca dujardini (Demospongiae) после нанесения микрохирургической травмы, а также анализ синтеза ДНК в ядрах
клеток регенерирующих губок с целью определения источников клеток
в регенерации. Эктосома представляет собой периферический регион тела
H. dujardini, лишенный каналов водоносной системы и богатый скоплениями
коллагеновых волокон. После удаления участка эктосомы губок культивировали в морской воде в течение 6, 12, 24, 48 и 72 часов, после чего фиксировали
для световой, сканирующей и трансмиссионной электронной микроскопии.
В течение первых шести часов после травмы формируется раневая пробка,
состоящая из внеклеточного матрикса и клеточного дебриса, включающего
пинакоциты, хоаноциты, секреторные клетки и бактерии. В районе раны наблюдаются также вакуолярные клетки, археоциты и фагоциты; все клетки содержат большое число фагосом, что свидетельствует об активном фагоцитозе
ими клеточного дебриса. На светооптическом уровне наблюдается массовое
скопление различных клеток мезохила под раневой поверхностью. Происходит деструктуризация травмированной эктосомы и прилежащих отделов
хоаносомы. Хоаноцитные камеры и каналы разрушаются, клетки теряют
контакты и приобретают амебоидную форму. Эндопинакоциты, имеющие
в интактном состоянии веретеновидную форму, округляются и могут быть
идентифицированы по небольшому (по отношению к объему цитоплазмы)
70
И. Е. Борисенко, А. В. Ересковский
ядру без ядрышка. В районе раны имеется большое число клеток амебоидной
формы и бактерий, вплетенных в волокна внеклеточного матрикса (ВКМ).
На границе раны и неповрежденной экзопинакодермы можно видеть, что
цитоплазматические отростки экзопинакоцитов, формирующих покров, не
претерпевают деформаций и не формируют валика, сопровождающего эпителизацию раны у позвоночных. Реорганизации прилежащей к ране экзопинакодермы, по крайней мере, в течение первых 6 часов не происходит.
По истечении 12 часов регенерации вся раневая поверхность оказывается покрыта тонким слоем ВКМ. На раневой поверхности наблюдаются отдельные цитоплазматические выросты или плоские клетки, что может свидетельствовать о начале дифференцировки экзопинакоцитов. Подлежащий
участок хоаносомы остается дезорганизованным, содержащим множество
дедифференцированных клеток амебоидной формы. Отдельные клетки мигрируют из мезохила к раневой поверхности и уплощаются параллельно ей.
В это время неповрежденные экзопинакоциты, окружающие рану, меняют
форму своих цитоплазматических отростков.
После 24 часов регенерации продолжается формирование ВКМ эктосомы
и дифференциация экзопинакоцитов. Водоносная система остается диссоциированной. Между клетками рассредоточено большое число клеточных
фрагментов. Дедифференцированные хоаноциты и эндопинакоциты, как
и клетки эктосомы, содержат множественные эндосомы. Продолжается дифференцировка единичных экзопинакоцитов в эктосоме. У дедифференцированных клеток, становящихся экзопинакоцитами, можно наблюдать
формирование цитоплазматических отростков. В подлежащем ране участке
мезохила скапливается большое количество гранулярных клеток.
Через 48 часов после операции количество дифференцированных экзопинакоцитов, покрывающих рану, увеличивается. На их поверхности формируются многочисленные выросты мембраны, демонстрируя двигательную
активность клеток. В хоаносоме наблюдается реорганизация хоаноцитных
камер из массы дедифференцированных клеток. Можно наблюдать, как отдельные хоаноциты собираются в небольшие группы по несколько клеток,
располагаясь менее компактно, чем в интактной камере. Клетки мезохила,
однако, сохраняют многочисленные фагосомы. Из данных наблюдений следует, что реассоциация водоносной системы (по крайней мере, хоаноцитных
камер) начинается в течение вторых суток регенерации.
К окончанию третьих суток регенерации экзопинакодерма раневой поверхности сопоставима с интактной. Цитоплазматические отростки экзопинакоцитов плотно прилегают друг к другу. В хоаносоме продолжается сборка
каналов водоносной системы и хоаноцитных камер. Хоаноциты, пинакоциты
и клетки мезохила освобождаются от фагосом и приобретают типичный вид.
Для анализа пролиферативной активности клеток был использован метод
включения модифицированного нуклеотида — 5-этинил-2’-дезоксиуридина
(EdU) — в ДНК с последующей визуализацией меченых ядер. EdU добавляли
в воду, в которой содержались губки, за 6 часов до фиксации. Было показано,
что в интактных губках объем пролиферативного пула у хоаноцитов очень
высок, между тем протяженность клеточного цикла достаточно велика: при
варьировании экспозиции с EdU от 2 до 6 часов доля меченых клеток возрастает незначительно, тогда как интенсивность флуоресценции (т. е. количество
Клеточные механизмы регенерации…
71
включенного в ДНК предшественника) увеличивается. В то же время доля
меченых ядер крайне низка среди клеток мезохила; меченые ядра экзопинакоцитов не встречаются вовсе. При анализе регенерирующих губок не было
обнаружено активации локальной пролиферации клеток. В течение первых
шести часов доля меченых клеток мезохила в районе раны остается малой.
Далее происходит анархизация водоносной системы и морфологическая дедифференцировка хоаноцитов и эндопинакоцитов, в результате чего формируется масса сходных на светооптическом уровне клеток. Уровень синтеза
ДНК в этой массе клеток, расположенной в хоано- и эктосоме под раневой
поверхностью, сходен с нормальным. Возможно, что после разрушения хоаноцитных камер жгутиковые клетки сохраняют свой пролиферативный потенциал и обеспечивают наблюдаемое включение предшественника в ядра.
Обобщенный сценарий исследованного нами восстановительного морфогенеза представляется следующим: (1) закрытие раны регенерационной
пробкой, (2) анархизация прилежащих участков водоносной системы, (3) эпителизация раневой поверхности за счет выселения клеток из мезохила и их
дифференцировки в экзопинакоциты, (4) реорганизация водоносной системы. В ходе всех этих процессов нами не выявлен локальный пролиферативный ответ, эпителизация происходит за счет дифференцировки мигрирующих из мезохила клеток. Интактные экзопинакоциты, окружающие рану,
формируют выросты цитоплазматической мембраны, свидетельствующие об
их миграционной активности, только через 48 часов после травмы. В ранних
процессах эпителизации они не участвуют.
Таким образом, восстановительный морфогенез у H. dujardini имеет черты
морфаллаксиса, осуществляемого путем как минимум двух эпителиально-мезенхимных переходов: «хоаноцит — клетка мезохила» и «клетка мезохила —
экзопинакоцит». На светооптическом уровне идентификация клеточных
типов у губок затруднена отсутствием молекулярных маркеров. Вероятно,
дальнейшее использование таковых позволит определить клеточные источники экзопинакодермы и хоанодермы при регенерации.
72
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Морфофункциональные характеристики
околоротовых придатков пресноводных раков
Ю. М. Бурмистров1, Ж. П. Шуранова2
1
2
Институт проблем передачи информации РАН, Москва, Россия; e-mail: [email protected]
Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии
РАН, Москва, Россия; e-mail: [email protected]
На фронтальной поверхности тела рака Procambarus cubensis (Erichson, 1846)
находятся 3 пары симметричных флагеллярных экзоподитов (ФЭ), являющихся перистыми придатками 1-й, 2-й и 3-й пар ногочелюстей. Они не участвуют в захвате пищи; своими ритмическими движениями ФЭ создают токи
воды в области хемочувствительных зон переднего конца тела.
Проведено исследование ритмической активности ФЭ у мягко фиксированных и свободно движущихся животных с целью выявления механизмов
ее запуска и прекращения, а также выяснения функционального значения
в поведенческом аспекте.
Регистрация движений ФЭ с использованием высокоскоростной монохромной сканирующей камеры и компьютерного анализа материала показали, что движения всех шести ФЭ происходят с близкой частотой, но с определенными фазовыми сдвигами между ипсилатеральными и билатерально
симметричными ФЭ, что позволяет им не мешать друг другу. Правые и левые
ФЭ могут работать одновременно, но может активироваться и лишь одна из
сторон. Каждый из ФЭ может останавливаться на короткое время, не влияя
на движения других ФЭ. Движения 1-го и 2-го ипсилатеральных ФЭ сильно
сдвинуты по фазе вплоть до контрфазности; соотношения фаз между движениями 3-го и остальных двух ФЭ вариабельны.
В случае регулярной активности ФЭ с правой и левой сторон они работали
с одной и той же частотой. В разные моменты времени наблюдалась активность или всех шести ФЭ, или активность ФЭ с какой-либо одной стороны,
или активность отдельных ФЭ с обеих или с какой-либо одной стороны.
Реакции ФЭ на сенсорные стимулы определялись исходным состоянием животного и мало зависели от модальности стимула. Даже в состоянии
полной неподвижности рак непрерывно отслеживал малейшие изменения
в окружающей среде. Реакция животного на новый стимул вероятно аналогична ориентировочному ответу высших позвоночных.
По-видимому, каждый ФЭ имеет собственный генератор ритма, а совместная активация ФЭ обеспечивается командами общего высшего нервного
центра.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
73
Морфометрические особенности
неполовозрелых особей Polyphemus pediculus
(L., 1761) (Crustacea, Cladocera, Onychopoda) из
покоящихся и субитанных яиц
Л. Г. Буторина1
1
Институт биологии внутренних РАН, Борок, Россия; e-mail: [email protected]
Род Polyphemus состоит из двух морфологически и экологически различающихся видов: пресноводного P. pediculus (L., 1761) и каспийского эндемика
P. exiguus Sars, 1897, имеющих прямое развитие. Пресноводный P. pediculus
отличается необычайной экологической пластичностью. Он широко распространен во всем водоемам средней полосы Северного полушария: от озер
Гренландии до озер Сицилии, по всей Европе, Азии, Камчатке, Японии, Северной Америке, обитает в болотах, скальных лужах, во временных водоемах,
в солоноватых водах Балтийского моря (Буторина, 1990).
Цель данной работы состояла в уточнении морфометрических особенностей неполовозрелых P. pediculus, выходящих из покоящихся и субитанных
яиц, описании количества линек, различий и изменений, происходящих при
их переходе в половозрелое состояние, а также в сравнении с половозрелыми
особями пресноводного и каспийского вида.
Новорожденных из субитанных яиц получали от партеногенетических самок, выловленных из естественного пруда в районе Борка. Новорожденные
из покоящихся яиц выходили после пребывания яиц в бытовом холодильнике при температуре +(2-6) °С в течение нескольких месяцев (Буторина, 2003).
Часть новорожденных немедленно подвергали морфометрическим исследованиям. Других рассаживали по бюксам объемом 15–20 см3 , заполненным
Рис. 1. Неполовозрелые Polyphemus pediculus I стадии
а — из покоящихся яиц; b — из субитанных яиц; 1 — Ant I; 2 — хвостовые стебель и щетинки; 3 — Ant II
Л. Г. Буторина
74
Таблица 1. Количество щетинок на антеннах I и II P. pediculus разной стадии развития
Развитие неполовозрелых
Яйца
покоящиеся
субитанные
Стадии
Ветви Ant II
n
Ant I*
Количество щетинок на члениках ветвей
вентральная
1 : 2 : 3 : 4**
дорсальная
1:2:3
4 : 1 + 1бш : 1
I
23
2+4
4:1:1:0
II
23
4+2
4 + 1мш : 1 : 1 : 0
4:2:1
III
17
4+2
4 + 1сш : 1: 0
4:2:1
IV
21
5+1
4 + 1бш : 1: 0
4:2:1
V
19
5+1
5:1:1:0
4:2:1
I
29
4+2
4 + 1мш : 1 : 1 : 0
4:2:1
II
34
4+2
4 + 1сш : 1 : 0
4:2:1
III
41
4+2
4 + 1бш : 1 : 0
4:2:1
40
5+1
5:1:1:0
4:2:1
48
5+1
5:1:1:0
4:2:1
IV
Партеногенетические самки
Примечание: n — число наблюдений; * — эстетаски + папиллы; ** — 1 : 2 : 3 : 4 — расположение члеников от верха ветви; мш — малый шип, сш — средний шип, бш — большой шип
профильтрованной прудовой водой. Морфометрические исследования особей из бюксов производили ежедневно вплоть до перехода их в половозрелое
состояние. Полученные морфометрические данные подвергли статистической обработке по методу вариационного анализа с помощью компьютерной
программы Statistica 6.
Новорожденные I стадии, только вышедшие из покоящихся яиц, значительно отличаются от остальных стадий неполовозрелых особей и взрослых
самок P. pediculus. Их тело в 2–3 раза длиннее хвостового стебля со щетинками и несколько короче плавательных антенн с верхушечными щетинками
(рис. 1). Хвостовой стебель в 2.5–3.5 раза длиннее хвостовых щетинок. Его
верхушка округлая, гладкая, лишена шипов и вооружения. Хвостовые щетинки короткие, несуставные и неоперенные. Они в 6–13 раз короче тела.
Ветви Ant II длиннее их основания и оперенных верхушечных щетинок. Ant I
и первый членик ветвей Ant II несут небольшое количество щетинок (табл. 1).
Вентральная сторона эндоподитов грудных ног плоская, имеет два ряда одинаковых щетинок по 2–3 штуки в каждом. Они короткие, цилиндрические,
несуставные, равного размера, слегка изогнутые, оперены редкими короткими волосками. Количество щетинок на первом и втором члениках эндоподитов ног I–III пары такое же, как у неполовозрелых рачков более поздних
стадий и взрослых партеногенетических самок, а на третьем членике — в 2–4
раза меньше.
Новорожденные немедленно или через 1–2 мин линяют и превращаются
в особей II стадии, морфометрически отличающиеся от половозрелой самки
(Буторина, 1972). Их хвостовые щетинки вырастают в 6–7 раз, а остальные
части тела — в 1.4–2.0 раза. Хвостовой стебель становится короче хвостовых
щетинок, как у всех последующих стадий неполовозрелых рачков P. pediculus.
Тело немного длиннее или почти равно хвостовому отростку и плавательным антеннам со щетинками. У особей II стадии верхушка хвостового стебля
несет небольшие тонкие шипики. Хвостовые щетинки суставные, усажены
Морфометрические особенности неполовозрелых особей…
75
редкими короткими волосками. Свободные членики Ant I приобретают
2 эстетаска (табл. 1). Вооружение дорсальных ветвей Ant II становится таким
же, как у взрослых рачков (Буторина, 1995). На первом членике вентральных
ветвей Ant II появляется небольшой саблевидный шип (табл. 1). Количество
щетинок в обоих рядах третьих члеников эндоподитов ног I пары увеличивается до 5–8. Их число нестабильно и варьирует у разных особей. Размер,
форма и оперенность щетинок остаются такими же, как у особей I стадии.
Неполовозрелые II стадии живут 1–2 дня, после чего еще 3 раза линяют,
превращаясь соответственно в особей III, IV и V стадии. Длительность существования каждой последующей стадии составляет 1–5 дней (Буторина, 1971).
Тело и его отдельные части увеличиваются после каждой линьки, но не так
сильно и пропорционально, как после первой линьки у неполовозрелых особей II стадии. Вооружение Ant I, вентральных ветвей Ant II и хвостового стебля неполовозрелых становится таким же, как у взрослых самок, только после
третьей–четвертой линьки рачков (табл. 1). У неполовозрелых III стадии длина первого членика эндоподитов грудных ног I–III пары уменьшается, а ширина увеличивается (Буторина, 1995). Он становится таким же, как у взрослой
особи. Боковая пара щетинок перемещается на верхушку членика. Вентральная сторона остальных члеников эндоподитов становится дугообразной. Ее
края превращаются в волнистые ребра, на которых сидят крупные перистые
щетинки. В медиальном ряду они расположены на выступах ребра. Щетинки
длинные, тонкие, слегка изогнутые, суставные, уменьшающиеся по направлению к базиподиту. Бичи щетинок оперены гуще оснований. В латеральном ряду щетинки сидят на обособленных шарообразных выростах ребра —
«бокалах». Они более короткие, широкие, кинжалообразные и почти равной
длины. Количество щетинок в обоих рядах третьего членика возрастает после
каждой линьки, но не так сильно, как у особей II стадии. Их численность варьирует от 6 до 8 не только у разных самок, но на ногах одной пары у одной
и той же самки и в разных рядах щетинок на одном членике у одной самки.
После пятой линьки рачок превращается в половозрелую партеногенетическую самку. Хвостовой стебель становится почти равным длине хвостовых
щетинок, тело — короче хвостового отдела и плавательных антенн с верхушечными щетинками. Основание Ant II короче ветвей, которые превышают
верхушечные щетинки. Третьи членики ног III пары несут по 5–8 щетинок,
наиболее часто — по 7–8 в каждом ряду.
Новорожденные I стадии, развивающиеся из субитанных яиц и выходящие
в водную среду из выводковой камеры партеногенетической самки, морфологически соответствуют неполовозрелым особям II стадии из покоящихся яиц
(табл. 1). Однако третьи членики эндоподитов грудных ног I пары несут в 1.3–
1.4 раза больше щетинок, особенно у гамогенетической молоди: максимально — 7–10, наиболее часто — 8–8. Рачки линяют сразу или через 1–2 дня после выхода из тела самки. Отлинявшие особи морфологически соответствуют
неполовозрелым III стадии из покоящихся яиц (табл. 1). Они живут 1–4 дня,
после чего еше два раза линяют, постепенно превращаясь в половозрелую
партеногенетическую самку. Морфологически они полностью соответствуют
неполовозрелым IV–V стадий и половозрелой самке из покоящихся яиц. Неполовозрелые I стадии из субитанных яиц в 1.5–2 раза мельче неполовозрелых
из покоящихся яиц. Их хвостовой отдел короче в 1.6–2.6 раза, плавательные
76
Л. Г. Буторина
антенны и их верхушечные щетинки — в 1.2–2.0 раза. Различия в размерах
тела и его отдельных частей у неполовозрелых из покоящихся и субитанных
яиц стабильны, сохраняются при всех последующих линьках. Неполовозрелые из субитанных яиц превращаются в более мелкую пареногенетическую
самку.
Таким образом, новорожденные P. pediculus выходят из покоящихся яиц
в водную среду и приступают к активной жизни на более ранней стадии развития, чем из субитанных. Рачки из покоящихся яиц достигают половозрелости после пяти линек, а из субитанных яиц — после четырех, а не одной–двух,
как указывалось ранее (Мануйлова, 1964). Количество линек у особей из разных яиц строго постоянно, что противоречит имеющимся данным (Бенинг,
1941; Мануйлова, 1964; Гиляров, 1987). Популяция в мае состоит из неполовозрелых и взрослых партеногенетических самок, значительно различающихся
размерами.
Изменение длины тела и его отдельных частей происходит у неполовозрелых P. pediculus после каждой линьки, но с разной интенсивностью у особей из
разных яиц. Длина хвостового стебля, хвостовых щетинок, основания и щетинок Ant II варьирует сильнее других частей тела, особенно у неполовозрелых
из субитанных яиц. Эти части тела наиболее сильно меняются при смене
условий существования P. pediculus (Буторина, 1969; Буторина и др., 1975).
Строение и вооружение Ant II у новорожденных I стадии, вышедших из
покоящихся яиц, ближе к роду Corniger, чем к Apagis и Cercopagis, как у других
неполовозрелых и взрослых самок P. pediculus (Буторина, 1969). Вооружение
Ant I, размер, форма эндоподитов грудных ног, количество, размер и оперенность щетинок ног I–III пары ближе к половозрелому каспийскому Polyphemus
exiguus Sars , чем к партеногенетическим самкам пресноводного вида.
Половозрелый P. exiguus по разным морфометрическим показателям соответствует неполовозрелым I–IV стадиям P. pediculus из покоящихся яиц. Первые членики эндоподитов сохраняют форму и расположение щетинок, как
у неполовозрелых P. pediculus I–II стадий из покоящихся яиц (Буторина, 1995).
Polyphemus exiguus рано приступает к размножению и, скорее всего, является
неотенической формой пресноводного вида. При развитии покоящихся яиц
P. pediculus, попавших в Каспий при таянии ледников, произошло нарушение последовательности изменения морфометрических признаков неполовозрелых особей в процессе линьки при переходе в половозрелое состояние.
В процессе эволюции в новых экологических условиях морфометрические
признаки неполовозрелых особей пресноводного P. pediculus, вышедших из
покоящихся яиц, и способность рачков размножаться на ранних стадиях
развития, были наследственно закреплены. У каспийского полифема резко
удлинились хвостовой стебель, основания Ant II и особенно их щетинки (Буторина, 1969). Соотношение длины тела с хвостовым отделом и Ant II значительно превосходят максимальные значения таковых у партеногенетических
самок пресноводного P. pediculus из Рыбинского водохранилища и его солоноватоводной формы из Финского залива Балтийского моря (Буторина, 1969;
Буторина и др., 1975).
Диагностическими признаками видов рода Polyphemus являются количество
щетинок на Ant I, третьих члениках эндоподитов грудных ног и соотношение
Морфометрические особенности неполовозрелых особей…
77
длины тела с хвостовым стеблем, со щетинками и Ant II, а не с количеством
щетинок на верхушечном членике эндоподитов ног, как указывается во всех
имеющихся в настоящее время определителях Cladocera.
Литература
Бенинг Л. С. 1941. Кладоцера Кавказа. Тбилиси: Грузмедиздат. 384 с.
Буторина Л. Г. 1969. к морфологии Polyphemus exiguus Sars // Тр. ИБВВ АН СССР. Т. 19.
№ 22. С. 137-157.
Буторина Л. Г. 1971. Биология и жизненный цикл Polyphemus pediculus (L.) // Тр. ИБВВ
АН СССР. Т. 21. № 24. С. 155-179.
Буторина Л. Г. 1972. О развитии Polyphemus pediculus (L.) из латентного яйца // Информ. бюлл. ИБВВ АН СССР «Биология внутренних вод». № 15. С. 29-34.
Буторина Л. Г. 1990. Экологические аспекты поведения водных беспозвоночных на
примере Polyphemus pediculus (L.), Cladocera. Автореф. дис. докт. биол. наук. М.:
МГУ. 50 с.
Буторина Л. Г. 1995. К морфологии Polyphemus pediculus (Crustacea, Branchiopodiodes,
Polyphemiformes). 1. Органы движения, размножения, чувств // Зоол. журн. Т. 74.
№ 8. С. 42-56.
Butorina L. G. 2005. Influence of the resting period on the rhythm of hatching of Polyphemus
pediculus young (Crustacea: Branchiopodiodes) from resting eggs // Hydrobiol. Journ.
Vol. 41. P. 13-27.
Буторина Л. Г., Сергеев В. Н., Картунова Т. А. 1975. О нахождении Polyphemus pediculus
(L.) в солоноватых водах // Информ. бюлл. ИБВВ АН СССР «Биология внутренних
вод». № 27. С. 28 – 31.
Гиляров А. М. 1987. Динамика численности пресноводных ракообразных. М.: Наука.
189 с.
Мануйлова Е. Ф. 1964. Ветвистоусые рачки (Cladocera) фауны СССР. Л.: Наука. 326 с.
78
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
К вопросу об ультраструктуре головного
ганглия скребня Pomphorhynchus laevis (Muller,
1776)
Л. Р. Валидова1, М. М. Сальникова1
1
Казанский (Приволжский) федеральный Университет, Казань, Россия;
e-mail: [email protected] (Л. Р. Валидова), [email protected] (М. М. Сальникова)
Ультраструктура нервных элементов скребней, ведущих исключительно
эндопаразитический образ жизни, остается наименее изученной из всех изучаемых простых нервных систем. В решении вопросов эволюционной морфологии и филогении, немалая роль принадлежит паразитическим животным,
свободноживущие предки которых занимали ключевые позиции. Единого
мнения по поводу происхождения типа Acanthocephala на сегодняшний день
не существует (Никишин, 2004). «Паразитизм — эволюционно необходимая,
обязательная для прогрессивного развития животного и растительного мира
форма жизни на Земле» (Астафьев и Петров, 1992). Ультратонкая организация скребней во многом своеобразна. Сказанное целиком относится и к их
нервной системе, что делает скребней уникальными объектами в исследовании эволюции и пластических возможностей примитивных моделей мозга.
В настоящей работе дается описание ультраструктуры церебрального
ганглия скребня Pomphorhynchus laevis (отряд Echinorhynchida) из кишечника
речной камбалы (Platichthys flesus septentrionalis).
Материал и методы: Скребни извлекались из кишечника речной камбалы
(Platichthys flesus septentrionalis) и фиксировались в 1%-ном растворе глутарового альдегида на 0.1М фосфатном буфере (pН 7.4). Постфиксацию производили в течение 2 часов в 2%-ном растворе четырехокиси осмия на том же
буфере. После дегидратации в спиртах и ацетоне кусочки ткани заключали
в смесь эпоновых смол. Ультратонкие срезы просматривали в электронном
микроскопе JEM-100CX.
Результаты и обсуждение: Церебральный ганглий скребней Pomphorhynchus
laevis размещен в полости влагалища хоботка и прикрепляется между пучками волокон мышц — ретракторов. Располагается он в задней трети влагалища хоботка, имеет овальную форму.
От полости хоботкового влагалища ганглий отделен лишь тонким слоем
покровного интегумента, состоящего из плотной сети тонких фибрилл. Сети
фибрилл собранны в пучки или разбросаны в бесструктурном электронноплотном матриксе. Отмечена поперечная исчерченность этих фибрилл,
что позволяет судить об их коллагеновой природе. Материал ганглиозной
«оболочки» не только обволакивает поверхность ганглия и пучки нервных
волокон, отходящие он него, но и формирует экстрацеллюлярные прослойки между нейроцитами и их отростками внутри ганглия. В более глубоких
участках ганглия межклеточные прослойки становятся гомогенными и более
тонкими.
К вопросу об ультраструктуре головного ганглия…
79
Электронно-микроскопические исследования показали, что церебральный
ганглий Pomphorhynchus laevis устроен по тому же типу, что и церебральные
ганглии других ранее изученных скребней: Echinorynchus gadi (Голубев, 1982;
Сальникова и др., 2007), Corynosoma strumosum (Сальникова и Голубев, 2008),
Moniliformis moniliformis (Budziakowski et al., 1984), а также половые ганглии
Echinorynchus gadi (Голубев и Абдрахимов, 1986). Все они состоят только из
плотно расположенных нервных клеток, окружающих переплетение отростков в центральной зоне ганглия.
По ультраструктурным характеристикам нами было выделено 5 типов
нейроцитов.
Нейроны I типа. Клетки крупных размеров, располагаются преимущественно в передней части ганглия. В центральной части нейроцита расположено овальное ядро. Характерным признаком этого типа нейронов является скопление нейрофибрилл, которые, переплетаясь, образуют густую сеть
с наружной стороны кариолеммы. Ядра этих клеток оказываются сплетенными нейрофибриллярными образованиями. В нейроплазме много электронно-светлых вакуолей округлой формы. Митохондрий практически не
наблюдается.
Тела нейронов II типа присутствуют в средней части ганглия и имеют
крупное округлое ядро с извилистыми краями и плотное гранулированное
ядрышко со светлой зоной внутри. Нейроплазма — средней электронной
плотности. Много митохондрий с пластинчатыми кристами. Нейрофибриллярные элементы, собранные в пучки, разбросаны по всему объему клетки.
В отдельных участках перикариона и в аксонах встречаются секреторные
гранулы двух типов: светлые электронно-прозрачные диаметром 60–80 нм и
электронно-плотные диаметром 60–100 нм.
Нейроны III типа обычны в задней части церебрального ганглия. Обращает
внимание изрезанность ядер этих нейронов глубокими, порой ветвящимися
инвагинациями кариолеммы. Длина этих врастаний может достигать 6 мкм
при ширине 0.5–1.0 мкм. Содержимое таких выростов идентично цитоплазме
нейроцита. В некоторых случаях такие инвагинации кариолеммы буквально забиты митохондриями и многочисленными нейрофибриллами. Нейроплазма обладает высокой электронной плотностью из-за обилия свободных
рибосом. Не исключено, что такие инвагинации имеют прямое отношение
к трофике нейронов. Всю систему обнаруженных внедрений нейроплазмы
в ядро мы предлагаем назвать, за неимением лучшего термина, кариоспонгием. Клетки III типа, возможно, являются вспомогательными, или клетками,
выполняющими трофическую функцию.
В центральной зоне ганглия обращают на себя внимание две высокоспециализированные клетки. Одну из них безошибочно можно назвать нейросекреторной (нейрон IV типа). В любом участке ее нейроплазмы в изобилии
встречаются секреторные гранулы диаметром 100–150 нм, с материалом высокой электронной плотности, который располагается в центре или на периферии мембраноограниченного пузырька.
Последний из нейронов (нейрон V типа) располагается по продольной оси ганглия в окружении других клеток и их отростков. Электронноплотный матрикс цитоплазмы этого нейрона заполнен однообразными
80
Л. Р. Валидова, М. М. Сальникова
электроннопрозрачными пузырьками (диаметром до 250 нм), из-за чего и кажется «пузырчатым».
Тела нейроцитов и их отростки часто пронизаны крупными выростами соседних нервных клеток, образуя сомо-соматические выросты. Функции таких
сомо-соматичеких контактов могут быть разные: опорная, трофическая или
синаптическая. В выростах ярко представлены элементы цитоскелета — плотные скопления фибриллярных элементов.
Центр ганглия занят отростками всех выделенных типов нервных клеток,
многие из которых связаны друг с другом сомо-соматическими контактами
синаптического характера. Все обнаруженные синапсы — химические, односторонние. Возле пресинаптических мембран отмечены три типа везикул:
круглые электроннопрозрачные диаметром около 50 нм, круглые электронноплотные диаметром 60–80 нм и мембраноограниченные гранулы, с материалом высокой электронной плотности, который может располагаться или
в центре, или на периферии гранулы (диаметром 100–120 нм). Синаптическая щель зачернена. к постсинаптическому окончанию прилегает небольшое количество волокнистого материала.
Морфологическая целостность ганглия в условиях постоянной деформации и при отсутствии «надежной» внешней оболочки, обеспечивается на наш
взгляд, за счет: переплетения многочисленных отростков в центральной части ганглия, многочисленных внедрений соседних нейронов друг в друга и,
наконец, многочисленных специализированных контактов нервных клеток
с межклеточным веществом.
В построении как опорных соединений нейрон-межклеточный матрикс,
так и сома-соматических связей нейронов, заложен один принцип — глубокая инвагинация плазматической мембраны. С большой степенью вероятности можно утверждать, что необычная архитектоника ганглия скребней,
своеобразие ядерно-цитоплазматических связей в их нейронах и уникальное
строение инвагинированных контактов является типовыми признаками организации нервной системы скребней на клеточном уровне.
В заключение можно предположить, что ряд обнаруженных нами интересных структурных особенностей в организации скребней Pomphorhynchus laevis
могут оказаться общими для всех скребней, как тупиковой ветви эволюции.
Литература
Астафьев Б. А., Петров О. Е. 1992. Эволюционно-генетическая теория паразитизма //
Успехи соврем. биологии. Т. 112. № 2. С. 163–175.
Богоявленский Ю. К., Иванова Г. В. 1978. Микроструктуктура тканей скребней. М.:
Наука. С. 206.
Голубев А. И., Абдрахимов Ф. А. 1986. Анатомия и ультраструктура генитального
ганглия скребня Echinorhynchus gadi // Паразитология. T. 20. № 4. C. 294–299.
Никишин В. П. 2004. Цитоморфология скребней. М.: ГЕОС. 234 с.
Сальникова М. М., Голубев А. И., Бисерова Н. М. 2007. Тонкое строение церебрального ганглия скребня Echinorynchus gadi (Acantocephala) и выявление в нем GABA–
эргических нейронов // Материалы IV всероссийской школы по теоретической
и морской паразитологии. Калининград: АтлантНИРО. C. 189-191.
К вопросу об ультраструктуре головного ганглия…
81
Сальникова М. М., Голубев А. И. 2008. Ультраструктура церебрального ганглия скребня Corynosoma strumosum // Материалы IV всеросийского съезда паразитологического общества при РАН. Санкт-Петербург: ЗИН РАН. С. 128-131.
Budziakowski M. E., Mettrick D. F., Webb R. A. 1984. Ultrastructural morphology of the
nerve cells in the cerebral ganglion of Acanthocephalan Moniliformis moniliformis //
J. Parasitology. Vol. 70. P. 719-734.
82
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Функциональная активность белков
целомической жидкости морской звезды
Asterias rubens (L.) на начальных стадиях
регенерации морских беспозвоночных
и млекопитающих
И. В. Воронкина1, Н. А. Шарлаимова1, К. Холм2, Б. Хернрот2,
М. Торндайк2, Г. П. Пинаев1
1
2
Институт цитологии РАН, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected] (И. И. Воронкина)
Шведская Королевская Академия Наук, Центр морских исследований Свен Ловен, Швеция;
e-mail: [email protected] (Б. Хернрот)
Высокая способность быстро и полно восстанавливать различные органы
и части тела после их повреждения является одной из главных особенностей
морских беспозвоночных, поэтому многие процессы, связанные с регенерацией, изучаются на иглокожих (Candia Carnevali and Bonasoro, 2001; GarsiaArraras and Dolmatov, 2010). В целомической полости морских звезд Asterias
rubens находится большое количество циркулирующих клеток — целомоцитов, которым отводится основная роль в процессах, связанных с закрытием
раны и регенерацией. При нарушении целостности ткани целомоциты образуют сгусток, закрывающий рану, в то же время они секретируют различные белки, цитокины и факторы роста, что изменяет белковый состав целомической жидкости. Известно, что в составе целомической жидкости можно
найти такие факторы, как BMP2, TNF, IL-1, которые могут способствовать
ускорению процессов, связанных с восстановлением тканей (Patruno et al.,
2001; Ottaviani et al., 2001; Franchini et al., 2006).
Нами была изучена динамика белкового состава целомической жидкости
A. rubens в течение первых суток после нанесения раны и показано, что на начальном этапе заживления раны в целомической жидкости появляется большое количество пептидов, исчезающих со временем. Были выделены белки,
появляющиеся на начальной стадии заживления раны у морской звезды и
изучено действие полученных белков на адгезию, выживаемость, пролиферацию и миграцию различных линий клеток позвоночных в культуре (Воронкина и др., 2000).
Исследования проводили на клетках млекопитающих линий А-431 (эпидермоидная карцинома, человек), HL-60 (промиелоцитарная лейкемия, человек), MT-4 (лимфоциты, человек), Jurkat (Т-лимфобластная лейкемия, человек), NCTC клон 929 (фибробласты соединительной ткани мыши), Balb/3T3
(фибробласты эмбриона мыши), U-937 (гистиоцитарная лимфома, человек),
полученных из российской коллекции клеточных культур (Институт цитологии РАН). Работу с морскими звездами проводили на Беломорской биологической станции Зоологического института РАН (Россия) и на морской
биологической станции Кристинеберг (Швеция). Свежепойманным морским звездам наносили стандартные экспериментальные раны, после чего
животных помещали в садок. Через различное время после нанесения раны
Функциональная активность белков…
83
из целомической полости отбирали целомическую жидкость, которую немедленно центрифугировали для отбора целомоцитов. Тотальный белок из бесклеточной жидкости осаждали, из целомоцитов готовили лизат, после чего
в обоих случаях готовили пробы для фореза. Мажорные белки бесклеточной
целомической жидкости разделяли на гель-хроматографии.
Для изучения изменения состава целомической жидкости методом Вестерн-блота были получены поликлональные антитела на различные группы белков, секретируемых в целомическую жидкость на начальной стадии
регенерации. Было проведено окрашивание этими антителами целомоцитов,
выделенных из нормальных и предварительно раненых животных. Антитела, полученные на белки, обладающие адгезивными свойствами (Группа I),
окрашивали определенную часть целомоцитов, и практически все клетки,
полученные из целомического эпителия. При этом окрашивалась только
поверхность нормальных клеток и у ~1% клеток окрашивалась цитоплазма.
Антитела, полученные на белки, обладающие пролиферативным действием
(Группа II), окрашивали некоторую часть целомоцитов и клетки целомического эпителия, но количественно меньше, чем антитела, полученные на белки Группы I. Окрашивание было локализовано внутри клеток в цитоплазме.
Антитела, полученные на белки, обладающие цитотоксическим действием
(Группа III), окрашивали гранулы целомоцитов и лишь некоторые клетки
целомического эпителия. Окрашивание было сосредоточено в гранулах гранулоцитов. Результаты проведенного дополнительного анализа изменений
состава целомической жидкости методом Вестерн-блота показали, что целомоциты начинают секретировать белки сразу после повреждения ткани. При
этом максимумы секреции белков, разных по биологической активности, не
совпадают.
Пролиферативные и адгезивные свойства трех групп белков, полученных
из целомической жидкости раненой морской звезды A. rubens и разделенных
по молекулярному весу, были также протестированы на целомоцитах/гемоцитах у представителей трех групп беспозвоночных: A. rubens (Echinodermata),
Mytilus edulis (Mollusca) и Ciona intestinalis (Tunicata). Дополнительно антимикробные свойства белков были протестированы на грамотрицательных бактериях Vibrio parahaemolyticus. С помощью электрофореза были определены
три группы белков по молекулярному весу (Группа I: > 95 кДа, Группа II:
30-50 кДа, Группа III: 15-30 кДа). Все группы улучшали пролиферацию аутологичных целомоцитов, а Группа I, кроме того, действовала и на гемоциты
M. edulis. При этом Группа I улучшала адгезию всех типов клеток, а Группа III
обладала негативным влиянием на адгезию целомоцитов C. intestinalis. Группа II показала слабое антипролиферативное влияние на гемоциты M. edulis, а
также имела антимикробные свойства. Однако наибольший антимикробный
эффект вызывала Группа III. Эта группа белков может содержать цитокино-подобные молекулы, а также форму лизоцима беспозвоночных, которую
ранее нашли у морской звезды (Bachali et al., 2004). Хотя белки трех исследуемых групп слабо перекрываются по молекулярному весу, все три группы
были различны по составу белков. Различия в ответе, наблюдаемые у клеток разных филогенетических линий, предполагают участие рецепторов
(Holm et al., 2010).
84
И. В. Воронкина и др.
Изучение влияния исследуемых белков на миграцию клеток и на скорость
деструкции ткани проводили на культивируемой ткани целомического
эпителия морской звезды. Для проведения данного эксперимента образцы
ткани целомического эпителия морской звезды от животных, которым предварительно была нанесена рана, и от интактных животных, культивировали
in vitro в среде L-15 с 2% фетальной сывороткой в течение 8 суток. Действие
белков оценивали, вводя их в среду культивирования и наблюдая за состоянием эксплантата эпителиальной ткани и миграцией клеток из него. Каждые
24 часа подсчитывали количество клеток, мигрировавших из ткани в среду;
состав и протеолитическую активность среды культивирования оценивали
методом электрофореза и Вестерн-блота, а также методом зимографии. Количество клеток, мигрировавших из ткани за время культивирования, было
существенно выше для образцов ткани, взятых от раненых животных. Из ткани интактных животных клетки мигрировали равномерно в течение всего
срока культивирования. Клетки из ткани раненых животных мигрировали
в 1.5-2 раза быстрее в течение 3-6 суток, после чего скорость миграции снижалась до уровня, полученного для интактных животных. Одновременно происходило повышение уровня матриксных металлопротеиназ (ММП) в среде культивирования. При этом начальный уровень ММП был значительно
выше в ткани от раненых животных (Воронкина и др., 2006).
Для изучения действия белковых фракций на скорость деструкции ткани
их вводили вместо сыворотки в среду культивирования (без сыворотки), контролем служила среда культивирования с 2% сывороткой. При этом введение
белков I группы снижало скорость деструкции ткани, а белков III группы —
повышало ее. При совместном действии различных фракций присутствие
белков III группы всегда приводило к повышению скорости деструкции ткани (Воронкина и др., 2006).
Сопоставление результатов, полученных для клеток млекопитающих, и результатов, полученных на клетках и тканях морских беспозвоночных, показало, что действие исследуемых компонентов целомической жидкости проявляется одинаково как на клетках млекопитающих, так и на клетках морских
беспозвоночных (Holm et al., 2010).
Полученные в ходе представленной работы результаты показали, что действие белковых факторов, появляющихся в целомической жидкости A. rubens
после ранения, на клетки и ткани млекопитающих, сходно с действием этих
факторов на клетки морских беспозвоночных (Voronkina et al., 2010a, 2010b).
Это позволяет предположить, что полученные нами белковые факторы могут быть использованы при изучении процессов регенерации у позвоночных,
в частности, человека.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ — гранты
08-04-10090-к, 05-04-08017-офи_а и 07-04-011-90a — научная школа, а также научных фондов Шведской Королевской Академии Наук — гранты FDS06-121
и FOA07B-306 и гранта Adlerbertska forskningsstiftelsen, Швеция.
Функциональная активность белков…
85
Литература
Воронкина И. В., Сакута Г. А., Шарлаимова Н. А., Блинова М. И., Пинаев Г. П. 2000.
Факторы целомической жидкости морской звезды Asterias rubens и их биологическая активность // Цитология. Т. 43. № 4. С. 330–331.
Воронкина И. В., Шарлаимова Н. С., Блинова М. И., Торндайк М., Пинаев Г. П. 2006.
Влияние белков целомической жидкости морской звезды Asterias rubens на миграцию клеток целомического эпителия морской звезды в культуре // Цитология.
Т. 48. С. 751-752.
Bachali S., Bailly X., Jolles J., Jolles P., Deutsch J. S. 2004. The lysozyme of the starfish Asterias
rubens. A paradigmatic type I lysozyme // Eur. J. Biochem. Vol. 271. P. 237-242.
Candia Carnevali M. D., Bonasoro F. 2001. Introduction to the biology of regeneration in
echinoderms // Microsc. Res. Tech. Vol. 55. P. 365-368.
Franchini A., Malagoli D., Ottaviani E. 2006. Cytokines and invertebrates: TGF-beta and
PDGF // Curr. Pharm. Des. Vol. 12. P. 3025-3031.
Garcia-Arraras J. E., Dolmatov I. Y. 2010. Echinoderms: potential model systems for studies
on muscle regeneration // Curr. Pharm. Des. Vol. 16. P. 942-955.
Holm K., Voronkina I., Sharlaimova N., Thorndyke M., Hernroth B. 2010. Functional properties of proteins from the coelomic liquid of the wounded sea star Asterias rubens (L) //
J. Invertebr. Pathol. Vol. 105. P. 197-199.
Patruno M., Thorndyke M. C., Candia Carnevali M. D., Bonasoro F., Beesley P. W. 2001.
Growth factors, heat shock proteins and regeneration in echinoderms // J. Exp. Biol.
Vol. 204. P. 843-848.
Ottaviani E., Franchini A., Kletsas D. 2001. Platelet-derived growth factor and transforming growth factor-beta in invertebrate immune and neuroendocrine interactions: another sign of conservation in evolution // Comp. Biochem. Physiol. Toxicol. Pharmacol.
Vol. 129. P. 295-306.
Voronkina I., Holm K., Sharlaimova N., Thorndyke M., Hernroth B. 2010a. Functional properties of proteins from wounded sea star Asterias rubens (L) coelomic liquid — effect on
invertebrate cells // Echinoderm Research 2010. Göttingen. P. 109-110.
Voronkina I., Sharlaimova N., Protasov M., Pinaev G. 2010b. Proteins of sea star Asterias
rubens (L) coelomic liquid and their influence on mammal cells and tissue // Echinoderm
Research 2010. Göttingen. P. 110-111.
86
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Эволюционные перестройки систем и структур
транспорта и усвоения кислорода при
возникновении гомойотермии
В. М. Гаврилов1
1
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия;
e-mail: [email protected]
Возникновение гомойотермии и гомойотермных животных потребовало существенной перестройки многих систем тела позвоночных. В первую
очередь, систем транспорта и усвоения кислорода. Само возникновение гомойотермии связано с обеспечением возможности постоянной и достаточно
длительной активности, которая обеспечивалась бы аэробным метаболизмом
(Bennet and Ruben, 1979; Bennett et al., 2000; Дольник, 2003; Гаврилов, 2006).
Основная термодинамическая проблема при активности у пойкилотермных
животных — это рассеивание вырабатываемого при активности тепла и вообще при работе. Для этого необходимы эффективные механизмы отдачи
тепла — развитая кровеносная система и способность управлять теплоизоляцией покровов. У низших позвоночных, в частности, рептилий, таких систем
нет. У них нет теплоизолирующих покровов, а вазомоторные реакции, в силу
несовершенства кровеносной системы и неразделения венозной и артериальных систем, развиты намного слабее, чем у гомойотермных животных. Для
восстановления нормальной скорости и мощности работы этих систем рептилиям необходимо время для разогрева, причем тем больше, чем крупнее
рептилия.
Образование высоких уровней аэробного метаболизма у птиц и млекопитающих развивалось параллельно среди различных групп рептильных
предков. Уровень гомойотермии, при котором аэробный метаболизм обеспечивает достаточно продолжительную активность, у птиц и млекопитающих сформировался различно: иное разделение венозной и артериальной
систем, ядерные или безъядерные эритроциты, разное строение легких, но
при этом — одинаковые минимальные метаболические мощности и сходная
температура тела, соответствующая условиям среды на Земле.
Снабжение клеток и органов кислородом: Хотя энергетические затраты в покое у пойкилотермных позвоночных значительно ниже, часть цены за эту
энергетическую экономию оплачена неспособностью поддерживать высокий уровень аэробного поступления энергии. Существует постоянная связь
между уровнями потребления кислорода в покое и максимальным потреблением у всех позвоночных. Потребление кислорода может возрастать в среднем только в 16 раз как у пойкилотермных, так и у гомойотермных (Gavrilov,
1997; Дольник, 1995). Это обобщение верно не только для животных, активных при оптимальной температуре тела, но и для пойкилотермных в широкой зоне изменяющихся температур тела; низкие уровни потребления
кислорода в покое связаны с низким уровнем максимального потребления
кислорода. Млекопитающие в спячке и оцепенении не способны достигать
Эволюционные перестройки систем и структур…
87
нормотермических уровней максимального потребления кислорода до тех
пор, пока не установится нормальная активная температура тела. Этот низкий факториальный прирост, по-видимому, является стандартной особенностью физиологии позвоночных, и может представлять главное ограничение
мощностей обеспечивающей или утилизирующей систем (скорее их обеих)
потребления кислорода. Какая именно система ограничивает транспорт кислорода у млекопитающих, все еще дискутируется, а для других классов позвоночных информации еще меньше.
Транспортная скорость кислорода (ритм сердца, минутный объем, кислородная емкость крови) в несколько раз выше у гомойотермных животных
в сравнении с пойкилотермными. Однако, на тканевых срезах или изолированных клетках, когда сняты ограничения в доступности кислорода, различия сохраняются. В настоящее время есть основания утверждать, что молекулярное устройство клеточных мембран отличается у пойкилотермных
и гомойотермных позвоночных (Савина, 1992). Клеточные мембраны гомойотермных позвоночных содержат большее количество каналов в сравнении
с пойкилотермными, что дает возможность последним сохранять ионные
градиенты ценой гораздо меньших энерготрат. Яркие различия на уровне
внешней дыхательной цепи и на уровне молекулярной архитектоники клеточных мембран исчезают у этих групп животных при анализе количества
и качества митохондрий в их тканях. Ткани многих пойкилотермных позвоночных содержат огромное, даже в сравнении с гомойотермными животными, количество митохондрий, которые по содержанию цитохромов и других
переносчиков внутренней митохондриальной мембраны, а также по активности ферментов цикла Кребса ничем не отличаются от таковых теплокровных позвоночных (Савина, 1992).
Известно, что у млекопитающих эритроциты представлены безъядерными клетками двояковогнутой формы, а у птиц — существенно большими
ядерными клетками. Подобные различия в форме и объеме, вероятно, также могут влиять на способность гемоглобина связывать и отдавать кислород.
Эффективность переноса кислорода эритроцитами зависит от общего состояния организма и сопровождается изменениями морфологии и объема
клетки, вязкостью и проницаемостью плазматической мембраны эритроцита
(Максимов и др., 2001). В настоящее время мало работ посвящено оценке изменения состояния гемоглобина в эритроцитах птиц и влиянию изменения
формы и объема клеток на состояние гемоглобина и, соответственно, на эффективность переноса кислорода в организме. Этой проблемой невозможно
пренебрегать, поскольку эритроцит является основным переносчиком кислорода к тканям и посредником удаления углекислого газа. Изменение его
характеристик существенным образом может оказать воздействие не только
на скорость и эффективность доставки гемоглобина к тканям, но и повлиять
на характеристики самого гемоглобина. Прямых исследований зависимости
конформации гемоглобина от формы эритроцита птиц явно недостаточно.
Проблема заключается в получении точного соответствия между формой и
объемом клетки с одной стороны, и исследованием конформации кислородсвязывающего участка гемоглобина, с другой стороны (Максимов и др., 2001).
Усиление аэробных способностей: Как могла осуществляться эволюция возрастания аэробной мощности? Рассмотрение разнообразия современных
88
В. М. Гаврилов
рептилий позволяет выделить возможные адаптации в пределах метаболической системы рептилий. Известно, что у наиболее активных видов активирован их потенциал транспорта кислорода. Ящерицы рода Varanus являются
примером таких приспособлений. Более высокий уровень их метаболизма,
по-видимому, обязан большему увеличению площади поверхности легких,
высоко эффективным буферам крови и большему количеству миоглобина
в скелетных мышцах (Bennett and Lenski, 1999).
Дальнейшие возрастание способности переработки кислорода, повидимому, требует энергетического вклада в структуры, связанные с поглощением и транспортом кислорода, — например, развитие еще более емких
легких и вентиляционной системы, подразделение сердца и большего возрастания кровотока и давления крови, увеличения кислородной емкости крови.
Скелетные мышцы — ткань с самыми большими кислородными пределами,
являются главными потребителями кислорода во время активности. Однако
скелетные мышцы имеют относительно низкий уровень метаболизма в покое
и не являются главным термогенетическим органом в покое у млекопитающих. Гомойотермия осуществляется не только на основе метаболизма мышц,
но включает в себя метаболизм многих органов. Активность митохондриальных энзимов неочищенных гомогенатов печени и скелетных мышц ящериц
и млекопитающих соответствует разнице уровней аэробного метаболизма
интактных животных. Если каталитическая активность митохондриальных
энзимов является главным ограничителем способности перерабатывать кислород у животных, развивших более высокий уровень метаболизма, то эта активность могла быть увеличена с минимальными генетическими перестройками увеличением объема митохондрий иди хондриосома в целом (Bennet
and Ruben, 1979; Hicks et al., 2000; Савина, 1992).
Аллометрические зависимости массы сердца и легких у позвоночных демонстрируют, что, если не принимать во внимание внутреннее строение,
то масса легких практически одинакова у птиц и рептилий, но существенно
выше у млекопитающих. Масса же сердца выше у птиц, но практически одинакова у млекопитающих и рептилий.
Интенсивность метаболизма и соответственно скорость поглощения кислорода у птиц и млекопитающих и в состоянии покоя, и в состоянии активности в 10–12 раз выше таковых пойкилотермных животных соответствующей массы, но, по-видимому, достигаются у птиц и млекопитающих разными
способами. У птиц лучше устроен транспорт кислорода кровью, а у млекопитающих более совершенны легкие. Требует осмысления и тот факт, что
у млекопитающих эритроциты представлены безъядерными клетками двояковогнутой формы, а у птиц — существенно большими ядерными клетками. На уровне спекуляции можно предположить, что ядерные эритроциты
оказалось легче приспособить к высотному полету.
Аэробное обеспечение активности и анализаторные системы: Интенсивная аэрация крови и высокая температура тела создали необходимые условия для
быстрого протекания нервных реакций и явились предпосылкой для расширения поведенческого репертуара. Высокая активность и, как следствие,
быстрое и дальнее перемещение в пространстве неизбежно требуют развития
способности к ориентации, всегда необходимой подвижным животным.
Эволюционные перестройки систем и структур…
89
Ориентация требует усиленного развития анализаторных систем, в первую очередь, слуховой и зрительной. Созревание, уровень развития этих
анализаторов, их состояние и функциональные характеристики птиц строго
коррелируют со становлением гомойотермии в онтогенезе. Установление эффективной терморегуляции, при которой обеспечивается достаточное снабжение формирующихся анализаторов кислородом, дает возможность птенцу
осуществлять адекватный анализ параметров среды (Голубева, 1991).
Из экспериментальных данных следует, что функциональное значение
повышения уровня базального метаболизма как в процессе эволюции (что
произошло у воробьиных птиц), так и на индивидуальном уровне должно
выражаться в увеличении внешней работы, приводить к увеличению максимального метаболизма существования, потенциальной продуктивной энергии и, как следствие, к увеличению продуктивности.
Таким образом, естественный отбор стимулирует увеличение скорости
энергетического метаболизма путем контроля над продуктивным энергетическим балансом, т. е. увеличением соотношения между расходом энергии
на продукционные процессы и поведение (рост, размножение, линьку, миграции и т. п.) и расходом энергии на фундаментальные физиологические
процессы, обеспечивающие существование организма и саму возможность
продуктивной деятельности. Увеличение продуктивного баланса энергии
достигается прогрессивным усложнением организации, что, с одной стороны, увеличивает расход энергии на фундаментальные физиологические процессы, а, с другой, увеличивает продуктивную энергию.
Литература
Гаврилов В. М. 2006. Экологические, физиологические и термодинамические предпосылки и следствия возникновения гомойотермии у птиц. Развитие современной
орнитологии в Северной Евразии // Труды XII международной орнитологической
конференции Северной Евразии. Ставрополь: Изд-во СГУ. С. 76-95.
Голубева Т. Б. 1991.Экологические закономерности развития слуха птиц в онтогенезе // Орнитология. М: Изд. Моск. ун-та. № 25. С. 51-64.
Дольник В. Р. 1995. Ресурсы энергии и времени у птиц в природе. Санкт-Петербург:
Наука. 360 с.
Дольник В. Р. 2003. Происхождение гомойотермии — нерешенная проблема // Журн.
общ. биологии. Т. 64. № 6. С. 451–462.
Максимов Г. В., Максимова Н. В., Чурин А. А., Орлов С. Н., Рубин А. Б. 2001. Исследование изменений конформации порфирина гемоглобина при первичной гипертензии // Биохимия. Т. 66. С. 365-370.
Савина М. В. 1992. Механизмы адаптации тканевого дыхания в эволюции позвоночных. Санкт-Петербург: Наука. 198 с.
Bennet A. F., Ruben J. A. 1979. Endothermy and activity in vertebrates // Science. Vol. 206.
P. 4419.
Bennett A. F., Hicks J. W., Cullum A. J. 2000. An experimental test of the thermoregulatory
hypothesis for the evolution of endothermy // Evolution. Vol. 54. P. 1768-1773.
Bennett A. F., Lenski R. E. 1999. Experimental evolution and its role in evolutionary physiology // Am. Zool. Vol. 39. P. 346-362.
90
В. М. Гаврилов
Gavrilov V. M. 1997. Energetics and Avian behavior. Physiology and General Biology Reviews. Amsterdam: Harwood Academic Publishers. 225 p.
Hick J. W., Wang T., Bennett A. F. 2000. Patterns of cardiovascular and ventilatory response
to elevated metabolic states in the lizard Varanus exanthematicus // J. Exp. Biol. Vol. 203.
P. 2437-2445.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
91
К вопросу об ультраструктуре паренхимы Geocentrophora intersticialis (Lecithoepitheliata)
Г. Р. Газизова1
1
Казанский федеральный университет, Казань, Россия; e-mail: [email protected]
Среди зоологов существуют противоположные взгляды на организацию и
происхождение паренхимы — одни считают ее возникновение начальным
этапом эволюции Metazoa (Беклемишев, 1964; Иванов, 1968; Иванов и Мамкаев, 1973; Догель, 1981), другие — вторичным упрощением (Ливанов, 1955, 1970;
Ax, 1963). Ее изучение крайне важно для выяснения исторического развития
многоклеточных животных. Основным объектом для изучения паренхимы
традиционно являются плоские черви.
В 2007 году в журнале «Ученые записки Казанского университета» была
опубликована статья И. М. Дробышевой «К вопросу о тканевой организации
паренхимы турбеллярий: разные типы паренхимных клеток у Geocentrophora
wagini (Lecithoepitheliata, Plathelminthes)», в которой было дано первое описание ультратонкого строения паренхимы байкальской турбеллярии рода
Geocentrophora. В 2008 г. в наших руках оказался еще один вид из этого рода —
Geocentrophora intercticialis, и появилось желание сравнить строение этих двух
турбеллярий на ультраструктурном уровне, а заодно и вмешаться в дискуссию об организации экстрацеллюлярного пространства в паренхиме этих
беспозвоночных.
Материал был собран в интерстициали озера Байкал. Черви были зафиксированы в 1% глютаровом альдегиде на 0.1М фосфатном буфере и затем обработаны согласно методике, принятой в электронной микроскопии. Ультратонкие срезы просматривались и фотографировались на трансмиссионном
электронном микроскопе JEM-100CX.
В пространстве между эпидермисом и эпителием кишечника у Geocentrophora intersticialis было выделено 7 типов клеток. Они отличаются формой,
размером, электронной плотностью цитоплазмы, наличием секреторных
гранул и других включений, содержанием тех или иных органелл, формой,
размером ядра, электронной плотностью кариоплазмы и характером расположения хроматина. В вышеприведенной работе И. М. Дробышева выделяет
у Geocentrophora wagini 8 типов клеток паренхимы, отнеся сюда и цитоны —
ядросодержащие тела эпидермальных клеток.
Клетки паренхимы Geocentrophora intersticialis отделены друг от друга прослойками экстрацеллюлярного пространства, которые в разных участках
тела червей выглядят неодинаково. В первом случае они представлены бесструктурным материалом экстрацеллюлярного матрикса; во втором — в прослойках экстрацеллюлярного матрикса присутствуют ограниченные мембраной структуры, заполненные рыхлым хлопьевидным материалом (рис. 1: II),
а в третьем случае — экстрацеллюлярное пространство заполнено выростами
клеток, содержимое которых напоминает различные клеточные органоиды,
такие как митохондрии, гладкая ЭПС и другие (рис. 1: III). С одной стороны
92
Г. Р. Газизова
Рис. 1. Экстрацеллюлярное пространство Geocentrophora intersticialis. Масштаб: 1 мкм
клII — клетки паренхимы II типа, эм — экстрацеллюлярный матрикс, II — мембраноограниченные образования, заполненные хлопьевидным материалом, III — отростки клеток, содержимое которых напоминает клеточные органоиды
эти выросты могут быть выростами каких-то из выделенных типов клеток
паренхимы, с другой – участками клеток на стадии деградации. О природе
этих образований на сегодняшний день можно лишь догадываться.
Термин «паренхима» сложен и многозначен в своем понимании. Очень
часто зоологи обозначают этим термином любые клеточные образования,
объединяемые пространственным расположением. В литературе существует несколько взглядов на классификацию клеточных элементов паренхимы
плоских червей. В пространстве между кожно-мускульным мешком и кишечником у Plathelminthes некоторые авторы (Rieger, 1981; Ruppert and Barnes,
1994) выделяют три класса клеток, одним из которых являются «так называемые» паренхимные клетки. По мнению Р. Ригера это — наиболее гетерогенная по своему составу группа. Сюда он отнес разветвленные «истинные»
паренхимные клетки Acoela, Polycladida и Tricladida, гликоген-запасающие
клетки и пигментные клетки Tricladida и заполненные жидкостью клетки
Macrostomida. В паренхиме поликлады Discocelides langi и планарий Planaria
vitta и Dugesia tigrina К. Педерсен (Pedersen, 1961, 1966) выделяет лишь два
К вопросу об ультраструктуре паренхимы Geocentrophora…
93
типа клеток, одними из которых являются «истинные» паренхимные клетки
с электронно-прозрачной гиалоплазмой.
Согласно полученным данным, паренхима Geocentrophora intercticialis и Geocentrophora wagini представлена популяцией хорошо дифференцированных
клеток. Наряду с неоднозначно и сложно организованным экстрацеллюлярным пространством многообразие клеточных типов соединительной ткани не свидетельствует о вторичном регрессе ресничных червей в процессе
эволюции.
Литература
Беклемишев В. Н. 1964. Основы сравнительной анатомии беспозвоночных. М.: Наука,
Т. 2. Органология. 446 с.
Догель В. А. 1981. Зоология беспозвоночных. М.: Высшая школа. 614 с.
Дробышева И. М. 2007. К вопросу о тканевой организации паренхимы турбеллярий:
разные типы паренхимных клеток у Geocentrophora wagini (Lecithoepitheliata, Plathelminthes) // Ученые зап. Каз. ун-та. Т. 149. № 3. С. 132–137.
Иванов А. В. 1968. Происхождение многоклеточных животных. (Филогенетические
очерки). Л.: Наука. 287 с.
Иванов А. В., Мамкаев Ю. В. 1973. Ресничные черви (Turbellaria), их происхождение
и эволюция. Филогенетические очерки. Л.: Наука. 221 с.
Ливанов Н. А. 1955. Пути эволюции животного мира. Анализ организации главных
типов многоклеточных животных. М.: Советская наука. 400 с.
Ливанов Н. А. 1970. О происхождении Metazoa // Зоол. журн. Т. 49. № 4. С. 517–532.
Ax P. 1963. Relationships and phylogeny of the Turbellaria // Dougherty E. C. (ed.) The
lower Metazoa. Berkeley, Los Angeles: The University of California Press. P. 191–224.
Pedersen K. J. 1961. Studies on the nature of planarian connective tissue // Zeitchrift für
Zellforschung. Bd. 53. P. 569–608.
Pedersen K. J. 1966. The organization of the connective tissue of Discocelides langi (Turbellaria, Polycladida) // Zeitchrift für Zellforschung. Bd. 71. P. 94–117.
Rieger R. M. 1981. Morphology of the Turbellaria at the ultrastructural level // Hydrobiologia.
Vol. 84. P. 213–229.
Ruppert E. E., Barnes R. D. 1994. Invertebrate Zoology. USA: Saunders College Publishing.
1056 p.
94
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Модульный
принцип
в морфофункциональной организации
спороцист некоторых трематод
К. В. Галактионов1, И. М. Подвязная1, А. А. Добровольский2
Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
(К. В. Галактионов), [email protected] (И. М. Подвязная)
2
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия;
e-mail: [email protected]
1
Партеногенетические поколения в жизненном цикле трематод служат своеобразным «усилителем паразитарного сигнала», что позволяет этим паразитам произвести большое число трансмиссивных личинок (церкарий), обеспечивающих заражение второго промежуточного или окончательного хозяев.
Вклад разных поколений партенит в поддержание высокого суммарного репродуктивного потенциала фазы жизненного цикла, которая ассоциирована
с моллюском — первым промежуточным хозяином, существенно различается у представителей разных таксонов. У большинства редиоидных трематод (Fasciolidae, Paramphistomatidae, Transversotrematidae, Gastrothilacidae,
Paragonimidae, Allocreadiidae, Clinostomidae, Echinostomatidae и др.) основную роль в этом играют поколения редий, которые зачастую обладают способностью к самовоспроизводству (то есть к продукции наряду с церкариями следующих поколений редий). Плодовитость же материнских спороцист
(первое партеногенетическое поколение) незначительна. У продвинутых
представителей подотр. Plagiorchiata материнские спороцисты обладают колоссальной плодовитостью, тогда как поколение дочерних спороцист, хотя
и весьма плодовито, но неспособно к самовоспроизводству (Добровольский,
1975). Между этими крайними вариантами располагается широкая гамма
переходных состояний (см. обзоры: Галактионов и Добровольский, 1998;
Galaktionov and Dobrovolskij, 2003). При этом в случае чрезвычайного усиления плодовитости спороцисты (материнской или дочерней) может наблюдаться потеря ею в той или иной степени целостности и переход от унитарной организации к модульной.
Начальные этапы этого процесса прослеживаются у гигантских червеобразных спороцист некоторых представителей Schistosomatidae, Strigeidae,
Diplostomidae, Hemiuridae, Plagiorchioidea и Ochetosomatoidea, а также, возможно, у Spirorchidae и Gymnophallidae. Выражается это в одновременном
функционировании у них нескольких, иногда весьма многочисленных,
органов размножения — герминальных масс. Тело зрелых, очень длинных
нитевидных дочерних спороцист (Diplostomum, Trichobilharzia) часто благодаря наличию многочисленных перетяжек становится четковидным. Каждый
вздутый отдел функционирует как самостоятельная выводковая камера, в которой и протекает развитие зародышей. Углубление тенденции к становлению модульной организации отчетливо выражено у материнских спороцист
ряда плагиорхиат. Тело их мешковидной или разветвленной спороцисты разделено соматическими элементами на обособленные друг от друга сегменты
Модульный принцип в морфофункциональной организации…
95
(камеры или ветви), в каждом из которых имеется самостоятельный центр
пролиферации недифференцированных клеток. Эти клетки затем специализируются в генеративные, дающие начало дочерним спороцистам. Каждая
из камер или ветвей обладает известной физиологической самостоятельностью — гибель одной из них при выходе сформированных дочерних спороцист не приводит к повреждению соседних сегментов, которые продолжают
нормально функционировать (см. обзоры: Добровольский и др., 1983; Галактионов и Добровольский, 1998; Galaktionov and Dobrovolskij, 2003). Следует
отметить, что своего дальнейшего развития модульная организация спороцист у высших представителей плагиорхиидной ветви трематод не получила. Следующим шагом на пути специализации материнского поколения
партенит здесь стала полная дезинтеграция организма. У ряда изученных
к настоящему времени представителей Ochetosomatidae, Haematoloechinae
(Plagiorchiidae), Microphallidae и Lecithodendrioidea материнская спороциста,
как таковая, отсутствует. На ранних этапах формирования ее генеративные
элементы распадаются на отдельные герминальные массы и эмбрионы дочерних спороцист, которые переходят к самостоятельному паразитированию
в моллюске-хозяине. Речь, таким образом, идет о переходе к яйцевому и зародышевому паразитизму.
Наиболее совершенные модульные конструкции характерны для спороцист Bucephalidae и Brachylaimoidea. Следует отметить, что и для тех, и для
других пока еще нет полной ясности в вопросе, о каком поколении спороцист идет речь. Скорее всего, что у буцефалид мы имеем дело с материнской
спороцистой, тогда как у брахилаймоидей — с дочерними (Galaktionov and
Dobrovolskij, 2003; Podvyaznaya and Galaktionov, 2011). В последние годы нами
(Podvyaznaya, 2007; Подвязная, 2009, 2010; Podvyaznaya and Galaktionov, 2011)
было предпринято детальное исследование ультраструктурной организации
спороцист буцефалид, разветвленное тело которых пронизывает все органы и
ткани моллюска-хозяина (Bivalvia). В частности, было показано, что спороциста Prosorhynchoides borealis (Bucephalidae) состоит из нескольких многократно повторяющихся «модулей» — трубчатых выводковых камер, перетяжек и
двух типов терминальных участков ветвей. Стенка тела этих «модулей» имеет характерные дифференцировки, тесно связанные с исполняемыми ими
функциями. Основу тела спороцисты составляют трубчатые выводковые камеры, в которых происходит созревание церкарий. Стенка тела здесь тонкая,
что, с одной стороны, не препятствует транспорту мономеров из гемолимфы
моллюска-хозяина, а с другой облегчает ее разрыв, что необходимо для выхода церкарий. Перетяжки, судя по строению их стенок, играют основную
роль в адсорбции питательных веществ из организма хозяина, которые затем
транспортируются в другие части тела спороцисты. Кроме того, перетяжки
разделяют тело спороцисты на более-менее автономные участки, и дегенерация одного из них (например, вследствие разрыва стенки тела при выходе
церкарий) не приводит к гибели организма в целом. Рост спороцисты обеспечивают терминальные участки I типа, где выявляется множество стволовых
клеток и клеток, находящихся на начальных этапах дифференциации. Эти
участки несут сенсиллы и в них сосредоточены нервные элементы, позволяющие, по всей видимости, растущим ветвям спороцисты ориентироваться
среди тканей моллюска-хозяина и определять оптимальные направления
96
К. В. Галактионов, И. М. Подвязная, А. А. Добровольский
роста. Генеративная функция распределена между выводковыми камерами
терминальных участков II типа, в которых происходит пролиферация недифференцированных клеток в герминальных массах, дифференцируются
генеративные клетки и проходят ранние этапы развития эмбрионы церкарий. Их последующее формирование уже идет в трубчатых выводковых
камерах. Благодаря своей модульной организации единая спороциста буцефалид приобретает способность к длительному существованию в моллюскехозяине и обеспечивает продукцию церкарий на уровне не меньшем, если не
большем, чем группировки редий или дочерних спороцист.
Несколько иной, хотя и сходный, характер носит модульная организации
спороцист брахилаймоидей, которые чисто внешне напоминают по своему
строению партениты буцефалид. У наиболее подробно исследованных к настоящему времени спороцист Leucochloridium тело дифференцируется на три
части, которые различаются морфологически и функционально (Pojmanska
and Machaj, 1991). Центральная часть партениты локализуется в гепатопанкреасе моллюска-хозяина (наземные Prosobranchia) и производит эмбрионы
особей гермафродитного поколения. Эти эмбрионы по системе тонких трубочек поступают в зародышевые камеры, имеющие вид вытянутых мешковидных структур. Здесь происходит накопление эмбрионов и их созревание
до стадии инвазионных для окончательного хозяина метацеркарий. Строение тегумента различно в трех упомянутых выше частях тела спороцисты.
Микроворсинки наиболее сильно развиты в тегументе зародышевых камер,
здесь же в цитоплазме выявляются многочисленные митохондрии и везикулы. Все это указывает на активное протекание транспортных процессов, что
может быть связано с доставкой питательных веществ из организма хозяина
к развивающимся в зародышевых камерах личинкам. Таким образом, в отличие от буцефалид, у спороцист Leucochloridium имеется единый центр продукции эмбрионов, в то время как их последующее развитие приурочено к нескольким зародышевым камерам, которые по выполняемой ими функции
идентичны трубчатым выводковым камерам спороцист буцефалид, в которых происходит созревание церкарий.
В заключение следует отметить, что модульная организация выявляется
только у спороцист и никогда у редий. Это может быть обусловлено особенностями морфофункциональной организации редий, которая определяется
их трофикой. Редии, за немногими исключениями, — активные гистио- или
гематофаги. Такой способ питания предопределяет подвижность особей,
что ограничивает возможности редий к увеличению размеров тела. Поэтому повышение плодовитости группировки редий, населяющей моллюскахозяина, связано с увеличением численности входящих в ее состав особей и
продолжительности жизни группировки в целом, что достигается благодаря
способности редий к самовоспроизводству. Такую способность сохраняют и
некоторые группировки дочерних спороцист. Однако полная утрата пищеварительной системы и переход к адсорбции тегументом растворенных питательных веществ из гемолимфы моллюска-хозяина снимает преграды на
пути увеличения размеров тела партенит. Наоборот, это оказывается весьма
благоприятным, поскольку предполагает увеличение всасывающей поверхности спороцисты. По-видимому, это обстоятельство и стало одной из причин появления крупных мешковидных, многоотростчатых и нитевидных
Модульный принцип в морфофункциональной организации…
97
спороцист, что сделало возможным формирование у ряда из них модульной
организации.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 10-04-00430) и СанктПетербургского государственного университета (проект 1.37.80.2011).
Литература
Добровольский А. А. 1975. Некоторые закономерности эволюции материнских спороцист трематод подотряда Plagiorchiata // Экологическая и экспериментальная
паразитология. Л.: изд. ЛГУ. Вып. 1. С. 96-108.
Добровольский А. А., Галактионов К. В., Мухаммедов Г. К., Синха Б. К., Тихомиров И. А. 1983. Партеногенетические поколения трематод // Тр. Ленингр. о-ва
естествоиспыт. Т. 82. № 4. С. 1-108.
Подвязная И. М. 2009. Особенности тонкого строения спороцист семейства
Bucephalidae // Abstracts of XIV Conference of Ukrainian Scientific Society of
Parasitologists (Uzhgorod, 21–24 September 2009). Киев: Академпериодика НАН
Украины. С. 90.
Подвязная И. М. 2010. Ультраструктурное исследование спороцист у трех видов буцефалидных трематод // Паразиты Голарктики. Сборник научных статей Международного симпозиума (4-8 октября 2010 г., Петрозаводск, Карелия). Т. 2. Петрозаводск: изд. КарНЦ РАН. С. 43-46.
Galaktionov K. V., Dobrovolskij A. A. 2003. The biology and evolution of trematodes: an
essay on the biology, morphology, life cycles, transmission, and evolution of digenetic
trematodes. Boston, Dordrecht, London: Kluwer Academic Publ. 592 p.
Podvyaznaya I. M. 2007. An ultrastructural study of reproduction in the sporocysts of Prosorhynchoides gracilescens (Digenea: Bucephalidae) // Parasitol. Res. Vol. 101. P. 35-42.
Podvyaznaya I. M., Galaktionov K. V. 2011. Morpho-functional specialization of the
branching sporocyst of Prosorhynchoides borealis Bartoli, Gibson & Bray, 2006 (Digenea,
Bucephalidae) // J. Helminthol. (In press)
Pojmanska T., Machaj K. 1991. Differentiation of the ultrastructure of the body wall of the
sporocyst of Leucochloridium paradoxum // Intern. J. Parasitol. Vol. 21. P. 651-659.
98
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Род Kowalewskius yamaguti, 1959 (Cestoda, Hymenolepididae) и его видовой состав
А. К. Галкин¹, К. В. Регель²
¹ Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
² Институт биологических проблем Севера ДВО РАН, Магадан, Россия; e-mail: [email protected]
Цестода Hymenolepis formosa Dubinina, 1953 описана Дубининой (1953) от
нырков Aythya ferina и A. fuligula Новосибирской обл. (оз. Чаны). В дифференциальном диагнозе автор ограничился указанием на отличия вида от H. jaegerskioldi Fuhrmann, 1913. Но последний вид уже давно был включен в род
Microsomacanthus Lopez-Neyra, 1942, и с 1959 г. H. formosa также числится в его
составе (Yamaguti, 1959). Дополнительное описание вида было приведено
только Спасской и Спасским (1961). При переисследовании типового материала, хранящегося в коллекции цестод ЗИН РАН, нами впервые установлено
наличие в копулятивном аппарате червей тельца Фурмана, или внутреннего
добавочного мешочка (вдм). Поскольку род Microsomacanthus, согласно уточненному диагнозу (Спасский и Спасская, 1954; Галкин и Регель, 2010), не имеет добавочных мешочков, вновь возник вопрос о родовой принадлежности
Hymenolepis formosa.
Сходную с микрозомакантусами анатомию имеет вид Hymenolepis parvula
Kowalewski, 1904, типовым хозяином которого являются кряква и домашняя утка, типовым местообитанием — Галиция (ныне юго-восток Польши).
В то же время автор вида подчеркивает такой важный отличительный признак как миниатюрный (0.01 мм длины) вдм, обнаруженный им на срезах
(Kowalewski, 1905). Материал из того же региона и от тех же хозяев, а также
красноголового нырка изучил Чаплинский (Czapliński, 1956). Он отметил
полноценность первоописания и ограничился уточнением формы рукоятки
хоботкового крючка. Следовательно, наличие вдм у Чаплинского сомнения
не вызывало. Как паразит домашней птицы, H. parvula многократно регистрировался в колхозах и совхозах бывшего СССР. Естественно, что гельминтологи-фаунисты не имели возможности исследовать копулятивный аппарат
червей с необходимой тщательностью, и «по большинству голосов» Спасская
(1966) сделала вывод, что «последующие авторы тельца Фурмана не отмечают». В то же время наличие вдм у H. parvula отвергают и авторы специальных
работ (Beverly-Burton, 1964; McLaughlin and Burt, 1979), однако их доводы не
представляются убедительными. Целенаправленный поиск этой структуры
на большом материале в коллекции ИНПА позволил выявить на тотальных
препаратах (правда, в единичных члениках) одновременно вывернутые
циррус и добавочный мешочек. Кроме того, наличие вдм установлено у экземпляров, собранных Регель от морской чернети Aythya marila из бассейна Средней Колымы. Таким образом, достоверность данных Ковалевского,
полученных благодаря использованию им методики срезов, следует считать
абсолютной, не требующей переисследования типового материала. Вскоре
после описания H. parvula выяснилось, что его промежуточным хозяином
служат пиявки (Joyeux, 1922). Указанные морфологические и биологические
Род Kowalewskius yamaguti, 1959…
99
особенности вида дают все основания для восстановления самостоятельности
рода Kowalewskius Yamaguti, 1959, типовым видом которого он был избран
(Yamaguti, 1959). При этом диагноз рода и его видовой состав требуют коренного пересмотра.
К сожалению, Ямагути обосновал род Kowalewskius крайне неудачно. В родовой диагноз он ввел точное количество члеников стробилы (30–40), строго
указал форму крючьев — «в виде гаечного ключа» (т. е. с лезвием и отростком, близкими по длине), тогда как для вдм и вооружения цирруса он допускал два варианта — наличие или отсутствие. В состав рода — по форме
крючьев и малой длине стробилы — Ямагути включил еще 2 вида: K. yoshidai
Yamaguti, 1956, паразита домашней утки Японии, и K. spinosus (Linstow, 1906),
паразита цветных бекасов — тропических куликов Старого Света. Последний
вид описан так поверхностно, что может быть отнесен только к роду с самым
широким и расплывчатым диагнозом. При описании K. yoshidai автор дифференцировал его от единственного вида — Hymenolepis trichorhynchus Yoshida,
1910 (однако не перевел этот «наиболее близкий» к K. yoshidai вид в род Kowalewskius, а оставил — вслед за Спасским и Спасской, 1954 — в составе рода
Microsomacanthus со знаком вопроса). В то же время Ямагути избегает сравнения K. yoshidai с типовым видом выделенного им рода Kowalewskius, H. parvula. Легко убедиться, что эти виды по форме и размеру крючьев хоботка
и деталям строения стробилы идентичны. Единственное значимое отличие
в их первоописаниях — наличие вдм в копулятивном аппарате первого вида.
МакЛохлин и Бурт (McLaughlin and Burt, 1979), отрицающие существование
вдм у H. parvula, свели K. yoshidai Yamaguti, 1956 в синонимы к H. parvula. Находя указанную синонимию ошибочной, мы предлагаем включить K. yoshidai
в род Microsomacanthus как M. yoshidai (Yamaguti, 1956) comb. nov.
Род Kowalewskius в понимании Ямагути (как по диагнозу, так и по видовому составу) не был принят систематиками. При первой же ревизии гименолепидид Спасская (1966) перевела его типовой вид H. parvula в состав рода
Microsomacanthus. В числе синонимов последнего рода он и числился не одно
десятилетие (Czaplinski and Vaucher, 1994). Проведенная нами (Галкин и Регель, 2010) ревизия рода Microsomacanthus позволила по-новому представить
его морфологию, биологию и видовой состав. В результате валидность рода
Kowalewskius стала совершенно очевидной. Главным дифференциальным
признаком этого рода следует признать уникальный для гименолепидоидей
с крючьями хоботка диорхоидного типа жизненный цикл: промежуточными
хозяевами типового вида, Kowalewskius parvula (Kowalewski, 1904) Yamaguti,
1959, служат аннелиды класса Hirudinea (пиявки). к числу диагностических
признаков относятся также наличие вдм и формирование в матке единого
пакета яиц.
На основании сходства с K. parvula по строению копулятивного аппарата
и по характеру матки к роду Kowalewskius нами предварительно был отнесен
вид H. formosa. Для окончательного решения этого вопроса требовалось установить жизненный цикл паразита. Результат не заставил себя ждать. Личинки K. formosa (инвазионные и на стадии сколексогенеза) обнаружены в пиявках Erpobdella octoculata L., собранных в июне 2010 г. в озерах бассейна Верхней
Колымы (Регель, 2010). На одном из этих озер был найден мертвый пуховичок
хохлатой чернети, в кишечнике которого найдены зрелые цестоды и около
100
А. К. Галкин, К. В. Регель
40 пакетов яиц K. formosa. В этом же районе добыт нелетный птенец хохлатой
чернети, зараженный обоими видами рода Kowalewskius, K. parvula и K. formosa.
Таким образом, род Kowalewskius, выделенный, как долго казалось, без всяких к тому оснований, при более внимательном отношении к его типовому
виду, оказался не только четко диагностируемым, но и обладающим уникальным набором признаков. Столь же ошибочно было неверие в представленные Ковалевским доказательства наличия у H. parvula миниатюрного вдм.
Переисследование копулятивного аппарата H. formosa позволило выявить и
здесь подобную же структуру, но значительно более развитую. В системе гименолепидоидей вид нашел свое место в составе рода Kowalewskius. Неопровержимым доказательством близкородственности обоих видов, сходных по
особенностям строения мужского полового органа, служит их биология —
прохождение личиночного развития в пиявках.
Литература
Галкин А. К., Регель К. В. 2010. Диагностические признаки Microsomacanthus microsoma
(Creplin, 1829) — типового вида рода Microsomacanthus Lopez-Neyra, 1942 — как основа для ревизии рода // Паразитология. Т. 44. № 5. С. 389–405.
Дубинина М. Н. 1953. Ленточные черви птиц, гнездящихся в Западной Сибири //
Паразитол. сб. ЗИН АН СССР. Т. 15. С. 117–233.
Регель К. В. 2010. Пиявки Erpobdella octoculata L. — промежуточные хозяева метацестод
Kowalewskius parvula (Kowalewski, 1904) и Kowalewskius formosa (Dubinina, 1953) comb.
nov. в бассейне Колымы // Паразиты Голарктики. Сб. научн. статей Международного симпозиума (4-8 октября 2010 г., г. Петрозаводск, Карелия, Россия). Т. 2.
С. 70-73.
Спасская Л. П. 1966. Цестоды птиц СССР. Гименолепидиды. М.: Наука. 698 с.
Спасская Л. П., Спасский А. А. 1961. Цестоды птиц Тувы. II. Род Microsomacanthus (Hymenolepididae) // Acta. Vet. Acad. Sci. Hung. Vol. 11. P. 13-53.
Спасский А. А., Спасская Л. П. 1954. Построение системы гименолепидид, паразитирующих у птиц // Труды ГЕЛАН. Т. 7. С. 55-119.
Beverly-Burton M. 1964. Studies on the Cestoda of British freshwater birds // Proc. Zool.
Soc. London. Vol. 142. P. 307-346.
Czapliński B. 1956. Hymenolepididae Fuhrmann, 1907 (Cestoda) parasites of some domestic
and wild Anseriformes in Poland // Acta Parasitol. Polon. Vol. 4. P. 175–375.
Czaplinski B., Vaucher C. 1994. Family Hymenolepididae Ariola, 1899 // Keys to the
Cestode Parasites of Vertebrates. Khalil L.F., Jones A., Bray R.A. (eds.). Wallingford:
CAB International. P. 595-663.
Joyeux Ch. 1922. Recherches sur les Ténias des Anseriformes.Dévelopment larvaire
d’Hymenolepis parvula Kowalewski chez Herpobdella octoculata (L.) (Hirudinée) // Bull.
Soc. Path. Exot. T. 15. P. 45–51.
Kowalewski M. 1905. Helmintological studies, part IX. On two new species of tapeworms
of the genus Hymenolepis Weinl. // Bull. Intern. Acad. Sci. Cracovie. No 7. P. 532-534.
McLaughlin J. D., Burt M. D. B. 1979. Studies on the hymenolepid cestodes of waterfowl
from New Brunswick, Canada // Canad. Journ. Zool. Vol. 57. P. 34-79.
Yamaguti S. 1959. Systema Helminthum. Vol. II. The Cestodes of vertebrates. N.Y., London:
Interscience. 860 p.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
101
Молекулярные инструменты на службе эволюционной эмбриологии
Г. Е. Генихович1
1
Университет Вены, Вена, Австрия; e-mail: [email protected]
Быстрое развитие молекулярной биологии в последние несколько десятилетий дало толчок для появления новой дисциплины — эволюционной
биологии развития. Она объединила методы сравнительной и экспериментальной эмбриологии, молекулярной биологии и генетики. Предметом ее
является объяснение того, как эволюционировали генетические программы,
управляющие развитием многоклеточных организмов, и, в более узком смысле, каковы генетические основы появления тех или иных морфологических
особенностей. Упор всегда делался на исследование развития представителей
возможно большого числа таксонов, а не нескольких традиционных модельных объектов. В свой ранний период практически единственным инструментом эволюционной биологии развития был сравнительный анализ областей
экспрессии различных генов и, в меньшей степени, белков в ходе развития
тех или иных структур. Лишь с немногими «классическими» объектами
(Drosophila, Caenorhabditis, Mus) были возможны генетические манипуляции.
В последние годы произошла качественная перемена в экспериментальных
подходах, используемых эволюционной биологией развития. В результате секвенирования геномов представителей разных групп животных было
получено представление о генном репертуаре их общих предков, уточнено
филогенетическое положение многих таксонов, появилась информация о
путях эволюции геномов. Появление эффективных методов выключения
(РНК-интерференция, морфолино-нокдаун) и оверэкспрессии (временный
или постоянный трансгенез, инъекция мРНК) генов позволило напрямую
выяснять функции генов, регулирющих развитие. В то же время стало очевидно, в какой степени для понимания процессов развития необходим синтез
классических методов гистологического и ультраструктурного анализа морфологии и молекулярного анализа работы генов.
В докладе будет представлено несколько примеров того, как молекулярные
методики исследования позволили понять закономерности образовния различных морфологических структур у «новых моделей» биологии развития:
бокоплава Parhyale hawaiensis, моллюсков Biomphalaria glabrata и Lottia gigantea
и актинии Nematostella vectensis.
102
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Таксономия арктических сепиолид (Cephalopoda, Sepiolida) по морфо-функциональным и
молекулярно-генетическим данным
А. В. Голиков1, А. Р. Моров1, Р. М. Сабиров1, П. А. Любин2,
Л. Л. Ергенсен3, А. А. Ризванов1, М. Сугимото4
Казанский федеральный университет, Казань, Россия; e-mail: [email protected] (А. В. Голиков)
Полярный НИИ рыбного хозяйства и океанографии, Мурманск, Россия;
e-mail: [email protected] (П. А. Любин)
3
Институт морских исследований, Тромсе, Норвегия; e-mail: [email protected] (Л. Л. Ергенсен)
4
Окаямский университет, Курашики, Япония; e-mail: [email protected] (М. Сугимото)
1
2
Изучение биоразнообразия уязвимых арктических экосистем в связи с программой освоения здесь богатейших сырьевых ресурсов имеет сейчас очень
актуальное значение. Арктическая теутофауна уникальна по происхождению, составу и приспособлениям к жизни в критических условиях периферии ареала класса. Головоногие моллюски здесь изучены крайне отрывочно,
большинство работ устарели и не отражают истинную ситуацию, и обычно посвящены локальному участку Арктики (Grimpe, 1933; Кондаков, 1937;
Muus, 1959; Акимушкин, 1963; Mercer, 1969; Несис, 1987; Nesis, 2001; Zumholz
and Frandsen, 2006). В Арктике постоянно обитает 2 вида сепиолид из рода
Rossia — арктическо-бореальная R. palpebrosa Owen, 1834 и высокоарктическая
R. moelleri Steenstrup, 1856. Rossia palpebrosa является самым массовым видом арктических донных головоногих, к примеру, на восточном шельфе архипелага
Шпицберген ее численность может превышать 1 тыс. экз/км2 (Сабиров и др.,
2008). Этот вид отличается высокой степенью полиморфизма. В арктической
и субарктической зонах описаны также R. glaucopis Loven, 1846, R. hyatti Verrill,
1881 и R. sublaevis Verrill, 1881. В настоящее время R. glaucopis признается либо
как валидный вид (Grimpe, 1933; Кондаков, 1937; Muus, 1959), либо как форма неясного таксономического статуса, близкая к R. palpebrosa (Акимушкин,
1963; Mercer, 1969; Несис, 1982; Nesis, 2001). А R. hyatti и R. sublaevis сведены
в младшие синонимы, соответственно, R. palpebrosa и R. glaucopis. Rossia moelleri
является самым молодым и эволюционно продвинутым видом в подсемействе, предполагается ее происхождение от R. palpebrosa (Несис, 1985). Это один
из двух видов головоногих — эндемиков Арктики. Точка зрения о сведении
всех арктических сепиолид в вид R. macrosoma (delle Chiaje, 1829) (Costello et al.,
2004), не заходящий на север выше шельфа центральной Норвегии, представляется неверной. Целью сообщения явилась попытка предложить таксономический статус массовых сепиолид Арктики и осветить новые данные по
их биологии.
Материал для работы собран в ряде рейсов ПИНРО (1984, 2004-2010 гг.)
и Института морских исследований (2009, 2010 гг.) по всей акватории Баренцева, в западной и центральной частях Карского, восточной части Гренландского морях и на прилегающем участке склона Центрального полярного бассейна (68.5°–82°N; 5.5°–78°Е). Собрано и исследовано 363 экз. R. palpebrosa и
R. glaucopis (182 самца, 181 самка), 7 кладок яиц R. palpebrosa и 14 экз. R. moelleri
Таксономия арктических сепиолид (Cephalopoda, Sepiolida)… 10 3
(9 самцов и 5 самок). Головоногие обрабатывались по стандартной методике, но с детальным изучением половой системы, применением гистологических методов и растровой электронной микроскопии. Молекулярный анализ
61 образца тканей сепиолид проведен по стандартной методике в лаборатории молекулярной генетики КФУ и Институте биоресурсов Окаямского
университета.
Основным признаком разделения R. palpebrosa и R. glaucopis является наличие/отсутствие папилл на дорсальной стороне головы и мантии и 4-х/2-х
рядное расположение присосок на руках. Rossia palpebrosa по литературным
данным тяготеет к более северным, а R. glaucopis — к более южным акваториям (Несис, 1982). Исследования показали, что расположение присосок на
руках не связано с наличием/отсутствием папилл. Рядность присосок возрастает от 1-ой пары рук к четвертой. Так же она растет с увеличением длины мантии (ДМ). Выявленные закономерности лучше проявляются у самок,
среди них больше особей с 4-хрядным расположением присосок, вероятно
из-за большего размера. Процент папильчатых россий возрастает от южной
части исследованной акватории к арктической: в западном желобе Баренцева
моря — 0%, в его центральном бассейне — 31%, в Карском море и в акватории
Земли Франца-Иосифа достигает 62%. Таким образом, формы «palpebrosa» и
«glaucopis» являются частично симпатрическими — «palpebrosa» обитает в арктической и субарктической зонах, но не встречается в бореальной. В строении репродуктивной системы обоих полов папильчатых и гладких особей
R. palpebrosa отличий не обнаружено. Согласно молекулярно-генетическим
данным по анализу 18S pРНК и гена 1-ой единицы цитохром C-оксидазы
(COI) папильчатые и гладкие формы не отличаются друг от друга и имеют
высокую степень гомологии (93-99%) с последовательностью для R. palpebrosa
в банке генетической информации GeneBank. Следовательно, валидным видом является только R. palpebrosa, а R. glaucopis — ее младший синоним (Morov et al., 2011). Формы «palpebrosa» и «glaucopis» очевидно являются термозависимыми экоморфами вида R. palpebrosa.
Особенности строения репродуктивной системы головоногих моллюсков
являются важным систематическим признаком, в первую очередь это касается репродуктивной системы самцов как наиболее изменчивой (Marchand,
1907). Основные различия касаются размеров и строения сперматофоров,
различающихся даже у близких видов (Сабиров, 2010). Гектокотилизируются
руки дорсальной пары. Появляется глубокий латеральный желоб, ограниченный эластичной мембраной. С этой стороны на гектокотиле расположены
латеральные железы простого слаборазветвленного трубчато-альвеолярного
типа (Голиков и Сабиров, 2009, 2010). Функциональное значение их секрета — для кратковременной фиксации сперматофоров в момент передачи их
самкам. Строение семенника на гистологическом уровне имеет циприноидную структуру. Зрелые сперматозоиды появляются уже на III стадии зрелости
и относятся к промежуточному типу. В этот момент сперматофорный комплекс органов (СКО) еще не функционирует. На этой стадии часть сперматоцитов II прекращает развитие и начинает дегенерировать, увеличивая генеративную составляющую обмена. Возможно, это характерно для всех видов
Rossia. Характерная черта СКО — петля фундуса сперматофорного мешка. Ее
наличие характерно для отряда Sepiolida. Эта часть сперматофорного мешка,
104
А. В. Голиков и др.
которая частично срастается со сперматофорным протоком и утрачивает
функцию накопления сперматофоров. Здесь сильно развит мерцательный
секретирующий эпителий, происходит 2-ой разворот сперматофоров и завершается их формирование. Помимо формирования петли фундуса в эволюции Sepiolida вследствие редукции гладиуса и последующего укорочения
тела семенник из мидсагиттальной плоскости сместился вправо, произошла
частичная утрата его перкоидного плана строения, вторично возникло циприноидное строение.
В онтогенезе СКО сначала дифференцируются проксимальные отделы,
последним появляется дистальный 6-ой отдел. Петля фундуса появляется
ближе к концу I стадии зрелости. На стадиях созревания половая система
россий растет с положительной аллометрией, на зрелой стадии онтогенеза —
изометрично. Сперматофоры R. moelleri имеют длину 17.8–21.2 мм (40.0–48.9%
ДМ), у R. palpebrosa — 8.9–19.6 (29.4–54.4% ДМ). Так же они отличаются строением соединений передней части цементного тела с эйякуляторной трубкой, передней и задней частей цементного тела, пропорциями частей. Число
сперматофоров у R. palpebrosa в среднем 34–38 (до 62), у R. moelleri — 112–116
(до 141).
Репродуктивная система самок арктических сепиолид в основном отличается строением нидаментальных желез и плодовитостью. У Rossia moelleri
нидаментальные железы полностью закрывают яичник с вентральной стороны, достигая 70.2% ДМ в длину и 40.3% ДМ в ширину. Возможно, это самые
большие нидаментальные железы у сепиолид. У R. palpebrosa нидаментальные
железы закрывают только верхнюю часть яичника, что более типично для
сепиолид. Их длина не превышает 55% ДМ. Плодовитость R. palpebrosa достигает 254 ооцитов, R. moelleri — 347. Средний диаметр ооцитов составил,
соответственно, 20.9% и 16.4% ДМ. Созревание гонады идет порционно, по
«пульсирующему типу», яйца откладываются несколькими порциями в течение нерестового периода. Для обоих видов установлена регуляционная
резорбция части ооцитов. У R. moelleri она не превышает 15%, а у R. palpebrosa
варьирует от 10% в южной части акватории исследования до 44% в высокоарктических широтах, чем обеспечивается высокая экологическая пластичность
вида при распределении энергетических ресурсов на реализацию репродуктивной функции. Выделено 3 размерно-сезонные нерестовые группировки
R. palpebrosa на исследованной акватории.
Литература
Акимушкин И. И. 1963. Головоногие моллюски морей СССР. М., Л.: АН СССР. 236 с.
Голиков А. В., Сабиров Р. М. 2009. Морфо-функциональные особенности половой
системы самцов Rossia palpebrosa (Cephalopoda: Sepiolida) на восточном шельфе архипелага Шпицберген // Мат. IX Международ. научн. конф. «Комплексные исследования природы Шпицбергена». С. 214-223.
Голиков А. В., Сабиров Р. М. 2010. Макроморфология и гистологическое строение
репродуктивной системы самцов Rossia palpebrosa Owen, 1834 (Cephalopoda, Sepiolida) // Мат. I Всерос. конф. «Совр. пробл. анатомии, гистологии и эмбриологии
животных». С. 21-26.
Таксономия арктических сепиолид (Cephalopoda, Sepiolida)… 10 5
Кондаков Н. Н. 1937. Головоногие моллюски (Cephalopoda) Карского моря // Тр. Аркт.
инст. Вып. 50. С. 61–67.
Несис К. Н. 1982. Краткий определитель головоногих моллюсков мирового океана. М.:
Легкая и пищевая пром-ть. 360 с.
Несис К. Н. 1985. Океанические головоногие моллюски: распространение, жизненные
формы, эволюция. М.: Наука. 288 с.
Несис К. Н. 1987. Головоногие моллюски Северного Ледовитого океана и его морей //
Фауна и распределение моллюсков: Сев. Пацифика и Полярный бассейн. Владивосток: ДВНЦ АН СССР. С. 115–136.
Сабиров Р. М. 2010. Репродуктивная система самцов головоногих моллюсков (Cephalopoda): II. Сперматофоры // Уч. Зап. Казан. гос. ун-та. Сер. естеств. науки. Т. 152.
№ 2. С. 8–21.
Сабиров Р. М., Любин П. А., Голиков А. В., Моров А. Р. 2008. Rossia palpebrosa
(Cephalopoda, Sepiida) в Баренцевом море: экология, черты биологии, таксономический статус // Мат. VIII Международ. научн. конф. «Природа шельфа и архипелагов европейской Арктики». С. 331-335.
Costello M. J., Bouchet P., Boxshall G., Emblow C., Vanden Berghe E. 2004. European register of marine species: a check-list of the marine species in Europe and a bibliography
of guides to their identification // Collection Patrimoines Naturels. Vol. 50. P. 180-213.
Grimpe G. 1933. Die cephalopoden des arktischen Gebietes // Fauna Arctica. Bd. 6.
S. 489–514.
Marchand W. 1907. Studien uder Cephalopoden. I. Der mannliche Leitungsapparat der Dibranchiaten // Z. Wiss Zool. Bd. 86. S. 311–415.
Mercer M. C. 1969. A synopsis of recent cephalopoda of Canada. Part 2 // Fisheries research
board of Canada studies. Vol. 1327. P. 55-65.
Morov A. R., Golikov A. V., Sabirov R. M., Lubin P. A., Rizvanov A. A., Sugimoto M. 2011.
Taxonomic status of Rossia palpebrosa Owen, 1834 and R. glaucopis Loven, 1846 (Cephalopoda: Sepiolida) on molecular-genetic data // EuroCeph 2011 abstract book. P. 86.
Muus B. J. 1959. Skallus, søtaender, blaecksprutter // Danmarks Fauna. Bd. 65, København:
G.E.C. Gad. 239 p.
Nesis K. N. 2001. West-Arctic and Est-Arctic distributional ranges of cephalopods // Sarsia.
Vol. 86. P. 1-11.
Verrill A. E. 1881. The cephalopods of the north-eastern coast of America. Part II // Trans.
Conx. Acad. Vol. 5. P. 249-446.
Zumholz K., Frandsen R. P. 2006. New information on the life history of cephalopods off
west Greenland // Polar Biol. Vol. 29. P. 169-178.
106
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Роль становления гомойотермии в процессе
формирования рецепторного аппарата
слухового и зрительного анализаторов
Т. Б. Голубева1,3, Л. В. Зуева2, Е. В. Корнеева3
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Москва, Россия;
e-mail: [email protected] (Т. Б. Голубева)
2
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН, СанктПетербург, Россия; e-mail: [email protected] (Л. В. Зуева)
3
Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва, Россия;
e-mail: [email protected] (Е. В. Конеева)
1
Известно, что у птиц и млекопитающих в онтогенезе сенсорные системы
начинают функционировать в следующем порядке: незрительная фоточувствительность, ольфакторная, тактильная и вестибулярная чувствительности, проприорецепция, слух, зрение. Этот непреложный порядок созревания
сенсорных систем гомойотермных первым отметил G. Gottlib (1971). Gottlib
предположил вероятность такой же последовательности созревания сенсорных систем у рептилий, онтогенез которых и до сих пор остается практически
не изученным. У рыб и амфибий первоначальное развитие той или иной
сенсорной системы в онтогенезе определяется прежде всего экологическими
потребностям, что хорошо демонстрируют исследования онтогенеза их сенсорных систем (например, Бабурина, 1972). Другое отличие онтогенеза пойкилотермных и гомойотермных состоит в том, что у рыб и амфибий первым
появляется оборонительное поведение, а у птиц и млекопитающих первыми
формируются функциональные системы пищевого поведения.
Слух и зрение являются основными сенсорными системами, задействованными в раннем поведении и коммуникации птиц. Сравнительное исследование развития слуха птиц выявило у всех изученных видов независимо
от типа их онтогенеза и экологических особенностей наличие трех этапов
развития слуховой чувствительности, каждый из которых имеет четкие границы и характеризуется определенным коррелятивным соотношением между структурой, функцией и поведением целого организма (Голубева, 2006;
Golubeva, 1997). У зрелорождающихся выводковых слух появляется в середине инкубационного периода, у полувыводковых — в начале последней
трети инкубации, у незрелорождающихся птенцовых — при вылуплении.
При этом у всех видов сначала возникает слуховая чувствительность в узком
диапазоне средне–низких частот, и затем диапазон восприятия прогрессивно
расширяется в сторону и высоких, и низких частот. Звуки, имеющие в своем
спектре частоты первоначально появившегося узкого диапазона восприятия,
вызывают пищевое поведение (или ему сопутствующее, например, реакцию
следования к источнику звука), а звуки более высокого частотного диапазона, когда развивается к ним чувствительность, стимулируют оборонительное
поведение. На этой же стадии развития появляется зрение – сначала только
в виде чувствительности к изменению освещенности, что при соответствующих экологических условиях гнездования (у дуплогнездников) становится
Роль становления гомойотермии…
107
наряду с родительским звуковым пищевым сигналом стимулом для вызова
пищевой реакции. Позже, и также почти одновременно, у птенцов появляется способность к частотно-амплитудному и временному анализу акустических сигналов и предметное зрение. На начальные стадии развития сложного
анализа звуков и предметного зрения приходится акустический и зрительный импринтинг.
Цитоархитектонический анализ созревания акустических ядер продолговатого мозга птиц с разными типами онтогенеза показал, что начало специфической функции рецепторного отдела слухового анализатора определяет
момент перехода нейронов центральных отделов слуховой системы из стадии недетерминированного нейробласта в стадию юного нейрона. В течение всего времени развития слуха происходит развитие слухового эпителия
(Golubeva, 1997) и рост и развитие нейронов слуховой системы (Барсова и
Голубева, 1994, 1996). Выявлена четкая корреляция динамики развития фоторецепторов сетчатки и морфологических характеристик нейронов Wulst
(аналога коры млекопитающих), но вызванная пищевым поведением в ответ
на изменение освещенности индукция c-Fos обнаружена в вентральной области энтопаллиума (Корнеева и др., 2010).
Порядок созревания сенсорных систем в онтогенезе определяется в первую
очередь требованиями их рецепторного аппарата к уровню зрелости гомеостаза (Голубева, 2006). Это хорошо прослеживается при анализе развития
слуховых волосковых клеток птиц с разными типами онтогенеза и данных
по развитию метаболизма и дыхания. У всех исследованных видов птиц границы между этапами развития слуха и зрения определяются одинаковыми
событиями, связанными, прежде всего, с развитием уровня обмена развивающегося организма. Появление слуховой чувствительности можно определить
по первой регистрации микрофонного компонента кохлеарного потенциала
(с небольшим опережением), по вызванным потенциалам из высших отделов слуховой системы, по пищевой реакции в ответ на звуковой стимул или
по характерной реакции изменения частоты сердечных сокращений в ответ
на звуковой стимул. Дифференцировавшиеся первыми слуховые волосковые клетки в этот момент имеют определенное соотношение длины и числа
стереоцилий. Эмбрионы разных видов в этот момент, судя по значениям,
экстраполированным из данных по развитию метаболизма в эмбриогенезе
птиц с разными типами онтогенеза (Vleck and Bucher, 1998), имеют примерно
одинаковый удельный уровень потребления кислорода. Начало интенсивного этапа развития слуха определяется у выводковых и полувыводковых птиц
выходом клюва эмбриона в воздушную камеру яйца, началом легочного дыхания и вокализации, а у птенцовых — резким усилением дыхания и увеличением громкости вокализации. На волосковых клетках слухового эпителия
птиц вплоть до установления эффективной терморегуляции закономерно
растет число стереоцилий, которое в свою очередь коррелирует с верхней
границей воспринимаемого диапазона (Golubeva, 1997). Из данных о динамике потребления кислорода в онтогенезе птиц (Шилов, 1968; Vleck and Bucher,
1998) очевидно, что вплоть до установления эффективной терморегуляции –
момента, когда птенец может поддерживать температуру тела выше 37 °С при
температурах среды в пределах термонейтральной зоны взрослой птицы, потребление кислорода закономерно увеличивается. Для незрелорождающейся
108
Т. Б. Голубева, Л. В. Зуева, Е. В. Корнеева
мухоловки-пеструшки Ficedula hypoleuca мы показали, что с возрастом вплоть
до этого момента линейно растет и значение температуры тела, до которой
можно допускать безвредное охлаждение птенцов (Голубева, 2006). Подобные кратковременные охлаждения птенцов мы наблюдали в естественных
условиях в гнезде. Понижение температуры тела ведет к снижению слуховой чувствительности и увеличению значений временных характеристик
ответа, нагревание птенца восстанавливает исходные характеристики. После установления эффективной терморегуляции продолжается повышение
уровня базального метаболизма, и, по-видимому, именно это необходимо для
дальнейшего увеличения числа стереоцилий на высоких и чашевидных волосковых клетках и развития слуховой чувствительности у верхней границы
воспринимаемого диапазона.
Непосредственно вслед за началом интенсивного этапа развития слуха
у всех видов птиц появляется зрение в виде чувствительности к изменению
освещенности. С начала этого этапа фоторецепторы темпоральной ямки бифовеальных птиц и центральной ямки зерноядных вступают в стадию образования наружных сегментов. На следующей стадии — образования липидной
капли — растет число дисков наружного сегмента, и образуются ленточные
синапсы. Именно эти морфологические достижения знаменуют появление
диффузного зрения (5–6-ые сутки постнатального онтогенеза у птенцов
мухоловки-пеструшки). В центральной ямке колбочки с липидными каплями появляются на 6–7-ые сутки, к 9-м суткам они занимают обширные центральную и темпоральную области сетчатки. Темпоральные ямки обоих глаз
у взрослых отвечают за бинокулярное зрение, и с появлением предметного
зрения на 8–9-ые сутки обеспечивают направленную пищевую реакцию выпрашивания на силуэт родителя. Этот момент совпадает с установлением
эффективной терморегуляции, и фоторецепторные клетки вступают в стадию образования параболоида. Образование этой органеллы в части клеток
свидетельствует о переходе фоторецепторов на более высокий уровень энергетического обмена.
С момента установления эффективной терморегуляции у мухоловки-пеструшки начинается процесс реорганизации центральной ямки сетчатки,
заключающийся в сдвиге и перемещении слоев нейронов сетчатки и приводящий к формированию дефинитивной структуры ямки. С этого же момента начинается дегенерация колбочек на вершине конуса центральной ямки,
и к моменту вылета птенцов из гнезда (14–16-ые сутки) фоторецепторы там
практически исчезают. На их месте выявлены редкие прекурсорные фоторецепторные клетки без внутренних и наружных сегментов. У взрослых птиц
тонкие, длинные и плотно упакованные фоторецепторы расположены точно
над вершиной конуса ямки. По поведенческим признакам у птенцов через
12-14 дней после вылета из гнезда выявлен момент включения центральной
ямки в пищедобывательное поведение для обнаружения добычи, за которым
следует переключение на темпоральные ямки для бинокулярной локализации. По-видимому, фоторецепторы центральной ямки нуждаются в особенно устойчивом энергоснабжении для целей дальнозоркого отслеживания
добычи и хищников и высокой скорости синаптической передачи. Весьма
вероятно, что именно образуемый фоторецепторами центральной ямки
Роль становления гомойотермии…
109
канал передачи информации участвует в импринтинге территории, что происходит как раз в момент созревания новой генерации этих фоторецепторов.
Итак, у гомойотермных важнейшим условием для формирования рецепторных аппаратов слухового и зрительного анализаторов, и для обработки
сложных акустических и зрительных сигналов является развитие гомойотермии, ведущей к усиленному энергоснабжению и температурной стабильности улитки внутреннего уха, сетчатки и мозга.
Работа поддержана грантом РФФИ 09-04-01030а
Литература
Бабурина Е. А. 1972. Развитие глаз у круглоротых и рыб в связи с экологией. М.: Наука. 145 с.
Барсова Л. И., Голубева Т. Б. 1995. Морфофункциональные корреляции в развитии
периферических отделов слуховой системы врановых // Орнитология. М.: Изд.
Московского Университета. Вып. 26. С. 128-135.
Барсова Л. И., Голубева Т. Б. 1996. Структура слуховых ядер продолговатого мозга
и слуховая чувствительность серебристой чайки в онтогенезе // Орнитология. М.:
Изд. Московского университета. Вып. 27. С. 232-241.
Голубева Т. Б. 2006. Сенсорное обеспечение ранней акустической коммуникации выводковых и птенцовых птиц // Белик В. П. (ред.) Развитие современной орнитологии в Северной Евразии. Ставрополь: Изд-во СГУ. С. 600-625.
Голубева Т. Б., Зуева Л. В., Корнеева Е. В., Хохлова Т. В. 2001. Развитие фоторецепторных клеток сетчатки и нейронов Wulst у птенцов мухоловки-пеструшки (Ficedula
hypoleuca) // Орнитология. М.: Изд. Московского университета. Вып. 28. С. 188-202.
Зуева Л. В., Голубева Т. Б., Керов В.С., Зуев А.В. 2003. Гетерохронное созревание сетчатки мухоловки-пеструшки Ficedula hypoleuca // Журн. эвол. биох. физиол. Т. 39.
№ 6. С. 587-592.
Корнеева Е. В., Тиунова А. А., Александров Л. И., Голубева Т. Б., Анохин К. В. 2010. Активация тектофугальной зрительной системы птенцов мухоловки-пеструшки на
ранних стадиях развития пищевого поведения, направляемого диффузной фоточувствительностью // Журн. высш. нервн. деят. Т. 60. № 3. С. 330-338.
Golubeva T. B. 1997. Type of ontogeny and species-specific stimulation in the development
of auditory sensitivity in birds // Turpaev T. M. (ed.). Phisyology and General Biology
Revue. Vol. 12. London: Harwood Academic Publishers. P. 1-201.
Gottlieb G. 1971. Development of species identification in birds. An inquiry into the prenatal
determinations of perception. Chicago, London: University of Chicago Press. 176 p.
Vleck C. M., Bucher T. L. 1998. Energy metabolism, gas exchange, and ventilation //
Stark J. M., Ricklefs R. E. (eds.). Avian Growth and development. N.Y.: Oxford University
Press. P. 89-116.
110
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Происхождение половых клеток у низших
многоклеточных животных
Е. Л. Гонобоблева1, С. М. Ефремова1
1
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия;
e-mail: [email protected] (Е. Л. Гонобоблева)
Все многоклеточные животные обладают способностью размножаться
половым путем. Создание нового биологического индивида при половом
размножении происходит в результате слияния женской и мужской гамет –
яйцеклетки и сперматозоида. Эти высокоспециализированные гаплоидные
клетки дифференцируются из резервных половых клеток, присутствующих
в организме в течение всего периода репродуктивной жизни особи.
Изучение начальных этапов спецификации линии половых клеток у животных возможно благодаря существованию специфических морфологических и молекулярных маркеров клеток половой линии. Универсальным морфологическим маркером половых клеток являются половые детерминанты,
называемые в разных группах животных nuage, митохондриальные облака,
хроматоидные тельца. Наиболее распространенными молекулярными маркерами линии половых клеток у животных являются продукты экспрессии
генов vasa и nanos.
У большинства многоклеточных животных разделение линии половых и
соматических клеток происходит на начальных этапах их эмбрионального
развития. В настоящее время выделяют три способа спецификации линии
половых клеток (Extavour and Akam, 2003; Extavour, 2007; Gustafson and Wessel, 2010). У млекопитающих и хвостатых амфибий линия половых клеток
обособляется эпигенетически. При таком способе спецификация половых клеток происходит под влиянием индуктивных сигналов, исходящих из окружающих эмбриональных тканей.
У ряда изученных первичноротых животных (Nematoda, Arthropoda, Rotifera, Annelida, Mollusca) линия половых клеток преформирована, т. е. уже
в неоплодотворенной женской гамете имеются специфически локализованные материнские факторы, так называемая половая плазма, которая в ходе
дробления сегрегируется в определенных бластомерах, а затем в первичных
половых клетках.
У губок, книдарий и плоских червей, находящихся в основании филогенетического древа многоклеточных животных, отсутствует обособленная линия
половых клеток. У книдарий и плоских червей имеется линия мультипотентных стволовых клеток, называемых соответственно интерстициальные клетки и необласты. В эмбриональном развитии обособление линии стволовых
клеток происходит в эндодерме (книдарии) или в мезодерме (плоские черви).
В течение всей жизни особи эти стволовые клетки могут дифференцироваться как в различные типы соматических клеток, так и в половые клетки.
Происхождение половых клеток в разных классах губок различно. У большинства представителей класса Demospongiae (обыкновенные губки) источником женских половых клеток считаются мультипотентные стволовые
Происхождение половых клеток…
111
клетки — археоциты, а мужских половых клеток — специализированные соматические клетки — хоаноциты. Археоциты, в отличие от интерстициальных клеток и необластов, выполняют в организме важные физиологические
функции — фагоцитоза, внутриклеточного переваривания, часто являются
депо для симбионтов. У известковых губок и женские, и мужские половые
клетки дифференцируются из специализированных соматических клеток —
хоаноцитов. Таким образом, у этой группы многоклеточных отсутствует
разделение линии соматических, стволовых и половых клеток, что является
уникальной характеристикой этой группы. Однако, учитывая, что в цитоплазме ооцитов некоторых губок обнаружены типичные морфологические
детерминанты зародышевого пути, последнее утверждение не окончательно,
но требует дальнейшей экспериментальной разработки.
Литература
Extavour C. G. 2007. Evolution of the bilaterian germ line: lineage origin and modulation of
specification mechanisms // Integr. Compar. Biol. Vol. 47. P. 770-785.
Extavour C. G., Akam M. 2003. Mechanisms of germ cell specification across the metazoans:
epigenesis and preformation // Development. Vol. 130. P. 5869-5884.
Gustafson E. A., Wessel G. M. 2010. Vasa genes: Emerging roles in the germ line and
in multipotent cells // Bioessays. Vol. 32. P. 626-637.
112
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Тонкое строение нервной системы Bothriocephalus scorpii (Cestoda, Bothriocephalidea)
И. И. Гордеев1
1
Московский государственный университет, Москва, Россия; e-mail: [email protected]
Bothriocephalus scorpii является широко распространенным паразитом, на
взрослой стадии паразитирующим в кишечнике различных костистых рыб.
Строение его нервной системы впервые было показано методом выделения
холинэстераз — сколекс B. scorpii иннервируется 5 парами продольных нервных стволов, из которых боковые наиболее развиты (Котикова и Куперман,
1978). В апикальной части сколекса они расходятся, а к их вершинам подходят соответственно сопровождающие дорсальный и вентральный стволы, поверхность сколекса иннервируется мощным нервным сплетением (Котикова
и Куперман, 1978). Из сколекса в стробилу проходят, не прерываясь, те же 5
пар стволов, из которых главные боковые глубоко погружаются в медуллярную паренхиму. Все остальные расположены в периферической ее области.
Независимо от ширины стробилы число продольных стволов постоянно и
равно 5 парам. В задней части каждой проглоттиды проходит мощная кольцевая комиссура. Как и у других исследованных видов, у B. scorpii имеется три
нервных плексуса (Котикова и Куперман, 1978).
Наши исследования анатомии нервной системы B. scorpii с помощью трансмиссионного электронного микроскопа показали, что центральная нервная
система представлена парным билатерально-симметричным вытянутым ганглием и выходящими из него двумя главными нервными стволами, имеющими в стробиле латеральное положение. Парный церебральный ганглий
располагается в сколексе на уровне нижнего края ботрий. На поперченном
срезе ганглий имеет форму неправильного овала. Латеральные участки ганглия — нейропили, дающие начало главным латеральным стволам, представляют из себя плотное скопление светлых нервных отростков, снаружи
которых лежат нейроны. Нейропили имеют форму подковы, вытянутой
в дорзо-вентральном направлении и формируют вентральные и дорзальные корешки, направленные к ботриям. Ботрии имеют дорзо-вентральное
положение. Получившийся неправильный овал имеет длину 75 мкм и максимальную ширину — 40 мкм. Внутри овала, между нейропилями, на расстоянии 7–8 мкм друг от друга проходят 4 крупных пучка дорзо-вентральной
мускулатуры, осуществляющие присасывающий механизм ботрий. Между
мышечными волокнами лежат несколько крупных нейронов диаметром от
5 до 13 мкм, заполняя все пространство между латеральными нейропилями.
Наружные латеральные области ганглия заняты более мелкими нервными
клетками.
Ганглий на переднем конце тела состоит из плотных скоплений нервных
отростков в латеральных участках, а также плотного переплетения диффузно
расположенных нервных волокон с многочисленными миофибриллами и их
Тонкое строение нервной системы Bothriocephalus…
113
сомами. В центральной части, внутри и на периферии ганглия нами найдено
более 33 нейронов и 6 сом мышечных клеток.
Главные латеральные стволы (ГЛС) продолжаются по всей длине стробилы. В поперечном сечении ГЛС имеют овальную форму и вытянуты в дорзовентральном направлении. Длина участка, содержащего проводящие пучки — до 45 мкм, ширина — до 16 мкм. Нервные стволы состоят из плотно
сгруппированных пучков, формирующих светлые и темные кластеры, между
которыми встречаются отростки, содержащие гликоген и липидные капли.
В поперечном сечении ГЛС насчитывается более 15 кластеров плотно упакованных отростков. На периферии ствола лежат тела нейронов. В составе
одного пучка, или кластера, насчитывается от 5 до 42 отростков. Несмотря на
то, что срез поперечный, многие отростки имеют не округлую, а вытянутую
изогнутую форму, что свидетельствует о выходящих из ГЛС тонких поперечных нервах.
В нервных отростках встречаются многочисленные везикулы, отличающиеся размерами и электронной плотностью — электронно-светлые: 20–25 нм,
электронно-темные: 50–60 нм.
Между электронно-светлыми компартментами в некоторых местах находятся компартменты из отростков с электронно-плотным содержимым. Они
имеют примерно такую же форму и размер (0.5 мкм в ширину и до 5–8 мкм
в длину), как и электронно-светлые. Но мембрана этих отростков образует синаптические контакты, как с другими электронно-темными отростками, так
и с отростками проводящей части на большей площади своей поверхности.
Видимо это —перерезанные в дистальной части отростки проводящей части,
ветвящиеся и дающие синаптические контакты.
На небольшом расстоянии от ГЛС, дистальнее и проксимальнее относительно медиальной плоскости, находятся крупные выделительные каналы
(2–8 мкм в диаметре). Кроме того в непосредственной близости от ГЛС нами
были найдены несколько терминальных клеток с сомами. Видимо существует
тесное взаимодействие между нервной и выделительной системой на уровне
межклеточного взаимодействия.
В сколексе и в переднем отделе стробилы при изучении нервной системы
обнаружены нервные клетки в составе ганглия, главных стволов и на периферии среди слоев мускулатуры, которые можно разделить на два типа: светлые
нейроны ганглия и латеральных нервных стволов (1) — цитоплазма в области
перикариона средне светлой электронной плотности, содержит электронносветлые везикулы диаметром 50–60 нм. Размер перикарионов варьирует от
4 мкм на периферии ГЛС до 13 мкм в ганглии. Цитоплазма перикариона имеет неопределенную форму, сильно изрезанную отростками и содержит вакуоли аппарата Гольджи. Ядро крупное (от 3.5 до 5 мкм), чаще всего занимает
более 70% от площади среза клетки. В ядре выделяется умеренное количество
электронно-плотных глыбок гетерохраматина, нерегулярно расположенных
в виде небольших, часто «рваных» пятен. Не наблюдается приуроченности
гетерохроматина к ядерной мембране. В составе ядра имеется ядрышко, всегда явно определяемое за счет меньшей, по сравнению с зонами гетерохроматина, электронной плотностью. Ядерная мембрана часто образует небольшие выросты. В кариоплазме имеются электронно-плотные грануловидные
включения, диаметром от 80 до 150 нм. Самый большой нейрон, диаметром
114
И. И. Гордеев
13–15 мкм, располагается в центре ганглия между двумя центральными пучками дорзовентральной мускулатуры. Его отличает лопастное ядро с толстыми лучевидными выростами. Цитоплазма так же имеет крупные лопасти, наружная плазматическая мембрана нейрона образует глубокие инвагинации,
доходящие до ядерной мембраны и разделяющие цитоплазму перикариона
примерно на 10 радиальных долей. Второй тип — темные нейроны (2) — цитоплазма и кариоплазма более электронно-плотные, чем у «светлых» нейронов, в цитоплазме имеются светлые везикулы диаметром 30 нм. Цитоплазмы
очень мало и она почти не содержит органелл. Ядро занимает почти всю
клетку зоны, глыбки гетерохроматина крупнее и малочисленнее. Ядерная
мембрана, как правило, сглаженная, почти без выпячиваний. Клетки этого
типа располагаются как по периферии ГЛС и ганглия, так и в центре ганглия.
К мышечным волокнам в области ганглия подходят отростки, содержащие
ярко электронно-темные нейросекреторные везикулы диаметром 130–150 нм,
и электронно-светлые везикулы. Найти клетки, которым принадлежит этот
секрет, к сожалению, не удалось.
На периферии ГЛС находятся нейроны, как первого, так и второго типа.
Причем нейроны второго типа гораздо чаще располагаются дальше от проводящих отростков, чем нейроны первого типа. Аналогичная закономерность
наблюдается и в ганглии. Большая часть нейронов первого типа, как и мелких
компартментов находится в латеральной области. Вне кортикальной области
ствола есть небольшие проводящие пучки, состоящие из 2–7 волокон. Чаще
всего с ними контактирует нейрон. Видимо функция этих отростков — связь
с малыми нервными стволами или же иннервация несколько удаленных от
ГЛС эффекторов.
В кластерах ГЛС светлые аксоны связаны между собой многочисленными
контактами без участия везикул. При этом синаптические мембраны строго
параллельны, уплотнены на большом протяжении и перемежаются с короткими участками, в которых синаптическая щель расширена, контактирующие аксоны содержат многочисленные микротрубочки.
Кроме того, в главных латеральных стволах имеются области концентрически закрученных тонких отростков, мембраны которых образуют протяженные десмосомоподобные контакты. В этих контактах пространство между
мембранами заполнено электронно-плотным материалом по типу «плотных»
(tight-junction) или «щелевых» (gap-junction) контактов. Природа этих контактов пока не понятна, они могут выполнять как изолирующую, так и объединяющую функцию.
Литература
Котикова Е. А., Куперман Б. И. 1978. Анатомия нервного аппарата цестод семейства
Amphicotylidae и Diphyllobothriidae (Pseudophyllidea) // Паразитология. Т. 12. № 3.
С. 210 - 217.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
115
Видовое разнообразие коралловых полипов.
Трудности, связанные с клонированием и
перманентными гибридами
С. Д. Гребельный1
1
Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
Хотя гибридизация, а также интрогрессия (привнесение отдельных генов
путем межвидовой гибридизации) признаны важными факторами видообразования у растений (Грант, 1984; Цвелев, 2005; Chapman and Burke, 2007),
их роль в увеличении видового разнообразия животных до сих пор остается
спорной. В отличие от ботаников, большинство зоологов все еще сомневаются
в том, что межвидовая гибридизация имеет заметные последствия для появления новых репродуктивно изолированных форм, способных дать начало
новым видам или более крупным таксонам. Причина глубоко укоренившегося недоверия к эволюционным последствиям гибридизации лежит в скептическом отношении к ней классиков современной эволюционной теории,
прежде всего Ф.Г. Добржанского и Э. Майра (Dobzhansky, 1937, 1941, 1951;
Майр, 1947, 1968).
В зоологической литературе, посвященной позвоночным животным,
с гибридизацией связывают происхождение полиплоидных видов и рас
(Боркин и Даревский, 1980; Darevsky,1992; Simon et al., 2003). к настоящему
времени среди позвоночных животных известно уже более двухсот полиплоидных видов, как однополых, так и двуполых (Боркин и др., 2004). Большая
их часть размножается с помощью того или иного механизма клонирования
(партеногенеза, гиногенеза или андрогенеза), другие сохранили двуполое
размножение (Tinsley and Kobel, 1996; Gallardo et al., 2004), но все же лишены
полноценной генетической рекомбинации (Гребельный, 2008). В отношении
коралловых полипов, Anthozoa и большинства других морских беспозвоночных животных данные о механизмах размножения почти отсутствуют, если
не считать широко известного для них соматического размножения делением, фрустуляцией и пр.
Замечательно, что некоторые виды кишечнополостных, и без того способных к соматическом клонированию, продуцируют партеногенетические
яйца и личинок, генетически идентичных материнскому организму, что
доказано с помощью электрофореза белков и прочими молекулярно-генетическими тестами. Генотипический состав вынашиваемой молоди изучен
на примере новозеландской Actinia tenebrosa (Anthozoa, Actiniidae: Black and
Johnson, 1979; Ayre, 1983) и западноевропейской A. equina (Orr et al., 1982).
У животных, принадлежащих к этому роду, гермафродитные или раздельнополые особи (в том числе половозрелые самцы1) очень часто несут в гастральной полости нескольких маленьких полипов, происхождение которых
1
Вынашивание потомства самцом можно объяснить, только приняв во внимание, что значительная часть популяций у Actinia состоит из гермафродитов. Некоторые из них, истратив
женские гаметы, теряют и женские гонады, но сохраняют мужские, что не препятствует вынашиванию.
116
С. Д. Гребельный
первоначально объясняли «внутренним почкованием». Электрофоретическое сравнение молоди и материнской особи показало их полную идентичность по нескольким локусам, содержавшим гетерозиготное сочетание аллелей. Потревоженные особи арктической актинии Actinostola (Glandulactis)
spetsbergensis (Actinostolidae) иногда «отрождают», выбрасывают через рот «гигантских личинок» диаметром до 1.5–2 см (giant larvae, Riemann-Zürneck, 1976).
Долгое вынашивание вполне сформированных, готовых к самостоятельной
жизни полипов, которых взрослая особь не отличает от своих тканей и не
переваривает, так же заставляет думать о генетической идентичности матери и потомства. То же можно сказать о некоторых рифостроящих кораллах,
склерактиниях (Anthozoa, Scleractinia) — Tubastraea (T. diaphana и T. coccinea;
Anthozoa, Scleractinia, Eupsammidae) и Pocillopora (P. damicornis, Pocilloporidae;
Stoddart, 1983), которые выметывают в воду партеногенетических планул, что
подтверждено с помощью электрофореза белков; другие, близкие виды (Acropora palifera, Seriatopora hystrix, Acroporidae), размножаются при участии оплодотворения и показывают последствия рекомбинации (Ayre and Resing, 1986).
Иммунологическими и биохимическими исследованиями убедительно
показано клонирование у морских перьев Pavonaria cactus (Willis and Ayre,
1985). Нарушение мейоза и связанное с ним партеногенетическое размножение отмечено у мягких кораллов (Anthozoa, Octocorallia, Alcyonacea; Mcfadden and Hutchinson, 2004). В этой же работе приведены данные, касающиеся полиморфных и содержащих следы рекомбинации нуклеотидных
ITS-последовательностей рибосомных генов. Они указывают на гибридное
происхождение Alcyonium hibernicum и Bellonella bocagei (Alcyonidae).
Наконец, самые интересные наблюдения относятся к трем формам склерактиний рода Acropora, обитающим в Карибском море, которые описаны
в качестве трех самостоятельных видов. Они нерестятся одновременно и скрещиваются (Vollmer and Palumbi, 2002). Гибрид между A. cervicornis и A. palmata
описан как Acropora prolifera. Он способен к длительному бесполому размножению, сохраняет характерные черты строения и определенные экологические преимущества, обусловленные его гибридной конституцией. Судя по
палеонтологическим свидетельствам, оба родительских вида сожительствуют
уже очень давно, не менее 3.6 миллионов лет, но это не приводит к смешению
видовых геномов и размыванию морфологических отличий между видами.
Сколь значителен вклад в состав фауны кораллов появляющихся в результате регулярного скрещивания перманентных гибридов и других форм,
клонирующихся путем партеногенеза или иных механизмов (также возникших, по-видимому, в результате межвидовой гибридизации) — пока
остается неизвестным. О более изученных в этом отношении позвоночных
животных и членистоногих можно сказать, что однополо-женские и другие
демонстрирующие нарушение половой рекомбинации виды составляют небольшую часть их фауны. Зато среди цветковых растений положение, скорее,
противоположное — полиплоидные и диплоидные апомиктические виды
составляют здесь более половины, причем в приполярных и высокогорных
флорах доля их иногда поднимается до 80 и более процентов. «Зоофиты»,
как раньше именовались кораллы и прочие бентосные представители кишечнополостных, будучи прикрепленными организмами, покрывающими свои
энергетические потребности в основном за счет фотосинтеза симбиотических
Видовое разнообразие коралловых полипов…
117
водорослей, и по своим взаимоотношениям со средой обитания близки к растениям. Поэтому закономерности, выявленные на материале растений, весьма вероятно, могу появляться у них в большой мере.
Литература
Боркин Л. Я., Литвинчук С. Н., Розанов Ю. М., Скоринов Д. В. 2004. О криптических
видах (на примере амфибий) // Зоол. журн. Т. 83. № 8. С. 936-960.
Боркин Л. Я., Даревский И. С. 1980. Сетчатое (гибридогенное) видообразование у позвоночных // Журн. общ. биол. Т. 41. С. 485-506.
Грант В. 1984. Видообразование у растений. М.: Мир. 528 с.
Гребельный С. Д. 2008. Клонирование в природе. Роль остановки генетической рекомбинации в формировании фауны и флоры. СПб: ЗИН РАН. 287 с.
Майр Э. 1947. Систематика и происхождение видов. М.: Гос. изд-во иностранной литературы. 504 с.
Майр Э. 1968. Зоологический вид и эволюция. М.: Мир. 597 с.
Цвелев Н. Н. 2005. Проблемы теоретической морфологии и эволюции высших растений. М., СПб.: Товарищество научных изданий «КМК». 407 с.
Ayre D. J., Resing J. M. 1986. Sexual and asexual production of planulae in reef corals //
Marine Biology. Vol. 90. P. 187-190.
Ayre D. J. 1983. The effects of asexual reproduction and inter-genotypic aggression on the
genotypic structure of populations of the sea anemone Actinia tenebrosa // Oecologia.
Vol. 7. P. 158-165.
Black R., Johnson M. S. 1979. Asexual viviparity and population genetics of Actinia tenebrosa // Mar. Biol. Vol. 53. P. 27-31.
Chapman M. A., Burke J. M. 2007. Genetic divergence and hybrid speciation // Evolution.
Vol. 61. P. 1773-1780.
Darevsky I. S. 1992. Evolution and ecology of parthenogenesis in reptiles // Alder K. (ed.)
Herpetology: Current Research on the Biology of Amphibians and Reptiles. Proceedings
of the First World Congress of Herpetology. Society for the Study of Amphibians and
Reptiles. Oxford (Ohio). P. 21-39.
Dobzhansky Th. 1937 (1st. ed.) 364 p., 1941 (2nd ed.) 446 p., 1951 (3rd ed.) 364 p. Genetics
and the origin of species. N.Y.: Columbia University Press.
Mcfadden C.S ., Hutchinson M. B. 2004. Molecular evidence for the hybrid origin of species
in the soft coral genus Alcyonium (Cnidaria: Anthozoa: Octocorallia) // Molecular
Ecology. Vol. 13. P. 1495-1505.
Gallardo M.H., Kausel G., Jiménez A., Bacquet C., Ganzález C., Figueroa J., Köhler N., Ojeda R. 2004. Whole-genome duplications in South American desert rodents (Octodontidae) // Biol. Journ. Linn. Soc. Vol. 82. P. 443-451.
Orr J., Thorpe J. P., Carter M. A. 1982. Biochemical genetic confirmation of the asexual reproduction of brooded offspring in the sea anemone Actinia equina // Mar. Ecol. Prog.
Ser. Vol. 7. P. 227-229.
Riemann-Zürneck K. 1976. Reproductive biology, oogenesis and early development in
the brood-caring sea anemone Actinostola spetsbergensis (Anthozoa, Actiniaria) //
Halgoländer wiss. Meeresunters. Bd. 28. S. 239-249.
118
С. Д. Гребельный
Simon J. C., Delmotte F., Rispe C., Crease T. 2003. Phylogenetic relationships between
parthenogens and their sexual relatives: the possible routes to parthenogenesis in
animals // Biol. J. Linn. Soc. Vol. 79. P. 151-163.
Stoddart J. A. 1983. Asexual production of planulae in the coral Pocillopora damicornis //
Mar. Biol. Vol. 76. P. 279-284.
Tinsley R. C., Kobel H. R. (eds.). 1996. The biology of Xenopus // Symposia of the Zool. Soc.
of London. No 68. XXII + 440 p.
Vollmer S. V., Palumbi S. R. 2002. Hybridization in reef-building corals // Science. Vol. 296.
P. 2023-2025.
Willis B. L., Ayre D. J. 1985. Asexual reproduction and genetic determination of growth
form in the coral Pavona cactus: biochemical genetic and immunogenetic evidence //
Oecologia (Berlin). Vol. 65. P. 516-525.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
119
Происхождение мышечной системы
иглокожих
И. Ю. Долматов1
Институт биологии моря им. А. В. Жирмунского ДВО РАН, Владивосток, Россия,
Дальневосточный федеральный университет, Владивосток, Россия; e-mail: [email protected]
1
Мышечные системы современных животных отличается большим разнообразием. Они могут быть представлены как простыми миоэпителиями, так
и сложно устроенными органами, содержащими многоядерные мышечные
волокна и клетки-сателлиты. Наиболее примитивной и исходной формой
организации мышц являются группы миоэпителиальных клеток, входящие
в состав различных эпителиев (Rieger and Lombardi, 1987). Именно такое
строение имеет сократительная система Cnidaria. Миоэпителии встречаются и у многих современных групп животных, как беспозвоночных, так и позвоночных. Тем не менее, переходных форм от эпителия к обособленным
мышечным пучкам до сих пор не обнаружено и, соответственно, не понятно,
каким образом в эволюции возникла сложно устроенная мускулатура, состоящая из мышечных волокон и системы клеток-сателлитов, обеспечивающих
их обновление и рост.
Иглокожие представляют собой уникальную группу животных в плане
изучения эволюционной динамики тканей. В филогенезе Echinodermata
при формировании классов Echinoidea и Holothuroidea возникали новые,
отсутствующие у предковых форм, органы, в частности, Аристотелев фонарь морских ежей, продольные мышечные ленты и водные легкие голотурий. В этой связи сравнительные исследования морфологии и морфогенеза
мышц иглокожих могут помочь в понимании эволюционной динамики мышечной ткани животных. В настоящее время можно с уверенностью сказать,
что у представителей типа Echinodermata достаточно полно сохранились
многие этапы формирования сократительной системы, от миоэпителия до
объемных мышц, что отражается как в ее строении, так и в механизмах гистогенеза и роста. Вся висцеральная мускулатура этих животных представляет собой целомический эпителий, в состав которого входят эпителиальные
(перитонеальные) и миоэпителиальные клетки. Между ними располагаются
нервные клетки и их аксоны, формирующие эпителиальный нервный плексус. Миоэпителиальные клетки могут быть организованы различным образом, в результате чего образуются миоэпителии разной степени сложности.
В наиболее простом случае формируется однорядный эпителий, в котором
перитонеальные и миоэпителиальные клетки чередуются случайным образом. Такое строение имеет, например, эпителий, выстилающий полость
амбулакральной системы. Усложнение организации связано с тем, что миоэпителиальные клетки образуют группы и погружаются вглубь эпителия,
теряя связь с полостью тела. Они располагаются ближе к базальной мембране
между перитонеоцитами. Отростки миоэпителиальных клеток, группируясь
вместе и соединяясь десмосомами, формируют пучки продольной или поперечной мускулатуры различных внутренних органов — кишки, водных
120
И. Ю. Долматов
легких, гонады. Иннервация осуществляется нервными клетками плексуса,
которые располагаются в средней части целомического эпителия.
Также устроена и часть соматической мускулатуры (радиальные мышцы тела
голотурий, некоторые мышцы Аристотелева фонаря морских ежей, сократительная система органов амбулакральной системы). В то же время мышцы рук
морских лилий и офиур, некоторые мышцы Аристотелева фонаря и продольные мышечные ленты голотурий состоят из мышечных пучков (Stauber, 1993;
Garcia-Arraras and Dolmatov, 2010). Уникальной особенностью последних является то, что в их строении прослеживаются определенные эпителиальные
черты (Rieger and Lombardi, 1987). Каждый мышечный пучок этих животных
окружен базальной мембраной. Миоциты поляризованы, их базальные части
прикрепляются к базальной мембране с помощью полудесмосом, а апикальные расположены в центральной части пучка, где внеклеточный матрикс
отсутствует. Фактически, мышечный пучок иглокожих представляет собой
свернутый в трубку миоэпителий.
Анализ развития соматической мускулатуры в онтогенезе иглокожих показал, что мышечные пучки формируются из целомического эпителия (Долматов и Ивантей, 1993; Dolmatov et al., 2007). На ранних стадиях развития в некоторых соседних клетках целомического эпителия начинают формироваться
миофиламенты. Число последних постепенно увеличивается, в результате
чего образуются группы миоэпителиальных клеток. Такие клетки уплощаются, располагаясь у базальной мембраны под телами перитонеоцитов и теряя
связь с полостью тела. Затем группы миоэпителиальных клеток начинают
погружаться в подлежащую соединительную ткань вместе с базальной мембраной эпителия, формируя складки. В конечном итоге целомический эпителий полностью разделяется на лежащие на поверхности перитонеоциты и
погруженные в межклеточный матрикс миоэпителиальные клетки. Тем не
менее, на данном этапе сохраняется общая базальная мембрана. Этот процесс завершается полным отделением группы миоэпителиальных клеток от
целомического эпителия, в результате чего формируется обособленный мышечный пучок. Поскольку в целомическом эпителии уже на ранних этапах
развития присутствуют нервные клетки и их отростки, часть нейронов погружается вместе с миоэпителиальными клетками, входя в состав мышечного
пучка.
Сходные события происходят и при регенерации мышц у голотурий (Dolmatov and Ginanova, 2001; Garcia-Arraras and Dolmatov, 2010). В первые дни
после поперечного разрезания продольной мышечной ленты между оборванными концами мышц формируется соединительнотканное утолщение.
Одновременно с этим в месте повреждения миоэпителиальные и перитонеальные клетки целомического эпителия дедифференцируются и мигрируют по поверхности соединительной ткани, образуя раневой эпителий. Затем
группы клеток целомического эпителия начинают погружаться в соединительную ткань, формируя глубокие складки. В процессе погружения в цитоплазме клеток появляются миофиламенты, число которых постепенно возрастает. Затем складки отделяются от эпителия, в результате чего образуется
мышечный пучок.
Анализ данных по строению и морфогенезу сократительной системы
у иглокожих дает основание предположить следующую последовательность
Происхождение мышечной системы иглокожих
121
Рис. 1. Предполагаемая схема последовательных стадий (A-D) формирования мышечных пучков из целомического эпителия в филогенезе иглокожих. Стрелками показана базальная мембрана
мк — миоэпителиальная клетка; нк — нервная клетка; пк — перитонеальная клетка; ст — соединительная
ткань
формирования мышц в филогенезе этой группы животных. Исходной точкой этого процесса следует считать простой миоэпителий, состоящий из
невысоких перитонеальных и миоэпителиальных клеток, между которыми
располагаются нейроны и отростки нервного плексуса (рис. 1A). Очевидно,
что главной движущей силой эволюции сократительной системы является потребность в усилении функции. Поэтому первыми этапами была концентрация миоэпителиальных клеток в определенных местах организма и увеличение
в клетках количества миофиламентов. В результате этих процессов формировался характерный для иглокожих многорядный эпителий, состоящий из кластеров миоэпителиальных клеток, нервного плексуса и перитонеоцитов (рис.
1B). Бесконечная клеточная гипертрофия невозможна и следующим этапом
было возникновение складчатого эпителия, что еще больше увеличивало число
сократительных клеток на единицу площади (рис. 1C, D). Отделение складок
от эпителия и наращивание количества внеклеточного матрикса приводило
к полному погружению отдельной складки в соединительную ткань и формированию мышечного пучка (рис. 1E). Такое строение представляло большие
выгоды, поскольку превращало сократительную систему из двухмерной в трехмерную, в результате чего снимались количественные ограничения и увеличение числа мышечных пучков могло происходить, в принципе, до бесконечности. Большое количество соединительной ткани, окружающей каждый пучок,
122
И. Ю. Долматов
служило механическим каркасом всей мышцы как единой структуры. Нервные
клетки и их отростки, с самого начала находящиеся в целомическом эпителии,
автоматически входили в состав мышечного пучка.
В процессе эволюции мышц происходила дальнейшая специализация
мышечных клеток и они утратили способность к делению (Dolmatov and
Ginanova, 2001). В то же время клетки целомического эпителия сохранили
способность к дедифференцировке и пролиферации и стали служить источником миоцитов при различных морфогенетических процессах.
Работа выполнена при поддержке гранта Правительства России № 11.
G34.31.0010.
Литература
Долматов И. Ю., Ивантей В. А. 1993. Гистогенез продольных мышечных лент у голотурий // Онтогенез. Т. 24. № 6. C. 67–72.
Dolmatov I. Yu., Ginanova T. T. 2001. Regeneration in holothurians // Microscopy Research
and Technique. Vol. 55. P. 452–463.
Dolmatov I. Yu., Mashanov V. S., Zueva O. R. 2007. Derivation of muscles of the Aristotle’s
lantern from coelomic epithelia // Cell Tissue Res. Vol. 327. P. 371–384.
Garcia-Arraras J. E., Dolmatov I. Yu. 2010. Echinoderms: potential model systems for studies
on muscle regeneration // Current Pharmaceutical Design. Vol. 16. P. 942-955.
Rieger R. M., Lombardi J. 1987. Ultrastructure of coelomic lining in echinoderm podia: significance for concepts in the evolution of muscle and peritoneal cells // Zoomorphology.
Vol. 107. P. 191‑208.
Stauber M. 1993. The lantern of Aristotle: organization of its coelom and origin of its muscles
(Echinodermata, Echinoida) // Zoomorphology. Vol. 112. P. 137-151.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
12 3
Цилиогенез в эпидермисе турбеллярий —
сравнительное исследование
И. М. Дробышева1
1
Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
Ресничные эпителиальные клетки обладают уникальной способностью
генерировать сотни центриолей, которые трансформируются в базальные
тельца и инициируют образование аксонем. Цилиогенез – по существу очень
сходный процесс в различных типах мерцательных эпителиев у всех многоклеточных, хотя детальное изучение этого феномена обнаруживает заметные вариации, затрагивающие ультраструктуру (Dirsken, 1991; Hagiwara et al.,
2004; Dawe et al., 2007).Умножение центриолей во время цилиогенеза происходит двумя основными способами: центриолярным и ацентриолярным (Lemullois et al., 1988; Hagiwara et al., 2004; Dawe et al., 2007). В первом случае зрелая центриоль соприкасается с генерируемой ею дочерней процентриолью,
при ацентриолярном способе новые центриоли развиваются без контакта
с родительскими, но с участием предшествующих структур, не похожих на
центриоль.
Многоресничность покровов при отсутствии дополнительной центриоли
у базального тельца реснички рассматривается как одна из главных аутапоморфий филума Plathelminthes (Ehlers, 1985), однако сам процесс умножения
базальных телец и ресничек в эпидермисе у турбеллярий на электронномикроскопическом уровне исследован крайне слабо. Важность ультраструктурных признаков для внутренней филогении плоских червей не вызывает
сомнения (Ehlers, 1985; Rieger, 1981); более того, установлено, что особые свойства ресничек у Metazoa имеют значение для систематики (Tyler, 1979). В связи с этим возникает вопрос, могут ли быть морфологические аспекты центриоле- и цилиогенеза у Plathelminthes таксономически значимыми? Данная
работа представляет результаты сравнительного исследования морфогенеза
ресничек у представителей семи таксонов ресничных червей на основании
собственных и литературных данных.
Электронно-микроскопические наблюдения по генезису центриолей
в мерцательном эпидермисе турбеллярий свидетельствуют о заметном разнообразии способов генерации будущих базальных телец как внутри вида,
так и среди таксонов. У эмбрионов Archaphanostoma sp. (Acoela, Acoelomorpha)
центриолегенез происходит и классическим, и аберрантным (для Bilateria)
центриолярным способом (Tyler, 1984): процентриоли возникают не только
на центриолях и базальных тельцах, но и на корешках уже установленных
на поверхности тела ресничек. Ранний генезис центриолей — будущих базальных телец — был показан у Rhynchoscolex simplex (Catenulida) (Ehlers, 1992).
У этого вида мультипликация центриолей начинается в М-фазе во время митоза интраэпидермальных стволовых клеток: обе диплосомальные центриоли окружаются множеством процентриолей, сосредоточенных в облачках
центросомального материала на полюсах веретена деления (Ehlers, 1992). Никаких центриолярных предшественников не обнаружено во время развития
124
И. М. Дробышева
Рис. 1. A, B, C — Friedmaniella sp. Фрагменты эпидермиса. D, E, F — Geocentrophora wagini.
Фрагменты эпителиальной пластинки (D, E) и цитона (F). Масштаб: 0.5 мкм
аГ — аппарат Гольджи; бм — базальная мембрана; м — митохондрия; пц — процентриоль; фг — фиброзные гранулы; фс — филаментозное скопление; ц — центриоль; шер — шероховатый эндоплазматический
ретикулум
ресничек у эмбрионов и вылупленцев Macrostomum histricinum (Macrostomida),
где процентриоли производятся «de novo» и центриолярным путем (Tyler,
1981). Между тем в дифференцирующихся эпидермальных клетках у эмбрионов и взрослых Syndesmis echinorum и Paravortex cardii (Rhabdocoela) одновременно сочетаются центриолярный и ацентриолярный способы умножения
центриолей, причем последний явно преобладает, а структуры-предшественники центриолей и аксонем представлены кластерами плотных гранул
(Сifrian et al., 1992).
Ультраструктурное исследование центриолегенеза в эпидермальных
клетках половозрелых турбеллярий Friedmaniella sp. (Prolecithophora), Geocentrophora wagini и Geocentrophora intersticialis (Lecithoepitheliata) показало, что
мультипликация центриолей происходит ацентриолярным путем, однако
морфологические предшественники центриолей у пролецитофоры и лецитоэпителиат различны (Дробышева, 1996, 2006; Drobysheva, 2010). У Friedmaniella sp. каждая центриоль формируется в индивидуальном филаментозном
скоплении — безмембранной структуре (200–300 нм в диаметре) из спрессованных филаментов (Рис. 1A, B, C). У G. wagini центриоли возникают внутри или вблизи кластеров мелких (50–80 нм) фиброзных гранул, произвольно разбросанных по всей цитоплазме погруженной эпидермальной клетки
(Рис. 1D, E, F). Крупные кластеры состоят из десятков фиброзных гранул,
мелкие кластеры могут соседствовать с процентриолями (рис. 1F). Кластер
из не менее 70 фиброзных гранул обнаружен в цитоне у G. intersticialis. Изредка разрозненные фиброзные гранулы присутствуют вблизи центриолей
и процентриолей как в цитонах, так и в эпидермальных пластинках у обоих
исследованных видов геоцентрофор. Для Lecithoepitheliata также не исключена вероятность возникновения центриолей» «de novo».
В цилиогенетических клетках у турбеллярий инициация сборки аксонем на центриолях происходит на разных стадиях морфогенеза ресничек.
Цилиогенез в эпидермисе турбеллярий…
12 5
В эктодермальных бластомерах Archaphanostoma sp. развитие аксонемы возможно как внутри цитоплазмы, так и после стыковки базального тельца
с апикальной мембраной клетки (Tyler, 1984). У M. hystricinum на свободных
центриолях в цитоплазме возникает только зачаток аксонемы, ее рост наблюдается уже после прикрепления базального тельца к апикальной мембране
(Tyler, 1981). У S. echinorum и P. cardii (Cifrian et al., 1992) центриоли инициируют развитие относительно длинных аксонем всегда внутри клетки, тогда
как у Friedmaniella sp. и G. wagini аксонемальная сборка может иметь место как
в цитоплазме, так и после стыковки свободных базальных телец с апикальной
мембраной (Drobysheva, 2010). В эпидермисе G. intersticialis реснички начинают формироваться вслед за сцеплением базальных телец с поверхностью
клетки, причем перед этим событием базальное тельце должно прикрепиться
к мембранному пузырьку (Drobysheva, 2010).
Согласно предварительным данным, в терминально дифференцированных эпидермальных клетках ювенилов Notoplana humilis (Polycladida) найдены свободные центриоли: одиночные и, реже, группами от 2 до 5 органелл.
Группы из неравновеликих и тесно расположенных центриолей позволяют
предполагать центриолярный способ их репликации. Характерные кластеры фиброзных гранул не обнаружены, однако в нескольких случаях вблизи
центриолей были отмечены мелкие электронно-плотные образования, напоминающие фиброзные гранулы. По-видимому, у юных N. humilis центриоли формируются преимущественно «de novo», из растворенных в цитозоле
молекулярных предшественников, крайне редко оформленных в виде фиброзных структур. С появлением корешков центриоль стыкуется с апикальной мембраной клетки, вслед затем происходит сборка собственно аксонемы
реснички.
Представленные свидетельства наводят на мысль о том, что из всех аспектов морфогенеза ресничек именно способ умножения центриолей и ультраструктура центриолярных предшественников в перспективе могли бы
использоваться в качестве значимых признаков при реконструкции филогенетических связей внутри Plathelminthes. Так например, фиброзные гранулы
G. wagini and G. intersticialis (Lecithoepitheliata) морфологически идентичны
плотным гранулам в дифференцирующихся эпидермальных клетках Syndesmis echinorum и Paravortex cardii (Rhabdocoela) (Сifrian et al., 1992). Эта общая
черта в морфогенезе ресничек могла бы поддерживать объединение Lecithoepitheliata и Rhabdocoela в единую монофилетическую группу (Baguñà and
Riutort, 2004). В свою очередь предполагаемые фиброзные гранулы у N. humilis сближают Polycladida с высшими турбелляриями. Еще один повод рассматривать характеристики цилиогенеза как филогенетически значимые —
ацентриолярный способ центриолегенеза, наблюдаемый в неоофорных
таксонах Lecithoepitheliata, Rhabdocoela и Prolecithophora и, вероятно, отсутствующий в архаичных группах Acoela, Catenulida и Macrostomida. Насколько в действительности многообразие способов цилиогенеза у плоских червей
соответствует филогенетическим отношениям в пределах филума – предстоит выяснить в будущем: для строгих выводов необходимы новые данные по
морфогенезу ресничек не только в таксонах, оставшихся не исследованными,
но и на разных стадиях онтогенеза у видов внутри отдельных таксонов.
126
И. М. Дробышева
Литература
Дробышева И. М. 1996. Ацентриолярный способ образования базальных телец в эпидермисе Friedmaniella sp. (Prolecithophora, Plathelminthes) // Докл. РАН. Т. 346. № 3.
С. 415-418.
Дробышева И. М. 2006. Центриолегенез в погруженном эпидермисе Geocentrophora
wagini (Lecithoepitheliata, Plathelminthes) // Докл. РАН. Т. 409. № 3. C. 415-418.
Сifrian B., García-Corrales P., Martínez-Alos S. 1992. Intracytoplasmic ciliary elements in
epidermal cells of Syndesmis echinorum and Paravortex cardii (Platyhelminthes, Dalyellioida) // J. Morph. Vol. 213. P. 147-157.
Dawe H. R., Farr H., Gull K. 2007. Centriole/basal body morphogenesis and migration during ciliogenesis in animal cells // J. Cell Sci. Vol. 120. P. 7-15.
Dirksen E. R. 1991. Centriole and basal body formation during ciliogenesis revisited // Biol.
Cell. Vol. 72. P. 31-38.
Drobysheva I. M. 2010. Replication of basal bodies during ciliogenesis in the epidermis
of Prolecithophora and Lecithoepitheliata (Plathelminthes) // Belg. J. Zool. Vol. 140
(Suppl.). P. 127-131.
Ehlers U. 1985. Das Phylogenetische System der Plathelminthes. Stuttgart, N.Y.: Gustav
Fischer Verlag. 317 s.
Ehlers U. 1992. No mitosis of differentiated epidermal cells in the Plathelminthes: mitosis
of intraepidermal stem cells in Rhynchoscolex simplex Leidy, 1851 (Catenulida) // Microfauna Mar. Vol. 7. P. 311-321.
Hagiwara H., Ohwada N., Takata K. 2004. Cell biology of normal and abnormal ciliogenesis
in the ciliated epithelium // Int. Rev. Cytol. Vol. 234. P. 101-141.
Lemullois M., Boisvieux-Ulrich E., Laine M. C., Chailley B., Sandoz D. 1988. Development
and functions of the cytoskeleton during ciliogenesis in metazoa // Biol. Cell. Vol. 63.
P. 195-208.
Rieger R. M. 1981. Morphology of the Turbellaria at the ultrastructural level // Hydrobiologia.
Vol. 84. P. 213-229.
Tyler S. 1979. Distinctive features of cilia in metazoans and their significance for systematics // Tissue Cell. Vol. 11. P. 385-400.
Tyler S. 1981. Development of cilia in embryos of the turbellarian Macrostomum // Hydrobiologia. Vol. 84. P. 231-239.
Tyler S. 1984. Ciliogenesis in Embryos of the Acoel Turbellarian Archaphanostoma // Trans.
Am. Microsc. Soc. Vol. 103. P. 1-15.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
127
Парадоксы функциональной морфологии
желудочных «зубов» яванского панголина
(Manis javanica Desmarest, 1822, Pholidota, Mammalia)
Т. П. Евгеньева1
1
Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН, Москва, Россия;
e-mail: [email protected]
Целью данного исследования было описание микроструктуры поверхности особых образований в желудке яванского панголина — так называемых
«зубов» (Grassé, 1955) или «аппарата для перетирания пищи» (Соколов, 1973).
Эти структуры расположены в пилорической части желудка на входе в двенадцатиперстную кишку. Следует отметить, что пища этих животных состоит исключительно из муравьев и термитов. Панголины захватывают пищу
длинным языком и отправляют ее в рот. В ротовой полости панголинов зубы
обычного строения полностью отсутствуют и пища, смачиваемая слюной,
сразу поступает в желудок. Особенности строения ротовой полости панголинов вызвали образование компенсаторных структур в их желудке — так
называемых «зубов», которые, как принято считать, участвуют в перетирании
пищи (Брем, 1912).
У яванского панголина этот аппарат для перетирания пищи представляет собой пару довольно крупных конусообразных образований (высотой
13 мм и шириной 8.5 мм). При исследовании этих зубовидных образований
в электронном сканирующим микроскопе можно видеть, что их поверхность
покрыта плотным слоем микроворсинок (рис. 1). По своему строению микроворсики можно подразделить на
два типа. Основная масса микроворсинок имеет уплощенную лопатообразную форму. Основание
ворсинок более толстое по сравнению с краевой зоной. Эти ворсинки чаще располагаются в один
ряд, но иногда своими концевыми
отделами они могут налегать друг
на друга. Длина ворсинок примерно в два раза превышает их
ширину. Важно отметить, что эти
ворсинки, по-видимому, могут
двигаться не только как целостная структура, они могут волнообразно изгибаться в продольном
направлении (рис. 2).
Рис. 1. Общий вид поверхности желудочного
Ворсинки второго типа встреча«зуба» панголина
ются достаточно редко — примерно
128
Т. П. Евгеньева
Рис. 2. Микроворсинка второго
типа
Рис. 3. Поверхность ворсинок первого типа
одна ворсинка на десять ворсинок первого типа. Эти ворсинки приблизительно в четыре раза короче ворсинок первого типа. Форма ворсинок конусовидная с заостренной вершиной и широким основанием, что обеспечивает
прочность конструкции. Основание ворсинки уходит вглубь самого «зуба» и
ворсинка сидит как бы в воротнике из соединительной ткани в ее основании
(рис. 2).
Анализ взаимоотношений ворсинок разного строения показывает, что
хотя они могут иметь общее крепление на поверхности тела «зуба», функция
у них разная. Ворсинки с остроконечными вершинами способствуют удержанию крупных частиц пищи на выходе из желудка в кишечник. Тонкие
лопатообразные ворсинки служат для транспортирования уже измельченной
пищи в двенадцатиперстную кишку.
Сама поверхность ворсинок покрыта плоскими эпителиальными клетками
полигональной формы, способными к слущиванию (рис. 3). Парадоксальность ситуации заключается в том, что такой тип ороговения свойственен
кератоцитам покровного эпителия эктодермального происхождения. Эпителий энтодермального происхождения, которым выстлана поверхность желудка млекопитающих, способен к слущиванию лишь при выполнении его
клетками особых функций, связанных в частности, с механической переработкой в желудке грубой пищи (Шубникова, 1996).
Таким образом, желудочные «зубы» панголина служат не только для
механического перетирания пищи, выполняя (компенсаторно) функцию
Парадоксы функциональной морфологии желудочных «зубов»… 129
отсутствующей настоящей зубной системы. Присутствие на поверхности желудочных «зубов» панголина системы ворсинок свидетельствует, по нашему
мнению, о приобретении этой структурой новой функции — продвижения
пищи из желудка в кишечник. Эту дополнительную функцию «зубов», которая обеспечивается системой микроворсинок, можно рассматривать как
идиоадаптацию по Северцову (Северцов, 1949).
Литература
Бремъ А. 1912. Жизнь животныхъ. Т. 10. Млекопитающiя. Санкт-Петербургъ: Русское
книжное товарищество «Деятель». 752 с.
Северцов А. Н. 1949. Морфологические закономерности эволюции. Собрание соч. Т. 5.
М., Л.: АН СССР. 536 с.
Соколов В. Е. 1973. Систематика млекопитающих. М.: Высшая школа. 430 с.
Шубникова Е. А. 1996. Эпителиальные ткани. М.: МГУ. 256 с.
Grassé P. P. 1955. Traite de zoologie. Anatomie, systematique, biologie. Tome XYII. Fascicule II. Paris: Masson. P. 1267–1282.
130
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Основные этапы развития лигулид Ligula intestinalis и Digramma interrupta во втором
промежуточном хозяине (экспериментальное
заражение)
А. В. Евтушенко1, В. В. Корнюшин2
ННЦ Институт экспериментальной и клинической ветеринарной медицины УААН,
Харьков, Украина; e-mail: [email protected] (А. В. Евтушенко)
2
Институт зоологии им. И. И. Шмальгаузена НАН Украины, Киев, Украина;
e-mail: [email protected] (В. В. Корнюшин)
1
Лигулы, особенно Ligula intestinalis (L., 1758) и Digramma interrupta (Rud.,
1810), как возбудители массовых тяжелых заболеваний промысловых пресноводных рыб, всегда привлекали внимание паразитологов. Большое число
работ посвящено изучению биологии этих цестод, хорошо изучен их жизненный цикл. Немало проведено экспериментальных исследований по воспроизводству жизненного цикла лигулид в целом или отдельных его этапов,
проходящих во внешней среде, в первых (копеподы) или во вторых (рыбы)
промежуточных хозяевах, в окончательных хозяевах (птицах) или in vitro в лабораторных условиях (Дубинина, 1953, 1957, 1959 и др.). Все сведения, накопившиеся к середине шестидесятых годов, были обобщены Марией Николаевной Дубининой в фундаментальной монографии «Ремнецы фауны СССР»
(1966). Особенно детально изучалось развитие плероцеркоидов в организме
рыб, взаимоотношения в системе паразит–хозяин на этом этапе жизненного
цикла, специфичность лигул ко вторым промежуточным хозяевам, патогенез,
клиника, эпизоотология лигулидозов рыб, другие аспекты. Проводились такие исследования и в Украине (Стражник, 1982; Давыдов и Куровская, 1991;
Євтушенко, 2003а, б и др.).
Однако некоторые детали паразитирования лигулид в организме рыб
остаются неясными. Так, не выяснено, какие участки стенки желудочно-кишечного тракта процеркоиды предпочитают для проникновения в полость
тела хозяина, не изучены пути миграции и локализация их на самых ранних
стадиях развития, сроки развития плероцеркоидов до инвазионной для окончательного хозяина стадии, их зависимость от вида рыбы-хозяина и условий
среды второго порядка, некоторые другие аспекты. Все это определяет актуальность продолжения исследований по биологии лигулид.
Одним из авторов, А. В. Евтушенко, было проведено ряд экспериментов
по воспроизведению жизненного цикла лигулид в лабораторных условиях.
В настоящей работе обсуждаются их результаты.
Материал и методы: В эксперименте были задействованы сеголетки белого
амура (Ctenopharyngodon idella) и пестрого толстолобика (Arystichthys nobilis) —
по 18 особей рыб каждого вида. Было сформировано четыре подопытные
группы по 9 особей рыб одного вида, которые содержались в отдельных аквариумах в лаборатории при температуре 18-22 °С.
Основные этапы развития лигулид…
131
Для заражения рыб использовались выращенные в культуре циклопы
Acanthocyclops americanus, предварительно зараженные корацидиями, полученными при инкубации яиц лигулид определенного вида из фекалий экспериментально зараженных утят. При этом отбирались циклопы, содержащие инвазионные процеркоиды. Одна группа рыб каждого вида заражалась
L. intestinalis, другая — D. interrupta. Вскрытие подопытных рыб проводили на
7-е, 15-е и 30-е сутки, по три особи из каждой группы.
Результаты экспериментов и их обсуждение: Плероцеркоиды L. intestinalis развились у 100% зараженных белых амуров и у 33.3% пестрых толстолобиков.
Плероцеркоиды D. interrupta обнаружены только у пестрых толстолобиков,
экстенсивность инвазии (ЭИ) — 66.7%; белые амуры этим видом лигулид не
заразились. Отмечено уменьшение интенсивности инвазии (ИИ) по мере удлинения эксперимента. Наименее выражена эта тенденция у белого амура
при заражении L. intestinalis. Интенсивность инвазии рыб, исследованных на
7-е сутки, составила в среднем 5.3 ± 0.3 экз. плероцеркоидов (максимально до
6 экз.), а на 30-е сутки – 4.0 ± 1.0 экз. (максимально до 5 экз.). В то же время
у пестрого толстолобика на 7-е сутки эксперимента интенсивность инвазии
L. intestinalis достигала 4.0 ± 2.0 экз. (максимально 6 экз.), а на 30-е сутки —
2 экз. У толстолобиков, которые заражались D. interrupta, ИИ уменьшилась
с 5.5 ± 1.5 экз. (максимально 7 экз.) на 7-е сутки до 2.5 ± 0.5 экз. (максимально
до 3 экз.). Белый амур, как отмечалось, D. interrupta не заразился; у рыб вскрытых на 30-е сутки, найдено 2 погибших плероцеркоида. В ходе этого эксперимента установлено, что у рыб, вскрытых на 7-е сутки после заражения, все
личинки локализовались в паренхиме печени. У рыб, исследованных на 15-е
сутки эксперимента, в печени еще оставалось 77.1% плероцеркоидов, а на 30-е
сутки — лишь 23.5% личинок. Большинство плероцеркоидов к этому времени
мигрировали в полость тела рыб.
Дубинина (1966) рассматривает регистрацию плероцеркоидов лигулид
в печени рыб как случайную локализацию. Наши данные позволяют считать,
что период пребывания формирующихся плероцеркоидов в печени рыбы
является обязательным начальным этапом развития плероцеркоидов лигулид в организме второго промежуточного хозяина, по крайней мере, у неоптимальных для их развития видов рыб. При исследовании сеголеток лещей
из природных водоемов в печени мы также находили личинок лигулид на
начальных этапах развития (массой до 0.3 г.) Известно, что проникшие в полость тела процеркоиды Diphillobothrium latum (L., 1758) также концентрируется в печени и лишь позднее развивающиеся плероцеркоиды мигрируют
в мышцы или другие органы, где развиваются до инвазионной стадии (Куперман, 1973).
Отмеченные выше результаты могут свидетельствовать о частичной элиминации плероцеркоидов на ранних стадиях развития в рыбе и приведении
числа развивающихся личинок в соответствии с оптимальной «емкостью»
конкретной системы «паразит-хозяин». «Емкость» в свою очередь определяется степенью специфичности конкретного вида лигулид к определенному
виду рыб. Возможно, элиминация происходит в период паразитирования
плероцеркоидов в паренхиме печени, так как в полости тела погибших плероцеркоидов не обнаруживали.
132
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Считается, что растительноядные рыбы, завезенные в Европу из бассейна
Амура, не являются оптимальными вторыми промежуточными хозяевами
L. intestinalis и D. interrupta (Щербань, 1989; Рыжиков и Дмитриев, 2001). Лигулез белого амура отмечен нами в Лиманском хозяйстве на водоеме-охладителе Змиевской ТЭС (до 32.1%) и в прудах Печенежского рыбоводного хозяйства
(5.2–26.1% в разные сезоны). Эксперименты по заражению окончательных
хозяев (утят) показали, что плероцеркоиды L. intestinalis способны достигать
инвазионной стадии в организме белых амуров (Євтушенко 2003б). В этом
эксперименте были использованы плероцеркоиды массой 3 г из естественно
зараженных сеголеток белого амура возрастом около 5 месяцев. Все четыре
утенка заразились, яйца в фекалиях обнаруживались в течение 8 часов (с 58 до
66 часа от момента заражения). Возраст использованных в этом эксперименте
плероцеркоидов может быть оценен приблизительно как 4 месяца, так как
мальки белого амура переходят к активному питанию планктоном в двухнедельном возрасте. Следовательно, при определенных условиях в естественном водоеме для достижения инвазионной для окончательного хозяина
стадии развития плероцеркоидов L. intestinalis может быть достаточно 4–4.5
месяцев паразитирования во втором промежуточном хозяине.
Выводы: (1) Результаты проведенных экспериментов свидетельствуют о том,
что белый амур может рассматриваться как оптимальный второй промежуточный хозяин L. intestinalis, а пестрый толстолобик — менее подходящий
хозяин для этих цестод. В то же время пестрый толстолобик обеспечивает
хорошие условия для развития плероцеркоидов D. interrupta, а белый амур не
заразился этим видом лигулид. (2) На начальных этапах развития в организме
этих видов рыб все плероцеркоиды лигулид локализуются в печени хозяина.
Затем они постепенно мигрируют в полость тела рыбы, и к концу эксперимента (на 30-е сутки) в печени остается лишь небольшая часть плероцеркоидов. (3) Отмечена тенденция уменьшения интенсивности инвазии рыб по
мере удлинения сроков эксперимента с 7 до 30 дней, более четко выраженная
у неоптимальных хозяев (снижение в 2 раза). По-видимому, происходит частичная элиминация паразитов на ранних этапах развития, протекающих
в печени рыбы, обусловленная необходимостью оптимизации численности
плероцеркоидов, развивающихся до инвазионной стадии в данном конкретном хозяине. (4) При определенных условиях в водоеме плероцеркоиды могут достигать инвазионной для окончательного хозяина стадии в рыбах-сеголетках в течение первого теплого сезона, для этого может быть достаточно
4–4.5 месяцев.
Литература
Давыдов О. Н., Куровская Л. Я. 1991. Паразито-хозяинные отношения при цестодозах
рыб. Киев: Наук. думка. 169 с.
Дубинина М. Н. 1950. Новые данные по морфологии и биологии представителей рода
Ligula // Зоол. журн. Т. 29. № 5. С. 417–426.
Дубинина М. Н. 1953. Специфичность у ремнецов на разных фазах их жизненного
цикла // Паразитол. сб. Зоол. инст. АН СССР. Т. 15. С. 234–251.
Основные этапы развития лигулид…
133
Дубинина М.Н. 1957. Современное состояние изучения ремнецов фауны СССР //
Паразитол. сб. Зоол. инст. АН СССР. Т. 17. С. 251–276.
Дубинина М. Н. 1959. Новый вид ремнеца — Ligula pavlovskii sp.n. из звездчатой пуголовки — Bentophilus stellatus Sauvage (Gobiidae) // Зоол. журн. Т. 38. № 3. С. 378–384.
Дубинина М. Н. 1966. Ремнецы фауны СССР. М., Л.: Наука. 261 с.
Євтушенко А. В. 2003а. Особливості дозрівання плероцеркоїдів лігулід та динаміки
виділення яєць статевозрілими гельмінтами // Вет. медицина: Міжвід. тематич.
наук. зб. Харків. Вип. 81. С. 126–129.
Євтушенко А. В. 2003б. Лігулідози риб (епізоотологія, біологія збудників, патогенез,
розробка заходів боротьби. Автореф. дис. канд. біол. наук. Харків. 20 с.
Куперман Б. И. 1973. Ленточные черви рода Triaenophorus — паразиты рыб. Л: Наука.
208 c.
Рыжиков А. И., Дмитриев В. Л. 2001. Лигулез пестрого толстолобика в прудах юга
Украины // Проблемы ихтиопатологии в Матер. І Всеукр. конф., м. Київ. С. 98–100.
Стражник Л. В. 1982. Влияние повышенных температур на сроки развития и продолжительность жизни некоторых лентецов рыб // Паразиты и паразитозы человека
и животных. Киев. С. 204–213.
Щербань Н. П. 1989. Лигулез у белых амуров // Рыбоводство и рыболовство. № 2.
С. 54–55.
134
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Морфо-функциональные характеристики
желточного синцитиального слоя в развитии
Danio rerio (Teleostei)
В. И. Ефремов1, Е. А. Кондакова2
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия;
e-mail: [email protected] (В. И. Ефремов)
2
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия;
e-mail: [email protected] (Е. А. Кондакова)
1
Характер дробления оказывает такое глубокое влияние на дальнейшие
морфогенетические процессы эмбриогенеза, что можно говорить о голобластическом и меробластическом типе развития, причем модус дробления,
по-видимому, определяется не столько количеством желтка в яйцеклетке,
сколько его размещением и распределением (в цитоплазме или обособленно
от нее) (Иванова-Казас, 1995; Соин, 1981). Эволюционный переход от голобластического развития к меробластическому в эволюции хордовых совершался
независимо 5 раз — в линиях, ведущих к миксинам, хрящевым рыбам, кистеперым рыбам, костистым рыбам и амниотам (Colazzo et al., 1994), и у некоторых беспозвоночных, в частности, у головоногих моллюсков и скорпионов.
Для утилизации желтка в яйцах, в которых он обособлен от ооплазмы, требуется развитие специализированной провизорной структуры, желточного
мешка, внутренняя выстилка которого может быть представлена клеточной
внезародышевой энтодермой и/или желточным синцитиальным слоем (перибластом). Среди беспозвоночных желточный синцитиальный слой (ЖСС)
имеется у кл. Cephalopoda; у позвоночных такая структура представлена
у п/кл. Myxinoidea, п/кл. Elasmobranchii, и/о. Teleostei и отд. Ginglymodi
(o. Lepisosteiformes) (классификация по Иванову и Черепанову, 2007; Long
and Ballard, 2001). Все эти независимо возникшие образования во многом
сходны: они выполняют функции, связанные с резорбцией желтка и/или
транспортом веществ, содержащихся в желтке, участвуют в обрастании желтка. Они содержат очень крупные, полиморфные ядра, которые, по крайней
мере, у головоногих моллюсков, костистых и хрящевых рыб могут иметь
сложную лопастную форму. Образование и морфо-функциональная организация ЖСС многих костистых рыб и головоногих моллюсков обнаруживает
значительное сходство. В то же время у пластиножаберных в состав желточного мешка наряду с перибластом входит внезародышевая энтодерма (Hamlett, 1987), что, возможно, обусловливает специфику организации у них этой
структуры. Данные о строении и функционировании ЖСС во всех этих группах, в том числе и у костистых рыб, изученных более подробно, фрагментарны. Описаны различия организации перибласта в развитии представителей
отдельных групп Teleostei, но пока ничего нельзя сказать о значении тех или
иных его особенностей. О паттернах экспрессии многих генов в ЖСС известно значительно больше, чем об их специфических функциях и механизмах
регуляции. Крайне мало сведений о способах деградации ЖСС.
Морфо-функциональные характеристики…
135
У большинства изученных видов Teleostei ЖСС формируется из материала краевых бластомеров и выполняет морфогенетическую и трофическую
функции, а также активно участвует в эпиболии (см. обзор: Carvalho and
Heisenberg, 2010) Кроме того, это место синтеза веществ, вовлеченных в реакции врожденного иммунитета (Huttenhuis et al., 2006).
У такого востребованного объекта биологии развития как Danio rerio изучается преимущественно участие ЖСС в молекулярно-генетической организации процессов развития, при этом рассматриваются главным образом ранние
стадии. Морфо-функциональная организация ЖСС у этого вида в личиночном периоде и механизм деградации его не охарактеризованы. Цель нашей
работы — прослеживание некоторых структурно-функциональных характеристик перибласта на стадиях, когда он входит в состав стенки желточного
мешка со стадии хвостовой почки и установление возможных механизмов
его гибели. При исследовании использовались гистологические и гистохимические методы (окраска гематоксилином Майера или гематоксилином Карраччи с эритрозином, а также железным гематоксилином по Гейденгайну
и выявление гликогена по методу Бауэра и по методу Беста). Стадирование
проводилось по Kimmel et al. (1995).
На всех рассмотренных стадиях полиморфные ядра, сильно различающиеся по размеру, от маленьких (мельче диплоидных ядер) до гигантских (крупнее целых клеток) в основном сосредоточены в утолщенных областях ЖСС.
Они могут быть округлыми, овальными, веретеновидными, продолговатыми,
каплевидными, куполообразными и неправильной формы. Последние представлены ядрами, разделенными с одной стороны надвое или натрое, или
«фестончатыми» с одной своей стороны ядрами с тремя и четырьмя лопастями. Встречаются также сильно изогнутые ядра и ядра с перетяжками. Они
располагаются как поодиночке, так и группами (парами, тройками, скоплениями), в пределах группы — как на некотором расстоянии друг от друга, так
и тесно друг к другу. Присутствие сдвоенных и лопастных ядер, а так же ядер,
расположенных вплотную друг к другу (причем поверхности их соприкосновения выглядят плоскими), указывают на возможность прямого деления. Но
вопрос о фрагментации и амитозе гигантских ядер ЖСС по-прежнему нуждается в специальной проработке. Интересно, что некоторые из ядер ЖСС
D. rerio напоминают ядра гигантских клеток трофобласта млекопитающих,
действительно претерпевающие фрагментацию в ходе своего нормального
функционирования (Zybina and Zybina, 2008).
В период фарингулы (стадии Prim16, Prim22) и выклева (стадии Pec-fin
и стадия выступающего рта), а также в начале личиночного периода (4 дня
после оплодотворения) ЖСС в разных участках различается по толщине слоя
цитоплазмы, но уже в период выклева эти различия менее выражены. Толщина ЖСС максимальна в задней области шаровидной части желточного мешка
вентрально и вентролатерально и в вентральной области вытянутой части
желточного мешка. Дорсальная часть ЖСС в целом тонкая, в особенности
в передней медиальной части. Ядра здесь немногочисленные и, видимо, плоские (на гистологических срезах выглядят длинными) и также расположены
поодиночке или группами. Спереди ЖСС тонкий, особенно на стадиях периода фарингулы, затем несколько утолщается. Ядра здесь сравнительно небольшие. На стадиях периода фарингулы в дорсолатеральных и латеральных
136
В. И. Ефремов, Е. А. Кондакова
частях ЖСС ядра преимущественно одиночные среднего и умеренно крупного размера, круглые, овальные и продолговатые; встречаются ядра несколько неправильной формы.
Диффузное окрашивание при гистохимическом выявлении гликогена
свидетельствует о присутствии β-частиц гликогена в зоне ЖСС, обращенной
к желтку. Регионализация ЖСС по концентрации частиц гликогена, вероятно, может свидетельствовать о подразделении ЖСС на зону лизиса желтка
и цитоплазматическую зону, как у некоторых других видов рыб, включая
Salmo fario trutta (Walzer and Schönenberger, 1979). Кроме того, позитивная реакция на гликоген выявляется на краях желточных пластинок, примыкающих к перибласту. Как и у ручьевой форели имеется два типа пластинок:
округлые и пластинки неправильной формы, заключенные между округлыми пластинками (Walzer and Schönenberger, 1979). Разница по интенсивности окрашивания свидетельствует о различии некоторых химических свойств
желточных пластинок в центре и на периферии, где они подвергаются действию ферментов. Эти слабо красящиеся желточные пластинки дольше всего
сохраняются неассимилированными в ЖСС личинки. Механизм поглощения
желточных пластинок в точности не известен, но, как считают Walzer and
Schönenberger (1979), это — не фагоцитоз и не пиноцитоз.
В период наибольшей активности ЖСС смещается к правой стороне тела.
Он утолщается, прежде всего, спереди и дорсолатерально. В каудальной
области, где желток полностью отсутствует, внутренние поверхности ЖСС
смыкаются. В передней части ЖСС содержатся скопления полиморфных
ядер разного размера, в том числе сложной формы. Наиболее крупные ядра
располагаются каудально. Цитоплазма ЖСС содержит желточные включения разного размера, красящиеся с разной степенью интенсивности, а также
мелкие вакуоли, и выглядит на срезах рыхлой или ячеистой. В некоторых
случаях при окрашивании железным гематоксилином выявляется специфическая структура, состоящая, предположительно, из массива фибрилл,
ориентированных параллельно стенке ЖСС, наиболее заметная в передней
области. Дорсальная область, особенно ее срединная часть как по переднезадней, так по медиолатеральной оси, бедна ядрами. Такой характер распределения ядер сохраняется до самого конца существования ЖСС. Когда
запас желтка полностью израсходован, ЖСС, расположенный между кишкой
и покровами, имеет форму языка. В остатке ЖСС мы никогда не видели пикнотических ядер. Если ядра ЖСС Danio rerio действительно не претерпевают
пикнотическое перерождение, то это может говорить о некотором различии
механизмов деградации ЖСС D. rerio и радужной форели (Salmo fario trutta),
в дегенерирующем ЖСС личинок которой Walzer and Schönenberger (1979)
описали пикнотические ядра.
У личинок в возрасте 6, 7 и 8 дней между кишкой и покровными структурами присутствуют крупные клетки с единственной фаголизосомой, занимающей почти весь объем клетки. Подобные картины наблюдаются при
резорбции ЖСС у Sparus aurata, и предполагается что эти клетки — фагоциты,
утилизирующие остатки ЖСС (Mani-Ponset et al., 1996). Мы также предполагаем, что в деградации ЖСС Danio rerio участвуют фагоциты. У особей с сохранившимся крупным фрагментом передней части ЖСС позади него можно
видеть скопление таких клеток. Некоторое их число располагается медиально
Морфо-функциональные характеристики…
137
и ближе к печени, а также между печенью и стенкой кишки. Природу этих
фагоцитов (являются ли они профессиональными или непрофессиональными) еще предстоит выяснить.
Таким образом, как показало гистологическое исследование, морфо-функциональная организация ЖСС Danio rerio изменяется в ходе развития. Толщина разных областей ЖСС неодинакова на каждой рассмотренной стадии,
причем в ходе развития эта характеристика изменяется. Функциональное
значение этих различий и изменений еще не известно. Остаток ЖСС, возможно, подвергается фагоцитозу. Вопросы о прямом делении ядер ЖСС в рамках их нормального функционирования и об изменениях ядерного аппарата
ЖСС в целом, а так же о механизмах гибели ЖСС, требуют специального
изучения, которое мы осуществляем в настоящее время.
Литература
Иванов А. О., Черепанов Г. О. 2007. Ископаемые низшие позвоночные. CПб.: Изд-во
Санкт-Петербургского университета. 565 c.
Иванова-Казас О. М. 1995. Эволюционная эмбриология животных. СПб.: Наука. 278 c.
Соин С. Г. 1981. Новая классификация строения зрелых яиц рыб по соотношению
количества желтка и ооплазмы // Онтогенез. Т. 12. С. 21–26.
Carvalho L., Heisenberg C. P. 2010. The yolk syncytial layer in early zebrafish development //
Trends in Cell Biology. Vol. 20. P. 586-592.
Colazzo A., Bolker J. A., Keller R. 1994. A phylogenetic perspective on teleost gastrulation //
Am. Nat. Vol. 144. P. 133–151.
Hamlett W. C. 1987. Comparative morphology of the elasmobranch placental barrier //
Arch. Biol. (Bruxelles) Vol. 98. P. 135-162.
Huttenhuis H. B. T., Grou C. P. O., Taverne-Thiele A. J., Taverne N., Rombout J. H. 2006.
Carp (Cyprinus carpio L.) innate immune factors are present before hatching // Fish &
Shellfish Immunology. Vol. 20. P. 586-596.
Kimmel C. B., Ballard W. W., Kimmel S. R. 1995. Stages of embryonic development of the
zebrafish // Devel. Dynamics. Vol. 203. P. 253–310.
Long W. L., Ballard W. W. 2001. Normal embryonic stages of the longnose gar, Lepisosteus
osseus // BMC. Dev. Biol. Vol. 1. P. 1-6.
Mani-Ponset L., Guyot E., Diaz J. P., Connes R. 1996. Utilization of yolk reserves during
post-embryonic development in three teleostean species: the sea bream Sparus aurata,
the sea bass Dicentrarchus labrax and the pike-perch Stizostedion lucioperca // Mar. Biol.
Vol. 126. P. 539-547.
Walzer C., Schönenberger N. 1979. Ultrastructure and cytochemistry study of the yolk
syncytial layer in the alevin of trout (Salmo fario trutta L.) after hatching. I. The vitellolysis
zone // Cell Tissue Res. Vol. 196. P. 59-73.
Zybina E. V., Zybina T. G. 2008. Modifications of nuclear envelope during differentiation
and depolyploidization of rat trophoblast cells // Micron. Vol. 39. P. 593–606.
138
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Откладка яиц и развитие личинок высших
водяных клещей (Acariformes, Hydrachnidia)
О. Д. Жаворонкова1
1
Институт биологии внутренних вод РАН, Борок, Россия; e-mail: [email protected]
Водяным клещам присуще сперматофорное внутреннее оплодотворение,
сопровождаемое иногда сложным поведением (Mitchell, 1958; Boettger, 1962,
1972; Вайнштейн, 1980). Большинство гидрахнидий откладывает яйца на поверхность твердых субстратов: на живые или мертвые водные растения, на
камни и т. д. Представители сем. Hydrachnidae откладывают яйца, снабженные одной внутренней оболочкой, в межклеточные полости живых водных
растений (Boettger, 1972; Вайнштейн, 1980). Яйца водяных клещей, откладываемые на поверхность подводных объектов, снабжены 2 оболочками: разбухающей в воде, внешней защитной оболочкой и скорлупообразной внутренней
(Соколов, 1973).
Яйцекладки гидрахнидий, содержащие яйца с 2 оболочками, можно распределить на 2 типа. Развивающиеся яйца в кладках 1 типа расположены
изолированно, в относительно жестких «гнездах», образованных внешней
пористой оболочкой, плотно прилегающей к внутреннему покрову практически вплоть до выклева личинок (Жаворонкова, 2006). Кладки 1 типа характерны для краснотелых, условно называемых примитивными, водяных
клещей, имеющих обычно воздушную личинку, отыскивающую хозяина на
поверхностной пленке воды (сем. Limnocharidae, Eylaidae, Hydryphantidae).
Для клещей этой группы характерны обильные, часто двух- или трехслойные
яйцекладки, содержащие от нескольких десятков до нескольких тысяч яиц.
Например, самка Eylais discreta Koenike 1897 способна отложить от 10 до 13
тысяч яиц в течение полутора месяцев (Davids, 1973).
Ко 2 типу относятся яйцекладки высших водяных клещей (сем. Pionidae,
Limnesiidae, Arrenuridae, Hygrobatidae, Lebertiidae, Arrenuridae), личинки
которых отыскивают хозяев, плавая в толще воды. Яйцекладки высших гидрахнидий не многочисленны, однослойные и содержат от 2-5 до нескольких
десятков яиц в кладке, в зависимости от вида. Яйца, выходящие из яйцеклада
самки, снабжены 2 покровами: внутренней плотной скорлупообразной оболочкой и окружающим ее слоем особой субстанции, способной поглощать
воду — внешней оболочкой. В первые секунды после выхода из тела самки,
вещество наружной оболочки желеобразно и обладает клейкостью, обеспечивая формирование герметичного футляра для кладки и ее прикрепление
к субстрату. Внешняя оболочка вскоре утрачивает клейкость, делается коркообразной и, становясь защитной для кладки, приобретает подобие общей
крышки (Соколов, 1973).
Целью данной работы стало изучение кладки и развития яиц высшего водяного клеща Piona longipalpis Krendowsky, 1878 (сем. Pionidae). Каждое отложенное яйцо в кладке P. longipalpis заключено в скорлупообразную внутреннюю
оболочку и помещается в пространстве, ограниченном внешней защитной
Откладка яиц и развитие личинок высших водяных клещей…
139
Рис. 1. Схема развития личинок водяного клеща Piona longipalpis: А — отложенная кладка; B —
развивающееся яйцо; С — раскол скорлупообразной внутренней оболочки и формирование
личинки в кутикуле предличинки; D — сформировавшаяся личинка
з — внешняя защитная коркообразная оболочка яйца; к — камера, образованная защитной оболочкой;
л — личинка; п — предличинка; с — скорлупообразная внутренняя оболочка яйца; я — развивающееся
яйцо
Рис. 2. Выход сформировавшихся личинок Piona longipalpis из кладки. Буквенные обозначения те же, что и на рис. 1. Масштаб 100 мкм
оболочкой (рис. 1A). Между внешней коркообразной защитной оболочкой и
внутренней скорлупообразной образуется пространство, которое, вероятно,
заполняется кислородом и другими газами, растворенными в воде. Таким
образом, вокруг яйца формируется своеобразная камера (рис. 1B).
По мнению Беттгера (Boettger, 1972), у представителей сем. Limnesiidae,
в частности в кладках Limnesia maculata (Mueller, 1776), внешняя защитная
оболочка вообще отсутствует между яйцами. В кладке образуется общее
140
О. Д. Жаворонкова
замкнутое пространство с невысокими разделительными перегородками,
отделяющими свободно лежащие яйца.
У некоторых видов высших водяных клещей внутренняя оболочка яйца
соединена с коркообразным покровом специальной соединительной связкой.
Соединительная связка, по-видимому, образуется за счет внешней оболочки
и сохраняется недолго.
Между внутренней оболочкой и эмбрионом формируется кутикула первой личиночной стадии — предличинка, называемая иначе дейтовум (Соколов, 1940). Покоящаяся предличинка водяных клещей редуцирована до
линочной кутикулы, у нее отсутствуют все системы, за исключением провизорных структур (Boettger, 1972, 1977; Вайнштейн, 1980; Тузовский, 1990).
По отделении предличинки, эмбрион претерпевает гистолитический метаморфоз (Boettger, 1977; Тузовский, 1990), и под кутикулой предличинки начинается развитие личинки.
Внутренняя оболочка — скорлупа, раскалывается по продольной оси и
сбрасывается, когда личинка еще не полностью сформирована (рис. 1С).
Дольки скорлупы остаются в камере, окончательное формирование личинка проходит в кутикуле предличинки, под защитой внешней оболочки
(рис. 1D). К этому моменту внутренние перегородки кладки — части внешней защитной оболочки, разрушаются, и в кладке под общей крышкой образуется общее пространство. Созревание личинок и их выклев происходят
не одновременно. В одной кладке можно обнаружить двигающихся личинок
и еще развивающиеся эмбрионы. Полностью сформировавшаяся личинка
разрывает дейтовум коготками плавательных ног и выходит в пространство кладки. Прорывая нижний слой наружной оболочки, личинка выходит
в воду (рис. 2).
Литература
Вайнштейн Б. А. 1980. Определитель личинок водяных клещей. Л.: Наука. 234 с.
Жаворонкова О. Д. 2006. Откладка яиц и развитие водяных клещей рода Eylais Latreille,
1777 (Eylaidae, Acariformes) // Биология внутр. вод. № 2. С. 23-29.
Соколов И. И. 1940. Hydracarina — водяные клещи (ч. 1: Hydrachnellae). Введение //
Фауна СССР. Паукообразные. Т. 5. Вып. 2. М., Л.: Изд-во АН СССР. С. 1–46.
Соколов И. И. 1973. Об образовании и происхождении защитных оболочек яиц водяных клещей // Цитология. Т. 15. № 7. С. 803-809.
Тузовский П. В. 1990. Сравнительная морфология и эволюция водяных клещей (Hydracarina, Acariformes). Автореф. дисс. докт. биол. наук. Киев: Ин-т Зоол. 42 c.
Boettger K. 1962. Zur Biologie und Ethologie der einheimischen Wassermilben Arrenurus
(Megaluracarus) globator (Muell.) 1776, Piona nodata nodata (Muell.) 1776 und Eylais infundibulifera meridionalis (Thon) 1899 (Hydrachnellae, Acari) // Zool. Jb. Syst. Bd. 89.
S. 501-584.
Boettger K. 1972. Vergleichend biologisch-ökologische Studien zum Entwicklungszyklus
der Süßwassermilben (Hydrachnellae, Acari) II. Der Entwicklungszyklus von Limnesia
maculata und Unionicola crassipes // Int. Rev. ges. Hydrobiol. B. 57. S. 263-319.
Boettger K. 1977. The general life cycle of fresh water mites (Hydrachnellae, Acari) //Acarol.
Vol. 18. P. 496-502.
Откладка яиц и развитие личинок высших водяных клещей…
141
Davids C. 1973. The water mite Hydrachna conjecta Koenice 1895 (Acari, Hydrachnellae),
bionomics and relation to species of corixidae (Hemiptera) // Nether. J. Zool. Vol. 23.
P. 363-429.
Mitchell R. 1958. Sperm transfer in the water-mite Hydryphantes ruber Geer // The Amer.
Midl. Natur. Vol. 60. P. 156-158.
142
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Микроанатомический анализ топографии
желез ретроцеребрального комплекса сверчков
родов Gryllus и Phaeophilacris
М. К. Жемчужников1, А. Н. Князев1
1
Учреждение Российской академии наук Институт эволюционной физиологии и биохимии
им. И. М. Сеченова РАН, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected] (А. Н. Князев)
Изучению нервной и эндокринной систем насекомых посвящено большое
число морфологических, физиологических и биохимических исследований
(см., например, обзоры Kerkut and Gilbert, 1985a, b). Их результаты трудно
сопоставимы, так как получены на разных видах животных, объектах разного
возраста, разными методами и в разных экспериментальных условиях. Возможность сопоставления и анализа результатов разноплановых исследований необходима для понимания структуры и функции интегративного «аппарата» насекомых и животных других филогенетических линий, для поиска
базовых закономерностей и механизмов его функционирования. Например,
было высказано предположение, обоснованное этологически и физиологически, о том, что в ходе эволюции сформировалась гормонрегулируемая система реализации акустического поведения, основанная на взаимодействии
сенсорных систем. Для доказательства этого предположения потребовалось
привлечение более детальных знаний о структуре и топографии ретроцеребрального комплекса (РЦК) — важнейшего элемента нейроэндокринной
системы насекомых. Его компонентами являются кардиальные (КТ, corpora
cardiaca) и прилежащие тела (ПТ, corpora allata). Как составная часть единой
интегративной системы, объединяющей нейроэндокринную и эндокринную системы, РЦК осуществляет регуляцию таких процессов, как метаболическая активность, развитие и поведение насекомых. В КТ синтезируется
ряд гормонов, например, адипокинетический гормон, некоторые гипо- и
гипергликемические, кардиостимулирующие и меланин-индуцирующий
факторы. ПТ являются источником ювенильного гормона, влияющего на
личиночный рост, метаморфоз, развитие яиц и половое поведение. Помимо
секреторной, КТ выполняет функцию нейрогемального органа, накапливая
вырабатываемый нейросекреторными клетками протоцеребрума проторакотропный гормон, влияющий на титр экдизона в гемолимфе (Кинд и др., 1983;
Wigglesworth, 1985; Sedlak, 1985; Hartenstein, 2006).
В работе изложены результаты топографических и микроанатомических
исследований компонентов РЦК сверчков родов Gryllus Linnaeus (виды G. bimaculatus De Geer и G. argentinus Saussure) и Phaeophilacris Walker (Ph. bredoides
Kaltenbach), полученные с применением методов микрохирургии и необходимые для определения положения компонентов РЦК в пространстве головной капсулы.
Парасагитальные (рис. 1A) и дорзо-вентральные (рис. 1B) вскрытия показали, что РЦК у G. bimaculatus, G. argentinus и Ph. bredoides имеет сходный
план строения. Над глоткой (рис. 1A, Ph.) в непосредственной близости от
Микроанатомический анализ топографии желез…
14 3
Рис. 1. Схема расположения элементов ретроцеребрального комплекса в головной капсуле G.
bimaculatus. А— сагиттальная проекция, B — дорзо-вентральная проекция
Cer. — надглоточный ганглий; Gn.sub. — подглоточный ганглий; C.all. — прилежащее тело (corpus allatum);
C.car. — кардиальное тело (corpus cardiacum); n.C.all.1 — первый аллатальный нерв; n.C.all.2 — второй
аллатальный нерв; Ph. — глотка. Пунктиром обозначены: 1 — продольная ось тела; 2 — место слияния
C.car.; 3 — «максимальная ширина» головы; 4 — «максимальная ширина» ретроцеребрального комплекса
аорты располагается непарное удлиненное в дорзо-каудальном направлении
V-образное КТ (рис. 1A, C.car.), связанное с надглоточным ганглием (рис. 1A,
Cer.) парой коротких кардиакальных нервов. Длина КТ составляет ~1300 мкм
у G. argentinus, ~1000 мкм у G. bimaculatus и ~600 мкм у Ph. bredoides. Первая
пара аллатальных невов (рис. 1A, B, n.C.all.1) соединяет правое и левое ПТ
(рис. 1A, B, C.all.) с центральными участками правой и левой доли КТ (рис. 1B,
C.car.) соответственно. Точка слияния КТ (рис. 1B, 2) смещена вправо относительно продольной оси тела (рис. 1B, 1) у всех без исключения особей (рис.
1B, C.car.). У Ph. bredoides это смещение составило 0.07 (~300 мкм; рис. 1B, расстояние между линиями 1 и 2) от «максимальной ширины» головы (рис. 1B,
3-3), у G. bimaculatus — 0.04 (~300 мкм), у G. argentinus — 0.03 (~200 мкм). ПТ
представлены парными железами эллипсоидной формы (реже сферической
или бобовидной) диаметром ~300 мкм и располагаются над дорзо-латеральной поверхностью расширенного участка глотки (рис. 1А, Ph.). Второй парой
аллатальных нервов (рис. 1A, B, n.C.all.2), направленных вентро-латерально и
огибающих крупные трахейные стволы и глотку, ПТ соединены с подглоточным ганглием (рис. 1А, Gn.sub.; Князев и др., 1999; Разыграев, 2001).
144
М. К. Жемчужников, А. Н. Князев
«Максимальная ширина» РЦК (расстояние между линиями латеральных
границ правого и левого ПТ; рис. 1B, 4-4) составляет 0.16 от общей ширины
головной капсулы у G. argentinus (~1200 мкм) и Ph. bredoides (~700 мкм), а у G. bimaculatus — 0.13 (~800 мкм).
Проведенный микроанатомический анализ позволяет отнести РЦК изученных видов к полуцентрализованному типу, характерному для большинства
прямокрылых, у которых происходит слияние дистального отдела КТ, при
этом ПТ остаются парными. Так как одна из тенденций эволюции эндокринного «аппарата» в целом и РЦК в частности заключается в централизации
структур, можно заключить, что как и насекомые, обладающие латеральным
(ряд прямокрылых) и дистально-латеральным (ряд двукрылых, чешуекрылых, жесткокрылых) типами РЦК, для которых характерна парность ПТ и КТ,
изученные виды обладают более примитивными чертами организации данного комплекса по сравнению с насекомыми с центральным типом РЦК, при
котором ПТ и КТ попарно сливаются (клопы, сеноеды, уховертки и др.), или
кольцевым типом (высшие двукрылые), при котором ПТ и КТ сливаются
в кольцевую железу, или кольцо Вейсмана (Кинд и др., 1983).
Стоит отметить, что даже в пределах рода Gryllus встречаются различные
типы организации желез РЦК. Например, по своему строению РЦК Gryllus
campestris Linnaeus относится скорее к более примитивному дистально-латеральному типу с выраженной тенденцией к сближению латеральных границ
КТ (Cazal, 1948), что отличает его от изученных нами видов и, в первую очередь, от близкого вида G. bimaculatus, который имеет РЦК полуцентрализованного типа.
Полученные результаты дали возможность исследования особенностей
акустической коммуникации у сверчков с экспериментальными (вызванными) патологиями РЦК для определения его роли в формировании адекватного поведения в условиях стимуляции внутри- и вневидовыми звуковыми
сигналами. Они дают возможность разработки и использования методов
кардиак-, аллат- и кардиакаллатэктомии, а также методов заместительной
«РЦК-терапии», с помощью которых есть надежда восстановить измененную
путем оперативного вмешательства акустическую коммуникацию у имаго
и вернуть адекватное, в том числе и репродуктивное, поведение.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 09-04-01042).
Литература
Кинд Т. В., Карпунина Н. Н., Тысячнюк М. С. 1983. Нейроэндокринная система и методы изучения ее функциональной активности //Труды всесоюзного энтомологического общества. Т. 64. Гормональная регуляция развития насекомых. Л.: Наука.
С. 5–28.
Князев А. Н., Плотникова С. И., Акимов А. Г. 1999. Нейроны непарного нерва и перисимпатические органы сверчка Gryllus argentinus // Журн. эвол. биохим. физиол.
Т. 5. № 6. С. 499–505.
Микроанатомический анализ топографии желез…
14 5
Разыграев А. В. 2001. Топографо-анатомическое и функциональное исследование ретроцеребрального комплекса сверчка Gryllus argentinus Sauss. Выпускная квалификационная работа. СПбГУ. 40 с.
Cazal P. 1948. Les glandes endocrines retro-cerebrales des insects. Etude morphologique //
Bull. Biol. Fr. Belg. Suppl. Vol. 32. P. 1–227.
Kerkut G. A., Gilbert L. I. (eds.). 1985a. Comprehensive insect physiology, biochemestry and
pharmacology. Vol. 7. Endocrinology I. Oxford: Pergamon Press. 564 p.
Kerkut G. A., Gilbert L. I. (eds.). 1985b. Comprehensive insect physiology, biochemestry and
pharmacology. Vol. 8. Endocrinology II. Oxford: Pergamon Press. 595 p.
Hartenstein V. 2006. The neuroendocrine system of invertebrates: a developmental and
evolutionary perspective // J. Endocrinol. Vol. 190. P. 555–570.
Sedlak B. J. 1985. Structure of Endocrine Glands // Kerkut G. A., Gilbert L. I. (eds.).
Comprehensive insect physiology, biochemestry and pharmacology. Vol. 7.
Endocrinology I. Oxford: Pergamon Press. P. 25–60.
Wigglesworth V. B. 1985. Historical Perspectives // Kerkut G. A., Gilbert L. I. (eds.).
Comprehensive insect physiology, biochemestry and pharmacology. Vol. 7.
Endocrinology I. Oxford: Pergamon Press. P. 1–24.
146
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Морфологические особенности и
распознавание возрастов живых личинок
муравьев Myrmica angulinodis
З. А. Жигульская1
1
Институт биологических проблем Севера ДВО РАН, Магадан, Россия;
e-mail: а[email protected]
Исследование особенностей сезонного развития муравьев, наиболее далеко проникающих на север в экстремальные условия, представляет перспективное направление в изучении путей их адаптаций. к числу таких видов
относится M. angulinodis, одна из главных черт адаптивной стратегии которого в освоении горной Субарктики состоит в растягивании развития на два
или даже три сезона за счет «включения» облигатной диапаузы в первый год
и факультативной во второй (Берман и др., 2007). Myrmica angulinodis — таежный вид, встречающийся от Урала до Тихого океана, местами многочисленный. На Северо-востоке он известен из верховий Колымы и окрестностей
Магадана, где приурочен исключительно к хорошо дренируемым и прогреваемым лиственничникам паркового типа на южных склонах.
Изучение жизненных циклов требует точного знания возрастов личинок
и умения их различать на живом материале. Морфологические признаки и
размеры живых личинок могут варьировать как от возраста к возрасту, так
и в пределах одного возраста в зависимости от физиологического состояния
(например, значительно различаются личинки, активно растущие, готовые
к окукливанию и зимующие). Значительная изменчивость этих признаков,
пределы которых у данного вида не изучены, затрудняет их дифференциацию. Одним из результатов изложенного ниже исследования некоторых
особенностей роста и развития личинок служит возможность обоснования
удобного и достаточно точного способа определения возрастов живых личинок на массовом материале.
Для изучения жизненного цикла и определения возрастов личинок гнезда
выкапывали еженедельно летом (и несколько раз зимой) с полной выборкой
расплода. Таким образом, мы располагали материалом, охватывающим все
разнообразие морфологии растущих и диапаузирующих личинок с достаточным количеством перелинявших и готовых к линьке. Решая поставленную
перед собой задачу, мы использовали методику Б. К. Kагановой и А. С. Мончадского (1930), примененную ими для разделения личинок комаров на стадии. В этой работе за основной критерий разделения стадий взяты изменения размеров головной капсулы: ее значительное увеличение происходит во
время линьки, минимум прироста — в течение одной стадии. Тело личинок,
напротив, в течение одной стадии может увеличиться в 1.5-2 раза, а во время
линьки даже несколько уменьшиться.
Для количественной оценки размеров тела каждого возраста были сделаны
измерения ширины головной капсулы и длины тела. За ширину головной
капсулы принималась ширина ее на уровне глаз (т. е. самое широкое место).
Морфологические особенности и распознавание возрастов…
147
Длина тела личинок измерялась в естественном С-образном состоянии. В качестве дополнительного критерия для распознавания возрастов использовано
изменение некоторых морфологических признаков, сопровождающих рост
и развитие личинок: степень опушения, плотность хитина, характер проявления сегментации и пр. В приводимых описаниях умышленно опускается
детальное изложение морфологии личинок, поскольку оно в значительной
мере совпадает с описаниями морфологии личинок других видов из этого
рода, сделанных Г. и Ж. Виллерами (Wheeler and Wheeler, 1952). В нашей работе описание морфологических признаков, а также их измерения сделаны
на живых личинках. В процессе роста личинок твердые хитиновые образования (например, головная капсула) имеют максимум прироста во время линек,
а минимумы — между линьками, тогда как мягкие, слабо хитинизированные
части — наоборот, имеют максимум прироста между линьками (например,
все тело личинки), а минимумы — во время линек. Иными словами, только
что перелинявшая личинка 3-го возраста имеет меньшую длину тела, чем
зрелая личинка 2-го возраста. Поэтому при определении возрастов личинок
мы руководствовались теми признаками, которые менее всего меняются во
время личиночного роста и имеют максимум прироста во время линек. Из
таких признаков наиболее надежны измерения ширины головной капсулы.
Яйца у муравьев бывают кормовыми и репродуктивными. Первые обычно
крупнее — длина 0.55 мм, ширина — 0.28 мм; вторые — мельче: длина 0.50 мм,
ширина — 0.27 мм; и в том, и другом случае прогиб с брюшной стороны слабо
выражен.
У вылупившейся из яйца личинки головная капсула и концевая пара сегментов прозрачные, средние — чуть замутнены, и в их центральной части
едва заметны бледно желтые очертания кишечника. На только что вышедшей из яйца личинке хеты не видны. По размерам личинки едва превосходят
яйцо: длина 0.57 мм, ширина 0.31 мм, ширина головной капсулы 0.21–0.27 мм.
По мере роста у личинок 1-го возраста увеличиваются, прежде всего, брюшные сегменты, на голове и 1-ом сегменте проявляется по паре хет. В средней
и концевых частях начинают просматриваться до десятка четко очерченных
жировых зерен (до 0.014–0.021 мм в диаметре) молочного цвета. В дальнейшем на головной капсуле 1-го и 2-го сегментов становятся отчетливо заметны
еще по 1-2 паре хет, которые, по-видимому, сразу после вылупления из яйца
еще не расправлены и обычно плохо видны; также увеличивается количество
жировых зерен (до 30-50 штук) и их размеры (до 0.03-0.04). к моменту первой
линьки, наступающей на 2–5 день, личинки увеличиваются в размере не более чем в 2 раза. Максимальная длина личинок 1-го возраста не превысила
1.2 мм при ширине в средней части 0.54 мм; минимальная длина — 0.6 мм.
В период роста личинок 1-го возраста вслед за увеличением брюшных сегментов особенно заметно увеличение первых трех (грудных) сегментов. Их длина
вместе с головной капсулой может достигать длины остальных 9 (брюшных)
сегментов. Подготовка к первой линьке начинается с выпячивания едва заметных бугорков «бортиков» по бокам личинки. По мере последовательного
появления бугорков на каждом сегменте, начиная с первого, и последующего увеличения их в размере, меняется форма личинок — из округлых они
становятся почти плоскими, с глубокими морщинами, происходит сжатие
сегментов, они мутнеют, из-за уплотнения перестают быть видны жировые
зерна и очертания желудка. Личинки в целом укорачиваются почти в 2 раза.
148
З. А. Жигульская
У личинок 2-го возраста в отличие от 1-го сразу видны по 1-2 пары хет на
голове и на тергитах грудных сегментов. Личинки, закончившие вылупление, но сохранившие на заднем конце неотпавшую шкурку, имеют покровы
тела матовые, морщинистые, сегментация отчетливая. Длина хет достигает
0.14–0.21 мм. Длина тела личинок укладывается в диапазон от 0.7 до 2.4 мм,
ширина — от 0.53 до 0.80 мм, а ширина головной капсулы — от 0.29 до 0.33 мм.
Со временем личинки округляются, сегменты увеличиваются и становятся
легко различимыми. Концевая часть у крупных личинок 2-го возраста шире
передней более чем в 2 раза. Личинки, достигшие максимальных размеров,
прозрачны и округлы, покровы сегментов натянуты, межсегментные швы
почти не просматриваются. Головная капсула с первыми очень подвижными
5-ю сегментами по длине равна 7 концевым. В этот период личинка наиболее гибка: может согнуться вдвое, совершать круговые движения головным
концом. Перед переходом в 3-ий возраст у личинок снова начинают появляться «бортики»; укорачивание личинок происходит в основном за счет
сжатия передних сегментов. Их длина сокращается в 2–3 раза, и это приводит к уменьшению подвижности переднего конца тела. к моменту линьки
личинки сильно уплощаются с одновременным более четким обособлением
«бортиков» по длине боковых линий. У личинок в этот момент образуется
множество глубоких морщинок, что способствует уплотнению цвета, жировые зерна почти не видны.
Только что вылупившиеся личинки 3-го возраста были короче растущих
личинок 2-го в 1.5 раза. Диапазон колебаний размерных признаков у личинок 3-го возраста наибольший. Ширина головной капсулы варьирует от 0.36
до 0.40 мм, длина тела — от 1.1 до 4.7 мм, т. е. почти в 4 раза, ширина — от
0.7 до 2.6 мм. В 3-ем возрасте хеты очень густо покрывают всю поверхность
тергитов и плевритов, достигая 0.10–0.20 мм длины. На стернитах у подросшей личинки можно рассмотреть незначительное количество очень коротких
(0.03–0.04 мм) хет. Личинки 3-го возраста, развивающиеся из яиц текущего
года, в конце лета останавливались в развитии даже при благоприятных
температурах (20-25 °С). Тело несколько уплощалось, появлялись отчетливо выпуклые латеральные участки сегментов — «бортики», свидетельствующие о начале облигатной эндогенной диапаузы. Осенью перед зимовкой
тело уплощалось еще значительней с одновременным подгибанием головной
и концевой частей личинок к брюшку. В этот момент личинки наиболее плоские и матовые с множеством глубоких морщин, жировые зерна не просвечивались. Размеры уходящих на зимовку личинок варьировали: максимальная
длина тела не превышала 2.1 мм, у самых мелких личинок едва достигала
0.65 мм. Зимой личинки имели еще более сморщенное, уплощенное, чем осенью, тело и отчетливо выпуклые латеральные участки сегментов — «бортики», что является следствием зимней дегидратации тканей личинок (Brian,
1955). Весной, за период от пробуждения до окукливания средние и крупные
личинки вырастали еще в 2–4 раза, т. е. до 4.5 мм, мелкие не более чем до 2 мм
(Жигульская и др., 1992).
Таким образом, наиболее легко отличаются живые личинки 3-го возраста –
по многочисленным и длинным хетам по всему телу, вне зависимости от его
размера. Личинки 1-го и 2-го возрастов практически без опушения (1–4 пары
хет на голове и грудных сегментах) и между собой трудно различимы,
Морфологические особенности и распознавание возрастов…
149
особенно перед линькой, когда они имеют близкие размеры тела. В этот
момент их можно надежно различать только по ширине головной капсулы
(0.21–0.27 мм у личинок 1-го, 0.29–0.33 мм у личинок 2-го возраста).
Использование предлагаемого метода позволяет быстро определять возраст личинок на массовом материале и у других видов муравьев. Естественно,
линейные величины будут другими, но общий принцип отличий возрастов
сохраняется.
Литература
Берман Д. И., Жигульская З. А., Лейрих А. Н. 2007. Зимовка и холодоустойчивость
муравьев на северо-востоке Азии. М.: Товарищество научных изданий КМК. 266 с.
Жигульская З. А., Кипятков В. Е., Кипяткова Т. А. 1992. Сезонный цикл развития муравья Myrmica aborigenica в верховьях Колымы // Зоол. журн. Т. 71. № 5. С. 72–82.
Каганова Б. А., Мончадский А. С. 1930. К вопросу об определении стадии и возраста
у личинок Culicidae // Паразитол. сб. Зоол. ин-та АН СССР. № 1. С. 61-74.
Brian M. V. 1955. Studies of caste differentiation in Myrmica rubra L. 3. Larval dormancy,
winter size and vernalisation // Insects Soc. Vol. 2. P. 85-114.
Wheeler G., Wheeler J. 1952. The ant larvae of the myrmicine tribe Myrmicini // Psyche.
Vol. 59. P. 105-163.
150
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Афферентные и эфферентные пути в зрительной
системе пресноводных легочных моллюсков
В. В. Жуков1, О. П. Тучина2
Калининградский государственный технический университет, Калининград, Россия;
e-mail: [email protected]
2
Университет Якобса, Бремен, Германия
1
Топографические схемы тел нейронов церебральных ганглиев, посылающие свои отростки в оптический нерв, а также распределения проекций оптических афферентов у Lymnaea stagnalis Linnaeus, 1758 ранее были получены
методом ретроградного окрашивания кобальтом (Зайцева, 1981, 1982; Зайцева
и др., 1982). В настоящем сообщении приводятся данные о топографии центральных нейронов, иннервирующих сетчатку глаза L. stagnalis и Planorbarius
corneus Linnaeus, 1758, составленные по результатам ведения нейробиотина
через оптический нерв в центральную нервную систему (ЦНС) этих моллюсков. Также было исследовано распределения в сетчатке и оптическом нерве
этих животных иммунореактивности к серотонину и FMRF-амиду, которые
вовлечены в механизм центрифугального контроля световой чувствительности сетчатки и работы циркадианного пейсмекера глаза Aplysia californica Cooper, 1863 (Eskin and Maresh, 1982; Takahasi et al., 1989) и Bulla gouldiana Pilsbry,
1893 (Jacklet et al., 1987).
Использованная в работе процедура применения и проявления нейробиотина (Sigma-Aldrich Inc., St.-Louis, MO) описана ранее (Жуков, 2007). Первичные антитела к серотонину (Sigma Aldrich Inc.) и FMRF-амиду (ImmunoStar, Mudson, WI) применяли в разведении 1:400 по сходной прописи (Жуков
и Тучина, 2008).
Были получены сводные схемы проекций афферентных волокон, входящих
в ЦНС в составе оптического нерва, а также топографии центральных нейронов, посылающих в этот нерв свои отростки (рис. 1). Несмотря на видовые
различия деталей центральных связей оптического нерва у исследованных
моллюсков можно выявить несколько общих черт. Во-первых, афферентные
волокна оптических нервов формируют в церебральных ганглиях плотный
оптический нейропиль. Во-вторых, тела эфферентных нейронов находятся
во всех ганглиях, кроме буккальных. В-третьих, восходящие пути, идущие
по правой и левой сторонам окологлоточного кольца, образуют по ходу следования ветвления и формируют в церебральных ганглиях эфферентный
нейропиль. В-четвертых, нейроны висцерального и одного из париетальных ганглиев связывают своими отростками оба глаза через церебральную
комиссуру. В-пятых, некоторые нейроны, посылают свои отростки помимо
оптического и в другие периферические нервы, таким образом, связывая орган зрения с различными участками периферии тела. В-шестых, существуют
прямые связи фоторецепторов глаза со статоцистами, возможность которых
предполагалась у Lymnaea stagnalis (Sakakibara et al., 2005) и голожаберного
моллюска Coryphella rufibranchialis Johnston, 1832 (Zaitseva, 2001). Окрашивание
Афферентные и эфферентные пути…
151
Рис. 1. Схемы расположения нервных волокон и тел нейронов в ЦНС Lymnaea stagnalis (A, B) и
Planorbarius corneus (C, D), маркированных нейробиотином через левый (A,C) и правый (B, D)
оптический нервы. Вид с дорсальной стороны. Схемы составлены по результатам окрашивания 15 препаратов L. stagnalis и 11 — P. corneus. Более темным цветом обозначено вентральное
расположение элементов
Ганглии: ЛЦ — левый церебральный; ПЦ — правый церебральный; ЛПл — левый плевральный; ППл —
правый плевральный; ЛПа — левый париетальный; ППа — правый париетальный; ЛПе — левый педальный; ППе — правый педальный; В — висцеральный ганглий; цк — церебральная комиссура; ст —
статоцисты. Нервы: 1 — n. opticus; 2 — palialis dexter internus; 3 —n. intestinalis; 4 — n. palialis sinister;
5 — n. palialis sinister internus; 6 — n. palialis dexter
клеток статоциста через оптический нерв позволяет полагать, что эти связи
осуществляются через электрические синапсы.
Иммунореактивность к FMRF-амиду и серотонину обнаружена у небольшой группы волокон оптического нерва, образующих ветвления в капсуле
глаза и базальной части сетчатки (рис. 2). Применение двойного мечения
показало, что волокна, иммунореактивные к указанным медиаторам, и волокна, связывающие глаза, принадлежат разным нейронам. По аналогии
с морскими заднежаберными моллюсками можно полагать, что серотонин
и FMRF-амид вовлечены в контроль световой адаптации сетчатки Lymnaea
152
В. В. Жуков, О. П. Тучина
Рис. 2. Иммунореактивность (простые стрелки) к FMRF-амиду (A, C, D) и серотонину (B, E,
F), выявляемая в глазу и оптическом нерве Lymnaea stagnalis (A, B) и Planorbarius corneus (C–F).
A, B — срезы глаза L. stagnalis. C–E — участки оптического нерва P. corneus. На С показано
проявление иммунореактивности к FMRF-амиду и нейробиотину (стрелки со звездочкой),
введенному через контралатеральный оптический нерв. F — тотальный препарат глаза P. corneus. Масштаб: 20 мкм
он — оптический нерв; яс и пс — ядерный и пигментный слои сетчатки; ст — стекловидное тело; хр —
хрусталик
stagnalis и Planorbarius corneus. Тогда остается неясной функция центральных
нейронов, образующих проекции в оба глаза, либо процесс световой адаптации сетчатки исследованных моллюсков находятся под управлением нескольких медиаторов.
Афферентные и эфферентные пути…
153
Литература
Жуков В. В. 2007. К вопросу о медиаторах сетчатки пресноводного моллюска Lymnaea
stagnalis L. // Журн. эвол. биохим. физиол. Т. 43. № 5. С. 440–447.
Жуков В. В., Тучина О. П. 2008. Структура зрительных путей в нервной системе пресноводных легочных моллюсков Lymnaea stagnalis и Planorbarius corneus // Журн.
эвол. биохим. физиол. Т. 44. № 3. С. 201–301.
Зайцева О. В. 1981. Распределение афферентных элементов в центральной нервной
системе обыкновенного прудовика // Архив анатомии, гистологии и эмбриологии. Т. 81. № 11. С. 35–42.
Зайцева О. В. 1982. Чувствительные элементы центральной нервной системы моллюска Lymnaea stagnalis (плевро-висцеральная дуга ганглиев) // Журн. эвол. биохим.
физиол. Т. 18. № 5. С. 482–490.
Зайцева О. В., Ковалев В. А., Соколов В. А. 1982. Исследования церебрального отдела
зрительной сенсорной системы легочных моллюсков // Нейрофизиология. Т. 14.
№ 2. С. 179–184.
Eskin A., Maresh R. D. 1982. Serotonin or electrical optic nerve stimulation increases the
photosensitivity of the Aplysia eye // Comp. Biochem. Physiol. Vol. 73C. P. 27–31.
Jacklet J.W., Klose M., Goldberg M. 1987. FMRFamide-like immunoreactive efferent fibers
and FMRF amide suppression of pacemaker neurons in eyes of Bulla // J. Neurobiol.
Vol. 18. P. 433-449.
Sakakibara M., Aritaka T., Iizuka A., Suzuki H., Horikoshi T., Lukowiak K. 2005.
Electrophysiological responses to light of neurons in the eye and statocyst of Lymnaea
stagnalis // J. Neurophysiol. Vol. 93. P. 493-507.
Takahasi J. S., Nelson D. E., Eskin A. 1989. Immunocytochemical localization of serotonergic
fibers innervating the ocular circadian system of Aplysia // Neuroscience. Vol. 28.
P. 139–147.
Zaitseva O. V. 2001. The structural organization of the statocyst sensory system in nudibranch
mollusks // Neurosci. Behav. Physiol. Vol. 31. P. 111–117.
154
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Ультраструктурные особенности
сперматозоидов бескишечных турбеллярий
(Acoela) в свете филогенетических построений
Я. И. Заботин1, А. И. Голубев1
1
Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, Россия;
e-mail: [email protected] (Я. И. Заботин)
В настоящее время в систематике и филогенетике животного царства широко используются ультраструктурные особенности половой системы (Реунов и Малахов, 1993; Дроздов и Иванков, 2000). В частности, одним из наиболее надежных морфологических критериев при построении системы плоских
червей является ультраструктура их сперматозоидов (Ehlers, 1985; Hendelberg, 1986). Электронно-микроскопические исследования половой системы
типа Plathelminthes являются особенно актуальными, принимая во внимание
крайнее многообразие строения их гамет и копулятивного аппарата при относительной простоте организации остальных систем органов.
Бескишечные турбеллярии (Acoela) являются исключительно важной
в эволюционном отношении группой беспозвоночных. Тем не менее, их
систематическое положение в царстве животных остается до конца не выясненным. Согласно одной точке зрения, бескишечные турбеллярии являются
наиболее примитивными из билатерально-симметричных животных (Иванов и Мамкаев, 1973), по другой — эти черви произошли от более высокоорганизованных предков, и их строение упростилось вторично (Ливанов, 1955).
Систематика бескишечных турбеллярий все еще остается запутанной и неустойчивой. Одним из основных филогенетически значимых признаков для
этой группы является строение их полового аппарата на светооптическом
и ультратонком уровне, и особенно ультраструктура сперматозоидов. При
помощи электронной микроскопии были выявлены значительные различия
в строении мужских половых клеток Acoela, наиболее принципиальными характеристиками которых являются строение аксонемы жгутика — 9+2, 9+1,
9+0 и расположение цитоплазматических микротрубочек — аксиальное, кортикальное, дистальное (Raikova et Justine, 1994; Petrov et al., 2004).
Нами было проведено электронно-микроскопическое исследование сперматозоидов четырех видов бескишечных турбеллярий из разных семейств.
В качестве объектов были выбраны виды Archaphanostoma agile (Isodiametridae), Otocelis rubropunctata (Otocelididae), Symsagittifera japonica (Sagittiferidae) и
Amphiscolops sp. (Convolutidae). Представители A. agile были собраны на литорали о-ва Виченная Луда (Керетский архипелаг, Белое море), остальные три
вида — на литорали о-ва Мукаишима, (Япония). Черви были зафиксированы
целиком в 1% глютаровом альдегиде и подготовлены для трансмиссионной
электронной микроскопии по стандартной схеме.
Сперматозоиды A. agile характеризуются ярко выраженной наружной
орнаментацией, наличием в хвостовом отделе пары электронно-прозрачных продольных тяжей и кортикальным расположением микротрубочек.
Ультраструктурные особенности сперматозоидов…
155
Особенно необычным является строение аксонемы жгутика. Наряду с типичными аксонемами с формулой 9+2, описанными у A. agile ранее (Raikova and
Justine, 1994), у данного вида обнаружены и аберрантные, имеющие формулу
9+4 (Заботин и Голубев, 2011).
В спермиях O. rubropunctata свободные микротрубочки в среднем отделе
занимают аксиальное положение (располагаются в форме креста в центре
спермия), а в хвостовом образуют две группы на периферии сперматиды
(т. е. занимают дистальное положение). Строение жгутиков у этого вида также необычно. Аксонема жгутика в хвостовой части имеет формулу 9+2, но
затем в проксимальной части обе центральные микротрубочки заканчиваются, и аксонема приобретает формулу 9+0 (Заботин и Голубев, 2011). Эта необычная особенность отличает сперматозоиды O. rubropunctata от остальных
изученных видов.
Для сперматозоидов S. japonica характерно расположение ядра под углом
45° к основной оси спермия и присутствие в среднем отделе крупных преломляющих гранул. В среднем отделе (шейке) микротрубочки занимают аксиальное положение (т. е. располагаются в центре), в хвостовом отделе пучок
микротрубочек «распадается», они расходятся к периферии клетки и занимают кортикальное положение. Аксонемы жгутиков имеют формулу 9+0.
В проксимальном отделе спермия Amphiscolops sp. присутствуют «губчатые тела» средней электронной плотности, образующие защитную обкладку
вокруг ядра и, вероятно, играющие роль опорного каркаса. Микротрубочки в «головке» располагаются двумя полукругами по бокам ядра, в средней
части объединяются в аксиальный цилиндр, и наконец, в хвостовой части
занимают дистальное положение. Аксонемы жгутиков имеют формулу 9+0.
Наши исследования позволяют расширить и дополнить имеющиеся представления о систематических отношениях между четырьмя указанными семействами. Ультраструктурные особенности сперматозоидов (формула аксонемы 9+0, аксиальные микротрубочки) подтверждает монофилию семейства
Sagittiferidae и принадлежность к нему S. japonica. Кроме того, большое сходство в строении аксонемы жгутиков и расположении цитоплазматических
микротрубочек у представителей семейств Convolutidae и Sagittiferidae, вероятно, свидетельствует о близком родстве этих таксонов.
В 2005 г. из состава таксона Convolutidae на основании строения сперматозоидов и молекулярных данных было выделено новое семейство Isodiametridae (Hooge and Tyler, 2005). Наши данные подтверждают правильность такого
шага, поскольку по ультраструктурным особенностям спермиев (формула
аксонемы 9+2, кортикальные микротрубочки) изодиаметриды явно далеки
от конволютид и сагиттиферид. Однако при дальнейших систематических
построениях следует учесть наличие у вида A. agile двух вариантов строения
аксонемы — 9+2 и 9+4.
Необычное строение спермиев O. rubropunctata (аксонема 9+0 в головном
отделе и 9+2 в хвостовом, крестообразное аксиальное расположение микротрубочек в среднем отделе и дистальное в хвостовом) лишний раз свидетельствует о явной разнородности семейства Otocelididae и о необходимости его
ревизии. Недавно было предложено переместить род Otocelis в семейство
Isodiametridae (Hooge and Rocha, 2006). Эти авторы объясняют свое решение
сходством макроморфологии половой системы двух этих семейств. Однако
156
Я. И. Заботин, А. И. Голубев
электронная микроскопия выявила существенные различия в ультраструктуре сперматозоидов отоцелидид и изодиаметрид. На наш взгляд, перемещение рода Otocelis в семейство Isodiametridae преждевременно.
Интересно отметить также, что в ходе эволюции спермиев Acoela наряду
с утратой орнаментации и сменой аксонемы с 9+2 на 9+0 развиваются дополнительные опорные структуры (например, продольные тяжи A. agile и губчатые тела Amphiscolops sp.).
Полученные нами данные свидетельствуют о гораздо большем морфологическом разнообразии сперматозоидов бескишечных турбеллярий, чем
предполагалось ранее. По нашему мнению, общие тенденции в эволюции
сперматозоидов Acoela явно свидетельствуют о прогрессивном историческом
развитии этого таксона, а не о вторичном упрощении.
Литература
Дроздов А. Л., Иванков В. Н. 2000. Морфология гамет животных. Значение для систематики и филогенетики. М.: Круглый год. 460 с.
Заботин Я. И., Голубев А. И. 2011. Ультраструктура сперматозоидов четырех видов
бескишечных турбеллярий (Acoela) и ее значение для систематики // Зоол. журн.
Т. 90. № 1. С. 3–12.
Иванов А. В., Мамкаев Ю. В. 1973. Ресничные черви (Turbellaria), их происхождение
и эволюция. Л.: Наука. 221 с.
Ливанов Н. А. 1955. Пути эволюции животного мира (анализ организации главнейших типов многоклеточных животных). М.: Советская наука. 400 с.
Реунов А. А., Малахов В. В. 1993. Эволюция строения сперматозоидов у беспозвоночных // Успехи современной биологии. Т. 113. № 1. С. 3-18.
Ehlers U. 1985. Das Phylogenetische System der Plathelminthes. Stuttgart, N.Y.: Gustav
Fischer Verlag. 317 s.
Hendelberg J. 1986. The phylogenetic significance of sperm morphology in the
Platyhelminthes // Hydrobiologia. Vol. 132. P. 53–58.
Hooge M., Rocha C. 2006. Acoela (Acoelomorpha) from northern beaches of the state of Sao
Paulo, Brazil, and a systematic revision of the family Otocelididae // Zootaxa. Vol. 1335.
P. 1-50.
Hooge M., Tyler S. 2005. New tools for resolving phylogenies: a systematic revision of
Convolutidae (Acoelomorpha, Acoela) // J. Zoolog. Syst. Evol. Res. Vol. 43. P. 100-113.
Petrov A. A., Hooge M., Tyler S. 2004. Ultrastructure of sperms in Acoela (Acoelomorpha)
and its concordance with molecular systematics // Invertebrate Biology. Vol. 123.
P. 183–197.
Raikova O. I., Justine J. L. 1994. Ultrastructure of spermiogenesis and spermatozoa in three
Acoels (Platyhelminthes) // Annales Sci. Naturelles (Zoologie). Vol. 15. P. 63-75.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
157
Распределение fmrf-амидиммунореактивности в периферической
нервной системе асцидии Styela rustica
О. В. Зайцева1, В. Н. Романов1, Т. Г. Маркосова1
1
Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected] (О. В. Зайцева)
Исследованию нервной и эндокринной систем асцидий посвящено много
работ, однако большая их часть, особенно проведенных с помощью современных методов, направлена на изучение регуляторных систем подвижных
личиночных форм асцидий. В значительной степени это связано с тем, что
взрослые асцидии ведут сидячий образ жизни, что приводит к упрощению
их тела и поведения, и как следствие, к более примитивной организации
нервной системы. Только в последние годы появились обзоры, посвященные
строению нервной системы и эндокринных органов ряда представителей асцидий, причем основные результаты получены с помощью применения иммуногистохимических методов на ограниченном числе видов (Sherwood et al.,
2004; Mackie and Burighel, 2005). В настоящее время у асцидий выявлено более
20 биологически активных веществ. Однако классические методы серебрения
к изучению нервной системы этих животных практически не применялись.
Хуже всего исследованной остается периферическая нервная система и рецепторные элементы асцидии, нет достоверных данных и о наличие широко
распространенного в регуляторных системах беспозвоночных нейропептида — FMRF-амида. Поэтому целью настоящей работы стало исследование
распределения рецепторных клеток и структуры периферических нервных
сплетений в стенке тела и внутренних органов асцидии Styela rustica с помощью метода импрегнации серебром по Гольджи–Колонье и иммуногистохимического метода выявления FMRF-амида.
Материал и методы. Объектом исследования служил один из наиболее распространенных в Белом море видов асцидий — Styela rustica (Linnaeus, 1767)
из отряда Stolidobranchia. Асцидий собирали в районе мыса Картеш на ББС
Зоологического института РАН и содержали в морском аквариуме в лабораторных условиях на протяжении нескольких месяцев. Животных регулярно
кормили вместе с другими обитателями аквариума.
Часть материала с целью изучения общей организации периферической
нервной системы асцидий, выявления их рецепторных клеток и характера
иннервации мускулатуры обрабатывали по методу Гольджи–Колонье в разработанных специально для исследуемого вида оригинальных модификациях. Для иммуногистохимического исследования материал фиксировали
в течение 1.5–3 ч в 4% параформальдегиде на 0.01М фосфатно-солевом буфере (PBS) с pH 7.4. Выявление FMRF-амида производили на серийных депарафинированных срезах асцидий с помощью иммунопероксидазной методики с использованием комплекса биотин–стрептаведин. Для подавления
эндогенной пероксидазной активности перед инкубацией в первых антителах срезы обрабатывали 3% H2O2. В качестве первых антител использовали
158
О. В. Зайцева, В. Н. Романов, Т. Г. Маркосова
поликлональную кроличью антисыворотку к FMRF-амиду (Immunostar)
в разведении 1:1000–1:2000. Применяли обработку биотинилированными
вторыми антителами и стрептавидин-пероксидазным комплексом фирмы
DAKO. Контролем служили срезы, обработанные только вторыми антителами. При анализе препаратов использовали световой микроскоп NU-2 (Karl
Zeiss), соединенный с комплектом для визуализации на базе цифрового фотоаппарата Canon A650 (Микромед, Россия) или c Nikon Coolpix 4500.
Результаты и обсуждение. В результате импрегнации азотнокислым серебром по Гольджи–Колонье в эпителии пищеварительного тракта, стенки
тела и особенно сифонов S. rustica удалось выявить большое количество рецепторных клеток. На апикальной поверхности многих из них расположена
длинная (20 мкм) ресничка. В стенке тела и сифонов эти реснички обращены в тунику и не контактируют непосредственно с внешней средой. Можно
предположить, что они выполняют механорецепторную функцию, реагируя
на различные виды деформации туники, вызванной вибрацией или давлением. Небольшие периферические нервные сплетения наблюдаются непосредственно под эпителиями стенки тела и жаберного мешка (глотки) асцидий.
Они образованы преимущественно тонкими слабоветвящимися волокнами
и единичными субэпителиальными нейронами. Часть волокон, по всей видимости, является аксонами рецепторных клеток, другие — отростками нейронов, расположенных в самих сплетениях и в ЦНС. Структура выявленных
сплетений свидетельствует в пользу их интегративной функции и возможности обработки сенсорной информации уже на периферии тела животных.
Большая часть рецепторных клеток имеет достаточно примитивную форму — их тела мало отличаются по форме от окружающих эпителиальных
клеток. Они не имеют оформленной ядросодержащей части и чувствительного отростка. В эпителии пищеварительном тракта и особенно в эндостиле,
характерном для всех асцидий эпителиальном желобке, принимающем участие в захватывании и склеивании попавших через ротовой сифон пищевых
частиц (Godeaux, 1989), обнаруживаются более дифференцированные рецепторные клетки веретеновидной формы. Редко удается наблюдать отхождение отростков от базальных частей рецепторных клеток пищеварительного
тракта. Возможно, многие из выявленных клеток являются рецепторно-эндокринными. Подобные клетки обнаружены у ряда видов асцидий с помощью
иммуногистохимических методов выявления нейропептидов и серотонина
(см. обзор: Пунин, 2001).
Проведенное нами иммуногистохимическое исследование показало, что,
по крайней мере, часть выявленных у S. rustica рецепторных клеток обладает FMRF-амид-иммунореактивностью. Реакция на FMRF-амид наблюдается как в телах клеток, так и в их отростках, образующих субэпителиальные
нервные сплетения. Особенно интенсивную реакцию дают рецепторные
клетки, концентрирующиеся в вершинах обращенных в просвет жаберного
мешка и сифонов эпителиальных выростов, а также в ряде зон эндостиля.
Больше всего веретеновидных FMRF-амид-иммунореактивных клеток присутствует в первой, второй и четвертой зонах эндостиля. Эти клетки располагаются равномерно в эпителии. Их базальные части слегка расширены и у многих напоминают по форме присоску. Апикальная часть клеток
имеет, как правило, вид небольшой булавы, что является характерным для
Распределение fmrf-амид-иммунореактивности…
159
дифференцированных хеморецепторных клеток беспозвоночных и позвоночных животных (Бронштейн, 1977; Зайцева, 2000, 2004). Удается наблюдать отхождение очень тонких аксоноподобных отростков от базальной части
отдельных FMRF-амид-позитивных клеток. Под эпителием всего эндостиля
обнаруживается небольшое FMRF-амид-позитивное нервное сплетение. Похожие по форме единичные FMRFамид-иммунореактивные клетки обнаружены и в эпителии желудка S. rustica. Известно, что в первой, второй и четвертой зонах эндостиля асцидий сосредоточены цилиарные железистые клетки,
секрет которых близок по своему составу к секреторным продуктам желудка
асцидий. Секрет этих желез принимает участие в образовании слизистой сети
на внутренней поверхности жаберного мешка (глотки), к которому прилипают пищевые частицы. Длинные реснички клеток первой зоны формируют
цилиарный жгут, перемещающий секреторные продукты в полость глотки
(Godeaux, 1989). Можно предположить, что FMRF-амид принимает активное
участие в функционирование эндостиля, регулируя работу его ресничного
и секреторного аппарата.
Исследование мускулатуры стенки тела S. rustica с помощью импрегнации
серебром показало, что в ее иннервации принимают участие крупные волокна, достигающие 8 мкм в диаметре и приходящие, по всей видимости,
из единственного ганглия ЦНС, а также отростки мелких мультиполярных
нейронов, располагающихся непосредственно среди мышечных волокон.
Крупные волокна следуют обычно параллельно мышечным волокнам, образуя по своему ходу массу тонких ответвлений. Последние обильно ветвятся
среди мышечных волокон, формируют на концах и по ходу своих терминальных ветвлений характерные бусинковидные расширения, сходные по
форме с синаптическими бляжками, выявляемыми у позвоночных животных
с помощью суправительной окраски метиленовым синим или при импрегнации серебром (Колосов, 1968). Похожая иннервация мускулатуры была ранее
описана у другого вида асцидий (Bone, 1959, цит. по: Bullock and Horridge,
1965). Небольшую часть нервных волокон, иннервирующих мускулатуру S.
rustica, можно отнести к FMRF-амид-иммунореактивным элементам нервной
системы. Реакцию на FMRF-амид дают некоторые из крупных нервных волокон, расположенных между мышечными элементами стенки тела. Больше
таких волокон обнаруживается во внутреннем слое мускулатуры. Отдельные
FMRF-амид-иммунореактивные волокна присутствуют среди мышечных элементов стенки желудка асцидии.
Применение разработанных в настоящей работе модификаций методик
импрегнации азотнокислым серебром по Гольджи-Колонье и выявления распределения FMRF-амид-иммунореактивных структур позволило обнаружить
значительно больше рецепторных элементов в стенке тела и внутренних органов асцидий, чем это описывалось ранее. Полученные на S. rustica данные
позволяют предположить, что у асцидий, как и у многих других беспозвоночных животных (Moroz et al.,1994; Reuter et al., 1995; Мамкаев и др., 1999;
Зайцева и др., 2007 и мн. др.), FMRF-амид может широко использоваться в работе сенсорных систем, регуляции процессов пищеварения и поддержания
мышечного тонуса стенки тела и внутренних органов.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 10-04-01033).
160
О. В. Зайцева, В. Н. Романов, Т. Г. Маркосова
ЛИТЕРАТУРА
Бронштейн А. А. 1977. Обонятельные рецепторы позвоночных. Л.: Наука. 159 с.
Зайцева О. В. 2000. Доминантные структурно-функциональные адаптации дистантных хемосенсорных систем в филогенезе моллюсков // Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова. Т. 86. № 8. С. 995–106.
Зайцева О. В. 2004. Сравнительное исследование нервных элементов и их взаимоотношений с эндокринными железами и мышечными ретракторами в омматофорах
улиток и слизней // Журн. эволюц. биохим. физиол. Т. 40. № 6. С. 556–568.
Зайцева О. В., Маркосова Т. Г., Смирнов Р. В. 2007. Моноамин- и пептид-содержащие
элементы в стенке тела и нервных стволах у немертин // Биол. моря. Т. 33. № 4.
С. 291–298.
Колосов Н. Г. 1968. Нервная система пищеварительного тракта позвоночных животных и человека. Л.: Наука. 170 с.
Мамкаев Ю. В., Селиванова Р. В., Пунин М. Ю. 1999. Сравнительно-анатомическое
и иммуногистохимическое исследование нервной системы вестиментиферы Ridgeia piscesae // Биол. моря. Т. 25. № 5. С. 372–382.
Пунин М. Ю. 2001. Кишечная регуляторная система беспозвоночных животных и ее
предполагаемая эволюция. СПб: СПбГУ. 163 с.
Bullock T. H., Horridge G. A. 1965. Structure and function in the nervous system of invertebrates. Vol. 2. San-Francisco, London: W. H. Freeman. 1719 p.
Godeaux J. E. A. 1989. Functions of the endostyle in the tunicates // Bullet. Marine Sci.
Vol. 45. P 228–242.
Mackie G. O., Burighel P. 2005. The nervous system in adult tunicates: current research
directions // Can. J. Zool. Vol. 83. P. 151–183.
Moroz L., Nezlin L., Elofsson R., Sakharov D. 1994. Serotonin- and FMRF-amideimmunoreactive nerve elements in the chiton Lepidopleurus asellus (Mollusca,
Polyplacophora) // Cell Tissue Res. Vol. 275. P. 277–282.
Reuter M., Maule A.G ., Halton D. W., Gustafsson K. S., Shaw Ch. 1995. The organization of
the nervous system in Plathelminthes. The neuropeptide F-immunoreactive pattern in
Catenulida, Macrostomida, Proseriata // Zoomorphology. Vol. 115. P. 83–97.
Serwood N. M., Adams B. A., Tello J. A. 2005. Endocrinology of protochordates // Can.
J. Zool. Vol. 83. P. 225-255.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
161
Ранняя эволюция гусеобразных (Aves: Anseriformes)
Н. В. Зеленков1
1
Палеонтологический институт им. А. А. Борисяка РАН, Москва, Россия;
e-mail: [email protected]
Отряд гусеобразных (Aves: Anseriformes) включает птиц среднего и крупного размеров, относимых к трем современным семействам: Anatidae, Anseranatidae и Anhimidae. Наиболее разнообразная группа, утиные (Anatidae),
играют важную роль в сообществах птиц умеренных широт, но также обычны в Арктике, субтропиках и тропиках. Подавляющее большинство утиных
экологически связано с водными или околоводными биотопами, для этих
птиц характерны адаптации к фильтрационному питанию и наличие плавательной перепонки между пальцами лапы. Филогенетические исследования
показывают, что утиные — наиболее эволюционно продвинутое семейство
гусеобразных; сестринской группой утиных среди современных представителей обычно считают (см. Поповкина и Поярков, 2002) полулапчатого гуся Anseranas semipalmatus из астралийского региона — единственного представителя семейства Anseranatidae (Livezey, 1986; Cracraft et al., 2004; Livezey and Zusi,
2007; Hackett et al., 2008), но иногда также кладу, включающую полулапчатого
гуся и южноамериканских паламедей (сем. Anhimidae) (Eo et al., 2009). У полулапчатого гуся заметно редуцирована перепонка на лапах, а для паламедей,
помимо этого, характерно отсутствие аппарата фильтрационнгого питания.
Гусеобразные довольно хорошо представлены в палеонтологической летописи, начиная с конца палеогена (Olson, 1985; Feduccia, 1999; Mayr, 2009),
однако поздненеогеновые и неогеновые гусеобразные практически не отличаются от современных представителей отряда (напр., Olson, 1985; Зеленков,
2012) и, таким образом, практически ничего не привносят в наше понимание
о путях ранней эволюции группы. Более интересны раннепалеогеновый и
мезозойский этапы эволюции гусеобразных. Гусеобразные — один из нескольких отрядов современных птиц (Neornithes), для которых имеются неоспоримые находки из отложений позднего мела (Noriega and Tambussi, 1995;
Kurochkin et al., 2002; Clarke et al., 2005; Mayr, 2009), подтверждающие тот факт,
что ранняя радиация отряда происходила не позднее мелового периода.
Важнейшая с точки зрения эволюционной морфологии вымершая группа
гусеобразных — семейство Presbyornithidae, представители которого известны из верхнего мела-эоцена Северной Америки, Азии и, возможно, Южной
Амеркии (Olson and Feduccia, 1980; Ericson, 2000; Kurochkin et al., 2002; Mayr,
2009; Kurochkin and Dyke, 2010). Посткраниальные костные остатки пресбиорнитид были известны еще в двадцатых годах XX века, однако их относили
к отрядам ржанкообразных или фламингообразных. Действительно, пресбиорнитиды имели длинные задние конечности и в строении посткраниального скелета демонстрируют определенное сходство с представителями двух
упомянутых отрядов. Но позднейшие находки черепов этих птиц показали,
162
Н. В. Зеленков
что для пресбиорнитид было характерно фильтрационное питание, строение клюва у них было вполне сходно с таковым у некоторых примитивных
Anatidae, например, австралийской утки Stictonetta (Feduccia, 1999). Находка
черепов пресбиорнитид позволила выдвинуть предположение о происхождении гусеобразных от примитивных ржанкообразных (Feduccia and Olson,
1980).
Более поздние кладистические исследования однако позволили пересмотреть предложенную гипотезу, и по результатам филогенетического анализа морфологических признаков
пресбиорнитиды считаются теперь
сестринской группой Anatidae (Ericson, 1997; Livezey, 1997). Такое
филогенетическое положение пресбиорнитид находится в соответствии с совершенно справедливым
предположением о том, что сложным образом устроенный фильтрационный аппарат мог возникнуть
у гусеобразных только однажды.
Тем не менее, ряд черт в посткраниальной остеологии пресбиорнитид
демонстрирует крайне примитивное состояние, не найденное даже
Рис. 1. Предполагаемая филогения гусеобраз- у примитивных гусеобразных, линых (А — Presbyornithidae, Б — Anhimidae, В —
Anseranatidae, Г — Anatidae). А, В, Г — имеют шенных хорошо развитого фильтрапрогрессивное строение челюстного аппарата ционного аппарата. Например, для
них характерна одна пара вырезок
в грудине, в то время как у всех остальных гусеобразных их две. Кроме того,
для пресбиорнитид характерна не развитая и не пневматизированная fossa
pneumotricipitalis плечевой кости, не сросшиеся с крестцом подвздошные
кости, а также примитивное строение квадратной кости, сближающее пресбиорнитид с примитивными курообразными, и общие пропорции задних
конечностей, как у фламинго и примитивных ржанкообразных (Feduccia,
1976; Olson and Feduccia, 1980; Mayr, 2009; Elzanowski and Stidham, 2010). Каудальные грудные позвонки у пресбиорнитид опистоцельные, в то время
как они гетероцельные не только у всех ныне живущих гусеобразных, но
и у большинства других птиц (Howard, 1955). Все это указывает на базальное положение пресбиорнисов по отношению к гусеобразным. Однако если
считать, что пресбиорнитиды ответвились в эволюции гусеобразных ранее,
чем паламедеи и полулапчатый гусь, то приходится признать независимое
происхождение аппарата фильтрационного питания в двух группах гусеобразных птиц.
Можно предложить еще одно решение для данной проблемы. Помещение пресбиорнитид базально на филогенетическом дереве гусеобразных
(рис. 1) не противоречит единству происхождения аппарата фильтрационного питания в этой группе, если предположить, что у паламедей эта черта
редуцировалась вторично. Рудименты аппарата фильтрационного питания, действительно, были найдены у паламедей (Olson and Fedducia, 1980).
Ранняя эволюция гусеобразных…
16 3
Результаты кладистического анализа, указывающие на сестринское родство
пресбиорнитид и утиных, могут быть объяснены эффектом искусственного
умножения синапоморфий, возникающего в результате того, что множество
признаков черепа, закодированных как независимые, на самом деле эволюционируют связанно, поскольку являются компонентами челюстного аппарата этих птиц (Зеленков, 2011). Как было показано (Зеленков, 2011), признак,
возникший единожды в эволюции, может проявляться в удаленных частях
филогенетического дерева, поэтому появление аппарата фильтрационного
питания в разных ветвях кладограммы не следует считать свидетельством
гомопластического сходства.
Литература
Зеленков Н. В. 2011. Морфологичские гемиплазии в кладистических исследованиях
филогении (на примере птиц) // Зоол. журн. Т. 90. № 7. С. 1–8.
Зеленков Н. В. 2012. Новая утка из среднего миоцена Монголии и замечания по эволюции уток в раннем неогене // Палеонтол. журн. (в печати)
Поповкина А. Б., Поярков Н. Д. 2002. История исследований филогенетических отношений и построения систем гусеобразных (Anseriformes) // Казарка. № 8. С. 41–77.
Cracraft J., Barker F. K., Braun M. J., Harshman J., Dyke G. J., Feinstein J., Stanley S., Cibois A., Schikler P., Beresford P., García-Moreno J., Sorenson M. D., Yuri T., Mindell D. P. 2004. Phylogenetic relationships among modern birds // Cracraft J., Donoghue M. J. (eds.). Assembling the tree of life. N.Y.: Oxford University Press. P. 468-489.
Elzanowski A., Stidham T. A. 2010. Morphology of the quadrate in the Eocene anseriform
Presbyornis and extant galloanserine birds // J. Morphol. Vol. 271. P. 305-323.
Eo S. H., Bininda-Emonds O. R. P., Carroll J. P. A phylogenetic supertree of the fowls
(Galloanserae, Aves) // Zool. Scr. 2009. Vol. 38. P. 465–481.
Feduccia A. 1976. Osteological evidence for shorebird affinities of the flamingos // Auk.
Vol. 93. P. 587–601.
Feduccia A. 1999. The origin and evolution of birds, 2nd ed. New Heaven, London: Yale
University Press. 466 p.
Hackett S. J., Kimball R. T., Reddy S., Bowie R. C. K., Braun E. L., Braun M. J., Chojnowski J. L., Cox W. A., Han K. L., Harshman J., Huddleston C. J., Marks B. D., Miglia K. J.,
Moore W. S., Sheldon F. H., Steadman D. W., Witt C. C., Yuri T. 2008. A phylogenomic
study of birds reveals their evolutionary history // Science. Vol. 320. P. 1763–1768.
Howard H. 1955. A new wading bird from the Eocene of Patagonia // Am. Museum Novit.
No 1710. P. 1–25.
Kurochkin E. N., Dyke G. J. 2010. A large collection of Presbyornis (Aves, Anseriformes,
Presbyornithidae) from the late Paleocene and early Eocene of Mongolia // Geol. J.
Vol. 45. P. 375–387.
Kurochkin E. N., Dyke G. J., Karhu A. A. 2002. A new presbyornithid bird (Aves, Anseriformes) from the Late Cretaceous of Southern Mongolia // Amer. Museum Novit.
No 3386. P. 1–11.
Livezey B. C. 1986. A phylognetic analysis of recent anseriform genera using morphological
characters // Auk. Vol. 103. P. 737–754.
164
Н. В. Зеленков
Livezey B. C., Zusi R. L. 2007. Higher-order phylogeny of modern birds (Theropoda, Aves:
Neornithes) based on comparative anatomy. II. Analysis and discussion // Zool. J. Linn.
Soc. Vol. 149. P. 1–95.
Mayr G. 2009. Paleogene fossil birds. Heidelberg: Springer. 262 p.
Noriega J. I., Tambussi C. P. 1995. A late Cretaceous Presbyornithidae (Aves: Anseriformes)
from Vega Island, Antarctic Peninsula: palaeobiogeographic implications // Ameghiniana. Vol. 32. P. 57–61.
Olson S. L. 1985. The fossil record of birds // Farner D. S. King J. R., Parkes K. C. (eds.). Avian
Biology. Vol. 8. N.Y.: Academ. Press. P. 79–238.
Olson S. L., Feduccia A. 1980. Presbyornis and the origin of the Anseriformes (Aves: Charadriomorphae) // Smiths. Contrib. Zool. Vol. 323. P. 1–24.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
16 5
Динамика морфофункционального состояния
периферической крови миноги речной (Lampetra fluviatilis) как следствие голодания
и изменения функционирования очагов
кроветворения в преднерестовый период
Т. И. Иванова1, А. И. Шакирова2, И. В. Кудрявцев3
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова РАН, СанктПетербург, Россия; e-mail: [email protected]
2
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия;
e-mail: [email protected]
3
Научно-исследовательский институт экспериментальной медицины Северо-западного
отделения РАМН, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
1
Важность изучения морфофункционального состояния клеток крови миноги речной Lampetra fluviatilis в постэмбриональном онтогенезе связана с тем,
что из-за эволюционно сложившихся анатомо-физиологических особенностей в преднерестовый период, завершающий их единственный жизненный
цикл, взрослые животные не питаются.
С октября по май/июнь (до нереста) они существуют за счет более не возобновляемых экзогенных энергетических и метаболических субстратов — жировых депо, образовавшихся во время морского нагульного периода в мышечной ткани и адипоцитах эпиневрального жирового тяжа (Горышина и Чага,
1990; Иванова-Берг и Соколова, 1959). Поскольку известно (Горышина и Чага,
1990; Amemiya et al., 2007; Percy and Potter, 1976, 1977; Potter et al., 1982; Tanaka,
1981; Youson, 1971), что из трех очагов кроветворения у взрослых животных
изучаемого вида до нереста активным остается только очаг, локализованный в эпиневральном жировом тяже (Иванова и Шакирова, 2011), то в преднерестовый период адипоциты (жировые клетки) являются единственным
источником экзогенных метаболитов для гемопоэза форменных элементов.
Состояние метаболической и энергетической депрессии, приводит к снижению способности клеток адаптироваться к условиям стресса (Kondo et al., 2005;
Levine, 2005; Hait et al., 2006). По указанным выше причинам, преднерестовые
миноги существуют в условиях нарастающей метаболической и энергетической депрессии (Савина и др., 1993), распространяющейся на все органы,
ткани и их клетки. Дефицит метаболитов и энергии, кроме того, может приводить к изменениям морфофункционального состояния и гибели клеток,
в том числе клеток крови, в преднерестовом периоде у миног. Но, как правило, пути гибели клеток исследуются на моделях, индуцированных различными искусственными воздействиями. В отличие от таких моделей ядерные эритроциты (RBC) преднерестовых миног могут служить уникальной природной
моделью для изучения путей гибели клеток и изменений их морфофункционального состояния, вызванных метаболической и энергетической депрессией. В связи с изложенным выше нами было проведено изучение динамики
морфофункционального состояния периферической крови миноги речной
(Lampetra fluviatilis) как следствия голодания и изменения функционирования
166
Т. И. Иванова, А. И. Шакирова, И. В. Кудрявцев
Рис. 1. Мазки периферической крови миноги речной в преднерестовый период. Окраска по
методу Романовского-Гимза-Май-Грюнвальда. А — проэритробласт; B — пойкилоцитоз незрелых RBC; C — шистоцит; D — нарушение осмотической резистентности мембран RBC
и полиморфизм ядер; E — макрофаг; фагоцитирующий разрушающиеся RBCs; F — лимфобласт
очагов кроветворения в преднерестовый период. В работе были использованы методы световой микроскопии на парафиновых срезах тканей предметаморфозных личинок миног и взрослых животных разных преднерестовых
сроков, окрашенных гематоксилином-эозином. Мазки цельной крови миног
разных преднерестовых сроков окрашивали специфическим гематологическим методом Романовского-Гимза-Май-Грюнвальда. Фиксированные клетки фракций (RBC) тех же животных окрашивали также и флуоресцентным
красителем пропидий иодидом (PI), который связывается с фосфатными
группами молекул ДНК хромосом, и затем исследовали методом проточной
цитометрии.
При изучении окрашенных срезов было обнаружено, что в эпиневральном
жировом тяже кроветворная активность начинает впервые проявляться уже
у пескороек в предметаморфозе (длина тела животного — 13 см). У взрослых
животных в течение всего преднерестового периода только этот очаг кроветворения остается активным. По мере приближения нереста (май — июнь)
в нем происходит резкое уменьшение жировой ткани. При изучении мазков
крови и подсчете численности клеток периферической крови было обнаружено нарастающее с приближением нереста уменьшение количества клеток
за счет эритроцитов. Приблизительно за месяц до нереста был зафиксирован
резкий выброс в периферическую кровь незрелых форм RBC, и, как результат, в ней присутствовали все стадии созревания RBC, при этом были выявлены разнородные по морфологии клетки (рис. 1А–D). Начиная с конца апреля
и до нереста, в крови миног были обнаружены только незрелые и погибающие формы RBC. Кроме того, в промежутке март–апрель был отмечен всплеск
активности макрофаговой функции (рис. 1E), а вслед за этим было отмечено усиление процесса лимфоцитопоэза (рис. 1F). Его задача — обеспечение
клеткам лимфоцитарного ряда возможности купировать результаты массовой гибели, а затем уничтожения макрофагами незрелых форм RBC. Анализ
данных, полученных методом проточной цитометрии, показал (рис. 2А), что
в начале преднерестового периода пик флуоресценции PI соответствовал
свечению неделящихся диплоидных клеток. Как видно на рис. 2D, у миног
тех же сроков этим данным соответствовало и морфологическое состояние
имеющих нормальную форму клеток крови и их ядер, в которых отсутствовали признаки деления. В весенние сроки у преднерестовых миног флуоресцентный сигнал от PI, регистрируемый проточным цитометром (рис. 2B,
С), соответствовал детекции свечения делящихся клеток, тетраплоидных по
содержанию ДНК. На первый взгляд эти данные следовало бы интерпретировать как усиление митотической активности RBC периферической крови
Динамика морфофункционального состояния…
167
Рис. 2. Сопоставление данных о состоянии клеток крови миноги речной в преднерестовый
период, полученных методами: проточной цитометрии (А-C) и световой микроскопии (D-G).
Окраска мазков крови по методу Романовского-Гимза-Май-Грюнвальда
весенних преднерестовых миног. Однако, морфофункциональное состояние
клеток крови весенних животных (рис. 2E, F, G) не только не обнаруживало
признаков деления RBC, но в начале апреля (рис. 2E) они имели резко уменьшенные размеры, а их ядра находились в сжатом, пикноморфном состоянии.
В мае (рис. 2F, G) было обнаружено набухание агрегирующих эритроцитов,
с выраженными признаками разрушения клеточных и ядерных мембран;
ядерный хроматин при этом был резко деконденсирован. При интерпретации данных, полученных методами проточной цитометрии и световой
микроскопии мазков периферической крови, между которыми у весенних
миног на первый взгляд было обнаружено отсутствие корреляции, следует
учитывать механизм связывания красителя PI с ДНК. Флуоресцентный сигнал от PI, полученный в начале апреля, который без учета данных световой
микроскопии указывал на тетраплоидное содержание ДНК делящихся клеток, можно объяснить тем, что в ядрах этих эритроцитов фосфатные группы молекул ДНК конденсированного хроматина расположены ближе друг
к другу, чем у осенних миног. Это вызвало наложение свечения соседних
молекул PI, лазер детектировал его как более яркое, и пик флуоресценции
был смещен, как у делящихся клеток. В мае хроматин ядер RBC оказался почти полностью деконденсирован и более доступен для взаимодействия с PI.
Фосфатные группы молекул его ДНК могли поэтому более полно связываться
с красителем. Таким образом, сигнал от PI и у RBC в мае был также смещен
в ту же сторону, как у делящихся клеток. Таким образом, при идентификации путей гибели клеток не достаточно оперировать данными, полученными только каким-либо одним инструментальным методом исследования,
например, таким как проточная цитометрия фиксированных и окрашенных
PI клеток. Необходимо использовать комплекс инструментально-технологических методов с обязательным применением адекватного специфического
морфологического контроля.
168
Т. И. Иванова, А. И. Шакирова, И. В. Кудрявцев
Литература
Горышина Е. Н., Чага О. Ю. 1990. Сравнительная гистология тканей внутренней среды с основами иммунологии. Л.: Изд-во ЛГУ. 320 с.
Иванова-Берг М. М., Соколова М. М. 1959. Сезонные изменения состава крови речной
миноги (Lampetra fluviatilis) // Вопросы ихтиологии. № 13. С. 156–162.
Иванова Т. И., Шакирова А. И. 2011. Перераспределение функциональной активности
в очагах кроветворения у миноги речной Lampetra fluviatilis в постэмбриональном
онтогенезе. (В печати)
Савина М. В., Иванова Т. И., Егоянц М. А. 1993. Митохондрии некоторых пойкилотермных позвоночных: окислительное фосфорилирование и адениновые нуклеотиды // Журн. эволюц. биохимии и физиологии. Т. 29. № 2. С. 113–119.
Amemiya C. T., Saha N. R., Zapata A. G. 2007. Evolution and development of immunological
structures in the lamprey // Curr. Opin. Immunol. Vol. 19. P. 535–541.
Hait W. N., Jin S., Yang J. M. 2006. A matter of life or death (or both): understanding
autophagy in cancer // Clin. Cancer Res. Vol. 12. P. 1961–1965.
Kando Y., Kanzawa T., Sawaya R., Kondo S. 2005. The role of autophagy in cancer
development and response to therapy // Nat. Rev. Cancer. Vol. 5. P. 726–734.
Levine B. 2005. Eating oneself and uninvited guests: autophagy-related pathways in cellular
defense // Cell. Vol. 120. P. 159–162.
Percy L. R., Potter I. C. 1976. Blood cell formation in the River lamprey, Lampetra fluviatilis //
J. Zool., Lond. Vol. 178. P. 319–340.
Percy L. R., Potter I. C. 1977. Changes in haemopoietic sites during the metamorphosis of the
lampreys Lampetra fluviatilis and Lampetra planeri // J. Zool., Lond. Vol. 183. P. 111–123.
Potter I. C., Percy L. R., Barber D. L., Macey D. J. 1982. The biology of lampreys //
Hardisty M. W., Potter I. C. (eds.). Vol. 4A. The morphology, development and
physiology of blood cells. London: Academic Press. P. 233-292.
Tanaka Y., Saito Y., Gotoh H. 1981. Vascular architecture and intestinal haemopoietic
nests of two cyclostomes, Eptatretus burgeri and ammocoetes of Entosphenus reissneri: A
comparative morphological study // J. Morphol. Vol. 170. P. 71–93.
Youson J. H. 1971. Blood cell destruction in the opisthonephric kidney of the sea lamprey,
Petromyzon marinus L. // Can. J. Zool. Vol. 49. P. 962–963.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
169
Заражение цестодами и активность
пищеварительных ферментов хозяев
Г. И. Извекова1, М. М. Соловьев2
1
2
Институт биологии внутренних вод РАН, Борок, Россия; e-mail: [email protected]
Институт систематики и экологии животных СО РАН, Новосибирск, Россия;
e-mail: [email protected]
Пищеварительные ферменты по-разному локализуются в слизистой кишечника и по длине пищеварительного тракта. У рыб распределение и уровень активности этих ферментов варьируют в зависимости от типа питания
и морфологии кишечника. Для кишечников рыб описаны как проксимо-дистальные, так и радиальные градиенты активности различных гидролаз (Уголев и Кузьмина, 1993; Lundstedt et al., 2004).
Одним из факторов, влияющих на уровень активности пищеварительных
ферментов, может быть заражение паразитами, и в частности цестодами. Работы, касающиеся влияния паразитов на активность пищеварительных ферментов хозяев, немногочисленны, а приведенные в них сведения противоречивы. Заражение паразитами может ограничивать возможности приема
пищи у хозяев, что влечет за собой изменение каталитической способности
ферментов кишечника (Куровская, 1991).
Цель работы — исследовать распределение активности различных пищеварительных ферментов вдоль кишечника рыб и установить влияет ли заражение цестодами на уровни активности этих ферментов.
Объектами исследования служили рыбы лещ Abramis brama (Linnaeus),
щука Esox lucius Linnaeus, налим Lota lota (Linnaeus), не зараженные и зараженные цестодами Caryophyllaeus laticeps (Pallas), Triaenophorus nodulosus (Pallas)
и Eubothrium rugosum (Batch) соответственно. У исследованных рыб в слизистой кишечника определены суммарная активность протеиназ (активность
трипсина КФ 3.4.21.4, химотрипсина КФ 3.4.21.1 и дипептидаз КФ 3.4.13.1–
3.4.13.11), амилазы (КФ 3.2.1.1), липазы (неспецифические липазы КФ 3.1.1)
и эстераз (неспецифические эстеразы КФ 3.1.1). Для идентификации различных подклассов протеиназ использованы ингибиторы PMSF (фенил-метилсульфонил-флуорид) — ингибитор сериновых протеиназ, EDTA (этилендиаминтетрауксусная кислота) — ингибитор металлопротеаз, Е-64 — ингибитор
цистеиновых (тиоловых) протеиназ.
Установлено, что в 1-м отделе кишечника лещей черви отсутствуют, наибольшее их количество обнаружено в 3-м и 4-м отделах. Активность пищеварительных гидролаз проявляется на всем протяжении кишечника, как у зараженных, так и у незараженных особей. Наибольшая общая протеолитическая
активность у незараженных лещей обнаружена в 5–6-м отделах. Более высокая активность амилазы у этой же группы рыб отмечена в 3-м и 7-м отделах,
а самая низкая – во 2-м. Активность липазы возрастает от 1-го к 5-му отделу
и снижается в 6-м и 7-м отделах. Активность эстераз на протяжении всего кишечника колеблется в небольших пределах и несколько увеличивается в 7‑м
отделе.
170
Г. И. Извекова, М. М. Соловьев
Прослеживается тенденция к уменьшению активности пищеварительных
гидролаз в большинстве отделов при заражении леща цестодами Caryophyllaeus laticeps. Однако связи между распределением червей вдоль кишечника
и уровнями активности пищеварительных гидролаз не обнаружено.
Установлено, что при заражении леща цестодами не только снижается
активность протеаз, но и изменяется соотношение активностей различных
их подклассов в каждом исследованном отделе. У зараженных особей в большинстве отделов увеличивается относительное количество сериновых, цистеиновых и металлопротеиназ (особенно значительно — двух последних
подклассов) и понижается доля прочих протеиназ. Наиболее заметно по соотношению различных подклассов протеиназ у незараженных и зараженных
рыб отличаются 3-й и 4-й отделы кишечника. В этих же отделах отмечено
большее количество червей. Так, у незараженных рыб в 3-м и 4-м отделах
активность прочих протеиназ составляет около 66% в каждом, а у зараженных — 22% и 3% соответственно. В то же время активность металлопротеиназ
в этих отделах увеличивается с 2% у незараженных особей до 25–28% у зараженных. Увеличение относительной активности металлопротеиназ у зараженных цестодами рыб может быть связано с количественными и качественными изменениями их микрофлоры (Извекова, 2006). У зараженных лещей
также увеличивается доля цистеиновых протеиназ, и прежде всего внутриклеточной протеиназы — катепсина В. Это можно объяснить тем, что клетки
эпителия кишечника повреждаются прикрепительными аппаратами цестод,
вследствие чего высвобождаются внутриклеточные протеазы.
Установлено, что активность исследованных ферментов вдоль кишечника
щуки изменяется по-разному. Так, активность протеаз достоверно (р<0.05)
увеличивается от передних отделов к задним, в то время как активность
амилазы (р<0.05) — уменьшается. Активность липаз и эстераз на протяжении кишечника щуки изменяется незначительно. Заражение Triaenophorus
nodulosus заметно влияет только на активность протеиназ — у зараженных
щук вдоль всего кишечника общая протеолитическая активность выше, чем
у незараженных. При сравнении суммарной активности одноименных ферментов у зараженных и незараженных щук различий в уровнях активности
ферментов между исследованными группами рыб не установлено. Отмечена
тенденция к увеличению суммарной активности протеаз у зараженных щук
по сравнению с незараженными. Коэффициент К/П (отношение активности карбогидраз к активности протеаз) у зараженных рыб равен 0.19, а у незараженных — 0.26. Это свидетельствует об изменении соотношения уровней активности ферментов у зараженных рыб в сторону увеличения доли
протеиназ.
По степени зараженности Eubothrium rugosum налимы были разделены на 3
группы: I — сильно зараженные, II — слабо зараженные, III — незараженные.
Установлено, что у зараженных налимов I и II групп протеолитическая и амилолитическая активности вдоль всего кишечника ниже, чем у незараженных.
Это справедливо как для пилорических придатков — месте прикрепления
червей, так и для следующих отделов кишечника. У зараженных налимов
активность протеаз распределена вдоль кишечника равномерно, в то время
как у незараженных рыб отмечено повышение протеолитической и снижение амилолитической активности во 2-ом отделе. Кроме того, заражение
Заражение цестодами и активность пищеварительных ферментов… 171
изменяет соотношение уровней активности амилаз и протеаз в сторону снижения доли последних.
Проведенные исследования подтвердили неравномерный характер распределения активности пищеварительных ферментов вдоль кишечного тракта рыб. Распределение активности различных ферментов у изученных рыб
имеет видовые особенности. Снижение ферментативной активности у зараженного цестодами леща и налима вероятно связано с адсорбцией части
ферментов на тегументе цестод. В результате адсорбции ферментов хозяина
и их использования в процессах гидролиза пищевых веществ цестоды получают кинетические преимущества при поглощении образующихся мономеров
(Кузьмина и др., 2000). Уменьшение активности протеолитических ферментов у зараженных рыб также возможно связано с частичным их ингибированием на поверхности цестод, что рассматривается как один из механизмов
защиты гельминтов от воздействия протеиназ хозяев (Pappas and Read, 1972).
Высокая протеолитическая активность в кишечнике зараженных Triaenophorus nodulosus щук может объясняться тем, что в период исследования (май)
в щуке находились зрелые черви с яйцами, готовые к дестробиляции. Возможно, процесс дестробиляции осуществляется за счет выделения паразитом
протеаз для разрушения связи между члениками. За счет этих протеаз может
происходить некоторое увеличение протеолитической активности кишечника рыб. При этом известно, что в зрелых члениках задней части стробилы,
наполненных яйцами, наблюдаются значительные изменения ультраструктуры покровов: исчезновение или редукция микротрихий, набухание и вакуолизация митохондрий и деструкция клеток тегумента. Перечисленные
признаки отражают нарушение трофической и защитной функций покровов этой части стробилы перед отторжением зрелых члеников (Куперман,
1988). Кроме того, увеличение протеолитической активности у зараженных
щук может быть связано с повреждениями слизистой кишечника прикрепительными аппаратами цестод (Пронина и Пронин, 1988) и выходом внутриклеточных протеиназ в просвет кишечника.
Таким образом, заражение цестодами по-разному сказывается на активности пищеварительных ферментов хозяев. Так, при заражении леща цестодами Caryophyllaeus laticeps понижается активность протеиназ и липазы
и изменяется процентное соотношение активности различных подклассов
протеиназ. Снижение активности протеиназ и амилаз вызывает заражение
налима Eubothrium rugosum. При инвазии щук Triaenophorus nodulosus отмечено
повышение протеолитической активности в кишечнике хозяина. Различия
во влиянии цестод на активность пищеварительных ферментов их хозяев
связаны как с видовыми особенностями рыб и цестод, так и, по-видимому,
со стадией зрелости червей и степенью повреждения слизистой кишечника
хозяина прикрепительными аппаратами паразита.
Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект № 10-04-00204-а.
172
Г. И. Извекова, М. М. Соловьев
Литература
Извекова Г. И. 2006. Гидролитическая активность ферментов микрофлоры и ее роль
в процессах пищеварения у леща и паразитирующего в его кишечнике Caryophyllaeus laticeps (Cestoda, Caryophyllidea) // Изв. РАН. Сер. биол. № 3. С. 358–364.
Кузьмина В. В., Извекова Г. И., Куперман Б. И. 2000. Особенности физиологии питания
цестод и их хозяев - рыб // Усп. совр. биол. Т. 120. № 4. С. 384–394.
Куперман Б. И. 1988. Функциональная морфология низших цестод. Л.: Наука. 167 с.
Куровская Л. Я. 1991. Сопряженность процессов пищеварения в системе Bothriocephalus
acheilognathi — карп // Паразитология. Т. 25. № 5. С. 441–449.
Пронина С. В., Пронин Н. М. 1988. Взаимоотношения в системах гельминты — рыбы
(на тканевом, органном и организменном уровнях). М.: Наука. 176 с.
Уголев А. М., Кузьмина В. В. 1993. Пищеварительные процессы и адаптации у рыб.
С-Пб.: Гидрометеоиздат. 238 с.
Lundstedt L. M., Melo J. F. B., Moraes G. 2004. Digestive enzymes and metabolic profile of
Pseudoplatystoma orruscans (Teleostei: Siluriformes) in response to diet composition //
Comp. Biochem. Physiol. Vol. 7B. P. 331–339.
Pappas P. W., Read C. P. 1972. Trypsin inactivation by intact Hymenolepis diminuta //
J. Parasitol. Vol. 58. P. 864–871.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
173
Структурно-функциональная эволюция
сенсорной поверхности осфрадия
переднежаберных моллюсков
Н. Н. Камардин1
1
Санкт-Петербургский Научно-исследовательский Центр экологической безопасности РАН,
Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
Методами электронной микроскопии у представителей переднежаберных моллюсков разных семейств исследована ультраструктура сенсорных
элементов хемосенсорного осфрадиального мантийного органа. Для функционирования осфрадиев, наряду с особенностями их ультраструктуры и
рецепторно-канальной организации апикальной мембраны, важны также
условия рецепции, которые создаются в результате взаимодействия периферических отростков рецепторных клеток (РК) с определенным видом опорных клеток (ОК) (Камардин и Ноздрачев, 2004). В осфрадиях представителей
разных семейств моллюсков удалось выделить 5 видов сенсорных комплексов, представляющих собой повторяющиеся на осфрадиальной поверхности
группы опорных и рецепторных клеток. Предполагается, что эти комплексы
ответственны за восприятие определенных модальностей внешнего сигнала.
Было обнаружено, что концентрация того или иного сенсорного комплекса приурочена к определенной зоне на осфрадиальной поверхности. Такая
пространственная организация рецепторной поверхности придает всему
органу ряд морфологических особенностей, которые коррелируют с образом жизни и способом питания животных. Показано, что наиболее простое
строение имеют осфрадии у пресноводных представителей семейства Viviparidae. Схематический вид такого сенсорного комплекса представлен на
рисунке 1A. Такие комплексы обычно располагаются на поверхности центральной части осфрадиального валика. Многочисленные периферические
отростки РК снабжены 1-3 обычными ресничками, свободно выступающими
над поверхностью осфрадия (рис. 1A). Мерцательные и секторные ОК располагаются неупорядоченно. Можно предположить, что просто устроенный
сенсорный комплекс Viviparidae, по-видимому, является полимодальным
и может воспринимать не только химические, но и механические и осмотические стимулы.
Важным этапом эволюции осфрадиев является появление дифференцировки сенсорной поверхности на латерально расположенные зоны мерцательных опорных клеток и центральную рецепторную зону. В результате
у представителей всех исследованных морских моллюсков, включая Littorinidae, имеющих оформленную рецепторную зону в осфрадии, появляются
два новых сенсорных комплекса. Первый из этих комплексов располагается
по всей рецепторной зоне и содержит ОК с длинными микроворсинками,
формирующими особое пространство на сенсорной поверхности, в котором
располагаются реснички рецепторных клеток. В электронно-светлой цитоплазме периферического отростка рецепторных клеток этого комплекса
174
Г. И. Извекова, М. М. Соловьев
Рис. 1. Вероятная эволюционная дифференцировка сенсорной поверхности осфрадиев переднежаберных моллюсков
были обнаружены митохондрии и микротрубочки, а на апикальной поверхности 1-2 видоизмененные цилии с аномальным набором (8х2+2; 8х2) трубчатых фибрилл (рис. 1B). Сенсорные цилии этого комплекса не выступают
над поверхностью и защищены кутикулоподобным слоем микроворсинок
от механических стимулов. Слой микроворсинок, очевидно, играет роль
Структурно-функциональная эволюция…
175
электрического изолятора, сохраняя специфическую ионную среду, необходимую для успешной трансдукции химического сигнала. Кроме того, слой
близко расположенных мембранных структур во взаимодействии с гликокаликсом и слизью играет роль идеальной ловушки для запаховых молекул,
абсорбируя их и, тем самым, повышая их концентрацию вокруг рецепторных
цилий (Винников, 1991). Такой сенсорный комплекс, очевидно, выполняет
только хемосенсорную функцию. На границах, между латеральными мерцательными и рецепторной зоной располагается область локализации второго
нового сенсорного комплекса. Он состоит из видоизмененых микроворсинчатых ОК и периферических отростков РК. Микроворсинки ОК расширенны,
а их мембраны плотно сомкнуты в области расширения, изолируя от окружающей среды небольшое пространство над апикальной поверхностью клеток (рис. 1С). В этом пространстве располагаются короткие видоизмененные
цилии многочисленных периферических отростков РК. Предполагается, что
этот комплекс осуществляет функцию осморецепции. Большие, плотно сомкнутые микроворсинки ОК этого комплекса могут играть роль осмометров,
варьируя свой объем при изменении осмотичности среды. Эти изменения
могут воспринимать расположенные рядом (1.5 мкм) цилии РК (рис. 1С).
Обращает на себя внимание принципиальная схожесть осморецепторов
в осфрадиях моллюсков и в сосудистом русле позвоночных. В обоих случаях
обнаруживается связь между изменяющими объем везикулярными структурами опорных клеток и нервными окончаниями периферической нервной
системы.
У плотоядных морских моллюсков из семейств Muricidae и Naticidae (Murex
saxatils, Cryptonatica clausa и др.), имеющих осфрадии ктенидиального типа,
встречается еще один тип сенсорного комплекса (рис. 1D). Он располагается
в рецепторной зоне лепестков осфрадия, имеющих ресничные ОК. На апикальной поверхности периферического отростка РК, как и в предыдущих
комплексах, имеются 1-2 видоизмененных цилии без корешков. Периферические отростки РК достигают поверхности осфрадия изолированно. При
этом отмечается тенденция их концентрации вокруг ресничных ОК (рис. 1D).
Как известно, изоляция опорными клетками вершин рецепторных клеток облегчает генерацию ими рецепторного потенциала, а соединение нескольких
предположительно одномодальных рецепторных отростков в единое целое
посредством шипикообразных структур и плотных контактов, способствует
генерализации возбуждения за счет одновременной активации нескольких
РК и, как результат, уменьшению пороговой величины химического стимула (Бронштейн, 1977). Концентрация периферических отростков РК вокруг
мощной ресничной клетки, активно перемещающей жидкость, обеспечивает
приток новых химических раздражителей взамен старых, уже прореагировавших; их изоляция микроворсинками ОК предотвращает возможное механическое воздействие от движущихся ресничек ОК. Таким образом, осфрадий
плотоядных моллюсков включает, по крайне мере, 3 различных по ультраструктурной организации сенсорных комплекса, выполняющих хемо- и осморецепторные функции.
Для хищных морских моллюсков семейств Connidae и Nassariidae (Nassarius globosus, Conus leopardus и др.), активно разыскивающих своих жертв по
запаху, к ранее описанным клеточным комплексам (за исключением самого
176
Г. И. Извекова, М. М. Соловьев
простого — первого) добавляется еще один новый. На поверхности сложноустроенного осфрадия ктенидиального типа этих моллюсков (вдоль расположенных на боковых поверхностях лепестков и на вентральном крае лепестков
около зон ресничных ОК) обнаружены одиночные, одинаково ориентированные структуры из 7-15 соединенных вместе цилий (рис. 1E). Группа таких цилий принадлежат одной РК. Апикальный отдел этой РК имеет более
электронно-прозрачную цитоплазму, вытянутые митохондрии и ориентированные продольно микротрубочки. Цилии не имеют корешков, соединены
между собой выростами на наружной мембране и дополнительно склеены
гликокаликсоподобным веществом. Их ориентация повторяет направление
движения жидкости вдоль лепестка осфрадия. Такая же ориентация цилий
обнаружена в чувствительных к ветру сенсиллах насекомых (Тыщенко, 1977).
На основании этого можно предположить, что в осфрадиях такие РК осуществляют механосенсорную функцию, отслеживая направление и силу движения воды. В остальном ультраструктура ОК и РК осфрадиев хищных моллюсков сходна с таковой у Littorina, Natica и Murex. Таким образом, осфрадий
ряда хищных Prosobranhia устроен наиболее сложно и включает, по крайней
мере, 4 различных сенсорных комплекса клеток, которые обеспечивают этим
животным возможность поиска пищи по запаху.
Таким образом, структурно-функциональная эволюция сенсорной поверхности осфрадия переднежаберных моллюсков идет в направлении ее специализации, приобретения характерных ультраструктурных особенностей
организации как собственно рецепторных элементов, так и окружающих их
опорных клеток, а также их взаимодействий.
Литература
Броншнейн А. А. 1977. Обонятельные рецепторы позвоночных. Л.: Наука, 159 с.
Винников Я. А. 1991. Эволюция вкуса и обоняния // Соколов В. Е. (ред.). Проблемы
химической коммуникации животных. М.: Наука. С. 4–12.
Камардин Н. Н., Ноздрачев А. Д. 2004. Осфрадиальные сенсорные системы моллюсков. СПб.: Изд-во СПбГУ. 171 с.
Тыщенко В. П. 1977. Основы физиологии насекомых. Т. 2. Физиология информационных систем. Л.: ЛГУ. 173 с.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
17 7
Детали строения половой системы
вестиментифер
Н. П. Карасева1, В. В. Малахов1, С. В. Галкин2
Московский государственный университет, Москва, Россия;
e-mail: [email protected] (Н. П. Карасева)
2
Институт океанологии им. П. П. Ширшова, Москва, Россия
1
Вестиментиферы — раздельнополые животные. Функцию гонад у обоих
полов выполняют половые целомы, являющиеся компартментами целома туловищного отдела. Полости целомов связаны со внешней средой посредством
пары гонодуктов.
Мужская половая система симметрична у Oasisia alvinae и других изученных в отношении мужской половой системы видов вестиментифер, а именно: Lamellibrachia barhami, Lamellibrachia luymesi, Ridgeia piscesae и Riftia pachyptila
(см. Land and Nørrevang, 1977; Webb, 1977; Jones and Gardiner, 1993). У самцов O. alvinae в задней части туловищного отдела каждый половой целом
формирует множество мешковидных выпячиваний, представляющих собой
семенники. Они плотно контактируют с дольками трофосомы и настолько
плотно контактируют с ее тканью, что практически погружены вглубь нее.
Полости семенников изученных экземпляров были заполнены сперматоцитами, находящимися на различных стадиях дифференцировки. Так же как у O.
alvinae, семенники L. luymesi ветвистые, дистальные их участки окружены трофосомой (Land and Nørrevang, 1977; Southward and Coates, 1989). У O. alvinae
и L. luymesi герминативный эпителий у самцов локализуется в семенниках по
всей длине полового целома (Land and Nørrevang, 1977). У L. barhami половые
клетки продуцируются полосками герминативного эпителия только в задней
части половых целомов (Webb, 1977). По ходу полового целома у последнего
вида имеются выпячивания — семенные мешки, запасающие сперму, произведенную в задней части полового целома. Семенные мешки обнаружены
также у L. barhami, L. luymesi и R. piscesae (см. Land and Nørrevang, 1977; Webb,
1977; Southward and Coates, 1989). У исследованной нами O. alvinae, так же
как и у гигантской вестиментиферы R. pachyptila, семенных мешков тоже нет,
а сперматозоиды накапливаются непосредственно в передней половине каждого семяпровода (Jones and Gardiner, 1985).
Если у самок Oasisia alvinae функции яйцеводов выполняют вытянутые
в длину гонодукты, то у самцов как семяпроводы по существу функционируют суженные участки длинных половых целомов. В передней части туловищного отдела семенников нет. Дорсальная стенка каждого полового целома образует ресничный гребень. Передние участки половых целомов самца
образуют вздутия — семенные пузырьки, соединяющиеся между собой в самой передней части, где перегородка между половыми целомами отсутствует.
В отличие от самок, у самцов вестиментифер гонодукты короткие, их воронки
открываются в передние участки половых целомов. Со внешней средой они
контактируют посредством половых отверстий в задней части вестиментальной полости. Половые отверстия располагаются на дне ресничных бороздок,
178
Н. П. Карасева, В. В. Малахов, С. В. Галкин
служащих для переноса половых продуктов в переднюю часть вестиментального отдела.
Исследования микроскопической анатомии выявили, что у большинства
изученных видов (так же, как у исследованной нами Oasisia alvinae) женская
половая система диссимметрична (см. Webb, 1977; Gardiner and Jones, 1993;
Попеляев, 1995; Малахов и др., 1996). Только у R. pachyptila женская половая
система симметрична и оба половых целома простираются до конца туловищного отдела (Gardiner and Jones, 1993). Хилярио с соавторами отмечают
закономерность: женская половая система (симметричная или диссиметричная) у всех изученных гидротермальных вестиментифер (O. alvinae, R. pachyptila, Tevnia jerichonana, R. piscesae) простирается до конца туловищного отдела,
а у вестиментифер холодных просачиваний (Lamellibrachia luymesi, Lamellibrachia barhami и Seepiophila jonesi) занимает от половины до двух третей туловищного отдела (см. Hilario et al., 2005). У самок внутри каждого полового
целома проходит генитальный тяж, содержащий оогонии. В передней части
половые целомы самок O. alvinae сливаются друг с другом. В задние участки
половых целомов открываются воронки гонодуктов, при этом воронка правого гонодукта значительно крупнее, чем левого. Воронки также как и целомы,
асимметричны: воронка правого гонодукта значительно крупнее, чем левого.
У исследованных экземпляров в полости воронки были обнаружены дегенерирующие сперматозоиды, что позволяет предположить, что эти участки
половой системы выполняют функции сперматек. Аналогично В. В. Малахов
и др. (1996) описывает скопление сперматозоидов в половых воронках самки
R. piscesae, и Хилярио с соавторами (Hilario et al., 2005), исследовавшие половую
систему 5-и видов вестиментифер (L. luymesi, R. pachyptila, R. piscesae, S. jonesi,
T. jerichonana) выделяет как сперматеку область извитых половых протоков.
У исследованной нами O. alvinae гонодукт прежде чем открыться воронкой
в половой целом также принимает форму извитого канала, строение которого отличается от вышерасположенной части гонодукта. Гонодукты у самок
O. alvinae тянутся вдоль половых целомов в составе латеральных мезентериев.
Вблизи границы между туловищным и вестиментальным отделами гонодукты изгибаются на дорсальную сторону и расширяются, формируя яйцевые
мешки. В дистальной части яйцевые мешки сужаются и сообщаются с внешней средой половыми отверстиями, открывающимися в задней части вестиментальной полости. У R. pachyptila и L. luymesi также имеются яйцевые мешки
(Land and Nørrevang, 1977; Малахов и др., 1996; Hilario et al., 2005). У L. barhami
развит только левый яйцевой мешок (Webb, 1977). Половой диморфизм вестиментифер проявляется в том, что у самок в отличие от самцов нет ресничных
полосок или, если они имеются, то развиты значительно слабее, как, например, у R. piscesae (см. Southward and Coates, 1989). У самок O. alvinae ресничные
полоски имеются, но они лишены эпителиальных гребней и значительно короче, чем у самцов.
Детали строения половой системы вестиментифер…
179
Литература
Малахов В. В., Попеляев И. С., Галкин С. В. 1996. Микроскопическая анатомия Ridgeia
phaeophiale Jones, 1985 (Pogonophora, Vestimentifera) и проблема положения вестиментифер в системе животного царства. 4. Выделительная система, половая система, целом // Биол. моря. Т. 22. № 5. С. 137–149.
Попеляев И. С. 1995. Микроскопическая анатомия вестиментиферы Ridgeia phaeophiale
(Pogonophora, Vestimentifera). Дисс. канд.биол.наук. М.: МГУ МВ-1 биофак. 127 с.
Gardiner S. L., Jones M. L. 1993. Vestimentifera // Harrison F. W., Gardiner S. L. (eds.).
Microscopic anatomy of invertebrates. N.Y.: Wiley-Liss. Vol. 12. P. 371–460.
Hilário A., Young C. M., Tyler P. A. 2005. Sperm storage, internal fertilization, and embryonic
dispersal in vent and seep tubeworms (Polychaeta: Siboglinidae: Vestimentifera) // Biol.
Bull. Vol. 208. P. 20–28.
Jones M. L., Gardiner S. L. 1985. Light and scanning electron microscopic studies of
spermatogenesis in the vestimentiferan tube worm Riftia pachyptilla (Pogonophora:
Obturata) // T. Am. Microsc. Soc. Vol. 104. P. 1–18.
Land J. van der, Nørrerang A. 1977. Structure and relationship of Lamellibrachia (Annelida,
Vestimentifera) // K. Danske Vidensk. Selsk. Str. Vol. 21. P. 1–102.
Southward E. C., Coates K. A. 1989. Sperm masses and sperm transfer in a vestimentiferan,
Ridgeia piscesae Jones, 1985 (Pogonophora: Obturata) // Can. J. Zoology. Vol. 67.
P. 2776–2781.
Webb M. 1977. Studies on Lamellibrachia barhami (Pogonophora). II: The reproductive
organs // Zool. Jb. Abt. Anat. Ontog. Tiere. Vol. 97. P. 455–481.
180
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Сложность и простота организации
щетинкочелюстных как показатель
неравномерности темпов эволюционного
развития органов
А. П. Касаткина1, Г. И. Бурий2, М. В. Столярова3
Тихоокеанский океанологический институт ДВО РАН, г. Владивосток, Россия;
e-mail: [email protected]
2
Дальневосточный геологический институт ДВО РАН, г. Владивосток, Россия;
e-mail: [email protected]
3
Санкт-Петербургская государственная педиатрическая медицинская академия, СанктПетербург, Россия; e-mail: [email protected]
1
«Проблема взаимосвязи органов, становления этой взаимосвязи в филогенезе и примыкающие к ней вопросы специализации и вымирания являются одними из важнейших глав эволюционного учения. Несмотря на то, что
к этим вопросам приковано внимание морфологов, палеонтологов и эволюционистов, проблема преобразования корреляционных систем организмов
все еще остается одной из наименее изученных в биологии»: Воронцов (2004).
Большинство работ, подтверждающих и показывающих неравномерность
темпов преобразования биологически координированных органов в процессе специализации и проявление компенсации функций, относится к позвоночным животным (Воронцов, 2004). Подтверждение этой закономерности,
обоснованной Н. Н. Воронцовым, можно проследить и на примере щетинкочелюстных [Щ] (Chaetognatha). Эта загадочная по своему происхождению
группа животных интересна также своим исчезновением из палеонтологической летописи в конце триасового периода. На протяжении почти 370 млн лет
Chaetognatha были настолько массовыми, что останки их щетинок и зубчиков
служат ортостратиграфическим признаком при определении слоев от кембрия до триаса. Начиная с мела (около 190 млн лет) зубовидные элементы
исчезли из палеонтологической летописи, и группу животных, их имеющих,
считали вымершей. В результате кропотливого сравнительно-морфологического исследования зубного аппарата было показано (Szaniawski, 2002), что
древние конодонтовые элементы (зубы прото- и параконодонтов) являются
(соответственно) щетинками и зубчиками современных хетогнат — массовой
группы в морях и океанах в настоящее время. Позже в слоях фанерозоя были
обнаружены не только зубовидные их элементы, но и полные отпечатки. Самый древний отпечаток (возрастом в 1 млрд лет) примитивной хетогнаты
был обнаружен в слоях протерозоя — это первое билатерально-симметричное животное (Fedonkin, 2003); известны также отпечатки из слоев палеозойской эры: нижнего и среднего (420–520 млн. лет) кембрия (Walcott, 1911; Hu,
2005), а также отпечатки хетогнат из каменноугольного периода (300 млн.
лет). Палеонтологические отпечатки — прекрасный материал для понимания взаимосвязи органов, становления этой взаимосвязи в филогенезе и проблемы устойчивости организмов в резко изменяющихся условиях окружающей среды. Поскольку палеонтологический материал важен для понимания
Сложность и простота организации щетинкочелюстных…
181
эволюции группы, приводим краткие описания отпечатков. Все отпечатки
животных имеют как продольную, так и поперечную мускулатуру, хорошо
сформированную голову и шею, а также хватательный орган — щетинки.
У некоторых современных Щ сохранились еще мягкие щупальца, однако
на отпечатках древних Щ этой структуры не обнаружено, заметны только
своеобразно изогнутые (характерные исключительно для типа Щ) твердые
щетинки. Это — основные признаки типа Щ, сохранившиеся у современных
животных. На протерозойском отпечатке (на дорсальной стороне экземпляра) и на отпечатке из Нижнего Кембрия (также с дорсальной стороны) хорошо видны большие глаза с темным пигментом в центре и церебральный
ганглий впереди глаз.
Характерная черта Щ — сочетание примитивной общей организации
с высоко дифференцированными и своеобразными тканями. Примитивные
черты строения: отсутствуют не только отдельные органы (постоянные яйцеводы, семяпроводы), но и системы органов (выделительная и дыхательная).
Уникальны по своему строению многослойный кожный эпителий, его наличие — единственный случай среди беспозвоночных. Шестой тип межклеточных контактов, «мостичный» (Столярова и Касаткина, 1988; Касаткина
и Столярова, 2010) уникален для биоты в целом: он обнаружен только у Щ.
Своеобразная мышечная ткань, наличие эластоидина в плавниках хетогнат
(как у круглоротых и рыб) — это также единственный случай среди беспозвоночных животных. Исследование фосфолипидного состава выявило три
соединения, характерных только для Щ. Обнаружены вокруг рта клетки, выделяющие яд, сходный по своему составу с ядом гремучих змей. Морфология
спермиев щетинкочелюстных также достаточно уникальна. Сложно устроенные глаза имеют обзор 360°. Мерцательная петля (corona ciliata) — своеобразный орган, функционально сходный с боковой линией у рыб. Нервная система состоит из головных и брюшного ганглиев, контролирующих действия
Щ. Таким образом, общая организация животных направлена на успешный
захват добычи. В связи с этим темп преобразования органов, обеспечивающих поиск и захват добычи, значительно опережает образование остальных органов (отсутствуют яйцеводы) и тканей (отсутствует соединительная
ткань). Высокий уровень жизнеобеспечения достигается также присутствием
мультифункциональных клеток (в кожном и кишечном эпителиях: Sorokin
and Wyskwarzev, 1973; Столярова и Касаткина, 1990). Покровный эпителий
кроме защитной функции осуществляет роль выделительной и дыхательной
систем, способен к поглощению растворенной органики. В кишечном эпителии клетки, одинаковые по своему строению, выполняют как секреторную,
так и всасывающую функцию.
Известно (Pierce, 1951; Ghirardelli, 1965), что некоторые современные Щ обладают прекрасной регенерацией. Е. Пирс обнаружил, что у части пойманных
животных утрачена голова вместе с небольшой частью туловища и животные
находятся на разных стадиях регенерации головы. Голова начинает формироваться внутри сократившегося конца. Он приводит фотографии хетогнат
на разных стадиях регенерации головы. Е. Джирарделли наблюдал случаи
отрастания хвоста и заднего отдела тела у вида Spadella cephaloptera. Исключительную способность Щ к регенерации можно объяснить их особой организацией. В геофизически активных районах Щ часто утрачивают голову, но за
182
А. П. Касаткина, Г. И. Бурий, М. В. Столярова
счет питания растворенной органикой не погибают, а продолжают жить и даже
размножаются (Касаткина, 1995).
Предковые формы Щ обладали мощной поперечной мускулатурой, которая позволяла животным изгибаться как в дорсо-вентральном, так и в латеральном направлении. Вероятнее всего, в протерозое эти существа, судя по
отсутствию у них плавников или заменяющих их мешковидных желеобразных структур, не были планктонными, а, скорее всего, держались близко ко
дну, и, судя по изгибу тела в дорсо-вентральном направлении, двигались, как
и современные щетинкочелюстные — толчками, попеременно сжимая и разжимая мускулатуру в дорсо-вентральном направлении, но могли изгибаться
и в латеральном направлении, как современные Aberrospadella. Судя по четкой
линии головных щетинок, эти структуры не были мягкими, и, скорее всего, служили для захвата и удержания добычи, что подтверждает положение
о том, что: «Первые многоклеточные животные, скорее всего, были хищниками». «Холодные, богатые кислородом воды создавали более благоприятные условия для многоклеточных гетеротрофов» (Fedonkin, 2003). Строение
головы у протерозойских экземпляров (пармия — 1 млрд лет): церебральный
ганглий, крупные глаза, а также прозрачные клетки, имеющие сходство с альвеолярной тканью современных Щ, уникальной морфологической особенностью
этого типа, указывают на раннюю специализацию Щ. «Высокое содержание
кислорода позволяло многоклеточным достигать крупных размеров даже без
сложной дыхательной системы или пигментов типа гемоглобина» (Fedonkin,
2003). Вероятнее всего, современные Щ унаследовали от древних предков эту
особенность метаболизма — простейший способ клеточного кислородного
обмена всей поверхностью тела. Эволюция древнейших предков Щ шла по
пути развития более совершенных органов захвата пищи — щетинок (путем
скелетизации мягких щупалец). Судя по хорошо сформированной голове
у протерозойской пармии, Щ появились ранее 1 млрд лет назад, так как «по
молекулярно-генетическим данным («генные часы» и т. п.) многоклеточные
животные возникли, возможно, уже очень давно — около 1.2 млрд лет назад
(Fedonkin, 2003). Полное отсутствие плавников или желеобразных мешковидных структур (МЖС) по бокам тела и вокруг терминального конца у протерозойских животных, возможно, объясняется их древностью. МЖС, а позднее — плавники по бокам тела, появляются значительно позже, вероятнее
всего в Кембрии. На хорошо сохранившемся отпечатке Protosagitta spinosa из
нижнего кембрия присутствуют по бокам тела структуры, которые можно
принять за МЖС. На вентральной стороне отпечатка Eognathacantha ercainella
из той же формации Ю’аншань нижнего кембрия можно видеть такую же
структуру, которую можно принять за МЖС. На хорошо сохранившихся отпечатках из среднекембрийских отложений формации Берджесс-Шейл также
по бокам тела можно видеть узкие полоски вероятных плавников или МЖС.
Однако ни на одном из отпечатков (из протерозоя и кембрия) нет хвостового
плавника; на терминальном конце явственно заметно отверстие ануса. Хвостовой плавник возникает, по-видимому, значительно позже, он явно виден
только на отпечатке Paucijaculum samamithion (палеозой, каменноугольный
период, из слоя пенсильванского подпериода: 300 млн лет).
Дальнейшая эволюция мускулистых планкто-бентических животных, повидимому, зависела от смены биотопа и условий существования. Часть Щ
Сложность и простота организации щетинкочелюстных…
18 3
перешла к жизни в толщу океана и приобрела новые органы, утратив те,
которые утяжеляли тело. Перешедшие к планктонному образу жизни постепенно утратили поперечную мускулатуру. Кроме того, частично утрачиваются хватательные зубчики и сокращается число щетинок: наименьшее
количество, например, передних зубчиков у вида Flaccisagitta hexaptera (от 3
до 0), а число щетинок у разных видов — от 12 до 5. Для поддержания животных в толще воды возникает новый орган — поплавки: МЖС в разных
частях тела. По-видимому, возникновение органа для поддержания жизни
в планктоне вызвало дивергенцию внутри типа Щ. Появились группы видов
с разным набором пар поплавков (МЖС) по боковым полям тела: (1) группа
видов с двумя парами поплавков; (2) группа видов с одной парой поплавков.
При переходе в толщу океана дальнейшая редукция тяжелой поперечной
мускулатуры, которая к тому же была нужна лишь для передвижения между
донными предметами, привела к разделению уже внутри этих групп.
Выводы: (1) Ускоренная быстрая специализация головного отдела с глазами и сложным комплексом нервной системы компенсировала отставание специализации эпителиев у Щ и способствовала процветанию группы в целом
(до верхнего Триаса) вследствие неравномерности темпов преобразования
органов. (2) Исчезновение из палеонтологической летописи Щ связано не
с вымиранием группы, а с переходом в новые экологические условия — от
придонного образа жизни к существованию в толще океана; при этом компенсирующий орган — поперечная мускулатура (которая компенсирует
отсутствие плавниковых структур) — постепенно редуцируется и компенсируется новыми образованиями тела — мешковидными желеобразными
структурами. (3) При переходе от эпипланктонного к батипелагическому
образу жизни прежде компенсирующий орган — глаза — подвергаются адаптации в обратном направлении в результате деспециализации (например,
у Heterokrohnia и Bathysagitta).
Литература
Воронцов Н. Н. 2004. Эволюция. Видообразование. Система органического мира. М.:
Наука. 367 с.
Касаткина А. П. 1995. Массовые аномалии в планктоне окpаинных моpей
и сопpедельных вод Тихого океана // ДАН. Т. 345. № 6. С. 845–847.
Столярова М. В., Касаткина А. П. 1988. Ультраструктурная характеристика кожного эпителия щетинкочелюстных (Chaetognatha) // ДАН СССР. Т. 302. № 5.
С. 1232–1233.
Столярова М. В., Касаткина А. П. 1990. Ультраструктура кишечного эпителия у примитивного представителя щетинкочелюстных Aidanosagitta macilenta // Цитол.
журн. Т. 32. № 7. С. 671–676.
Fedonkin M. A. 2003. The origin of the Metazoa in the light of the Proterozoic fossil record //
Paleontological Research. Vol. 7. P. 9–41.
Ghirardelli E. 1965. Regeneration in the Chaetognaths // ­Kiortsis V., Trampusch H. A. L.
(eds.). Regeneration in animals and related problems. Amster­dam: North Holland
Publishing. P. 272–277.
184
А. П. Касаткина, Г. И. Бурий, М. В. Столярова
Hu S. X. 2005. Taphonomy and palaeoecology of the Early Cambrian Chengjiang biota from
Eastern Yunnan, China // Berliner Palaobiologische Abhandlungen. Vol. 7. P. 1–197.
Pierce E. 1951. Chaetognatha of the west coast of Florida // Biol. Bull. Vol. 100. P. 206–228.
Sorokin J. I., Wyskwarzev D. I. 1973. Feeding on dissolved organic matter by some marine
animals // Aquaculture. Vol. 2. Р. 141–148.
Szaniawski H. 2002. New evidence for the protoconodont origin of chaetognaths // Acta
Palaeontol. Pol. Vol. 47. P. 405–419.
Walcott C. D. 1911. Middle Cambrian annelids // Smithsonian Miscellaneous Collections.
Vol. 57. P. 109–144.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
18 5
Популяции организмов-опухоленосителей
как переходные формы между видами
организмов, стоящих на различных ступенях
прогрессивной эволюции
А. П. Козлов1
1
Биомедицинский центр и Санкт-Петербургский государственный университет, СанктПетербург, Россия; e-mail: [email protected]
Экспрессия в опухолях эволюционно новых генов может приводить к возникновению новых типов клеток, которые наследуются в поколениях организмов с помощью эпигенетических механизмов, аналогичных имеющим
место в наследовании предсуществующих типов клеток. На определенных
стадиях эволюции такие явления могли достаточно часто происходить в популяциях организмов с генетически или эпигенетически предетерминированными опухолями. Таким образом, популяции организмов-опухоленосителей можно рассматривать как переходные формы между видами организмов,
стоящих на различных ступенях прогрессивной эволюции.
Опухолевые процессы могут быть аналогичны мутационному процессу.
Мутационный процесс, а одной стороны, приводит к «молекулярным болезням», а с другой — обеспечивает наследственную изменчивость, без которой
невозможна эволюция. Опухоли, с одной стороны, приводят к болезням многоклеточности — ракам, а с другой — могут снабжать эволюционирующие
многоклеточные организмы избыточными клеточными массами для экспрессии эволюционно новых генов.
186
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Проблемы изучения онтогенеза, морфологии
и систематики цестод семейства Taeniidae
Ludwig, 1886
С. В. Коняев1
1
Институт систематики и экологии животных СО РАН, Новосибирск, Россия;
e-mail: [email protected]
Представители семейства Taeniidae Ludwig, 1886 являются паразитами
человека, сельскохозяйственных, пушных, домашних и охотничье-промысловых животных, упоминания о которых имеются в самых ранних письменных источниках и привлекают пристальное внимание со стороны многих
специалистов. Их бинарные названия являются основой для нозологической
номенклатуры в ветеринарии и медицине. Личиночные формы тениид ранее рассматривались как отдельная группа, относимая к самостоятельному
классу паразитических червей. После установления видовой идентичности
личиночных и имагинальных стадий, в результате многочисленных ревизий
номенклатура семейства обогатилась бесчисленными синонимами. Однако
только две из них, проведенные Абуладзе (1964) и Верстер (1969), основывались
на подробном изучении морфологии большинства представителей. Первая
была по большей части компилятивна, а вторая хоть и основывалась на изучении обширного материала, не включала в себя исследование личиночных
форм. Между тем, большинство родов в семействе было основано именно
на личиночных признаках. Эти таксоны неоднократно синонимизировались
с типовым родом Taenia Linneus, 1758 (Verster, 1969; Raush, 1994), а также вновь
восстанавливались (Спасский, 2002). Изменить существующее положение не
смогли ни изучение эмбриональных форм, ни данные электронной микроскопии, ни филогенетический, ни кладистический, ни эволюционно-морфологический подходы. Новую информацию, заставляющую вновь обратиться
к пересмотру существующей классификации, внесли молекулярно-генетические исследования, но никаких существенных таксономических преобразований после их проведения так и не последовало (Lavikainen et al., 2008). Отчасти
это связано с тем, что в мировой литературе давно превозобладало мнение
о наличии в составе семейства только двух родов — Echinococcus Rudolphi,
1801 (Hoberg et al., 2000; Nakao et al., 2007; Lavikainen et al., 2008) и Taenia (Raush,
1994; Hoberg et al., 2000). Новые данные вступают в противоречие с доминирующей на настоящий момент точкой зрения (von Nickisch-Rosenegk et al.,
1999; Hoberg et al., 2000; Trouvé et al., 2003; Hoberg, 2006; Lavikainen et al., 2008).
Однако следует признать, что совершение очередных таксономических преобразований бессмысленно без получения полных данных о нуклеотидных
последовательностях большинства представителей семейства. Создание
устойчивой классификации не представляется возможным без применения
единого подхода с использованием методов как эволюционной морфологии
на всех стадиях онтогенеза, так и инструментов молекулярной генетики.
Проблемы изучения онтогенеза, морфологии и систематики…
187
Литература
Абуладзе К. И. 1964. Тениаты — ленточные гельминты животных и человека. Основы
цестодологии. М.: Наука. 531 с.
Спасский А. А. 2002. О таксономическом статусе цестод семейства тениид // Труды
ИНПА РАН. Т. 43. С. 220–221.
Gasser R. B., Zhu X., McManus D. P. 1999. NADH dehydrogenase subunit 1 and cytochrome
c oxidase subunit I sequences compared for members of the genus Taenia (Cestoda) //
Int. J. Parasitol. Vol. 29. P. 1965–1970.
Hoberg E. P. 2006. Phylogeny of Taenia: Species definitions and origins of human parasites //
Parasitol. Int. Vol. 55 (Suppl.) P. 23–30.
Hoberg E. P., Jones A., Rausch R. L., Eom K. S., Gardner S. L. 2000. A phylogenetic hypothesis
for species of the genus Taenia (Eucestoda: Taeniidae) // J. Parasitol. Vol. 86. P. 89-98.
Lavikainen A., Haukisalmi V., Lehtinen M. J., Henttonen H., Oksanen A., Meri S. 2008.
A phylogeny of members of the family Taeniidae based on the mitochondrial cox1 and
nad1 gene data // Parasitology. Vol. 35. P. 1457–1467.
Nakao M., McManus D. P., Schantz P. M., Craig P. S., Ito A. 2007. A molecular phylogeny of
the genus Echinococcus inferred from complete mitochondrial genomes // Parasitology.
Vol. 134. P. 713–722.
Raush R. L. 1994. Family Taeniidae Ludwig, 1886 // Khalil L. F., Jones A., Bray R. A. (eds.)
Keys to the cestode parasites of vertebrates. P. 665–672.
Trouvé S., Morand S., Gabrion C. 2003. Asexual multiplication of larval parasitic worms:
a predictor of adult life-history traits in Taeniidae? // Parasitol. Res. Vol. 89. P. 81–88.
Verster A. A. 1969. Taxonomic revision of the genus Taenia Linnaeus, 1758 s. str. //
Onderstepoort Journal of Veterinary Research. Vol. 36. P. 3–58.
von Nickisch-Rosenegk M., Silva-Gonzalez R., Lucius R. 1999. Modification of universal
12S rDNA primers for specific amplification of contaminated Taenia spp. (Cestoda)
gDNA enabling phylogenetic studies // Parasitol. Res. Vol. 85. P. 819–825.
188
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Виды рода Phaenocora (Turbellaria, Neorhabdocoela, Typhloplanidae) бассейна Верхней Волги
Е. М. Коргина1
1
Институт биологии внутренних вод РАН, Борок,Россия; e-mail: [email protected]
В континентальных водах России род Phaenocora является немногочисленным родом ресничных червей многочисленного семейства Typhloplanidae.
Он является единственным родом подсем. Phaenocorinae (Ehrenberg 1835).
В водах насчитывается 6 видов рода (Гагарин и Коргина, 1982). Во всемирной таксономической базе данных по турбелляриям род представлен 36 видами (Tyler et al., 2010). Для Верхневолжского бассейна указывается 6 видов,
из выявленных 93 видов ресничных червей данного региона (Коргина, 2002).
В данной работе рассматриваются 4 вида. Упомянутые Ph. stagnalis Fuhrm 1894
и Phaenocora sp. в Плещеевом озере не рассматриваются (Ласточкин, 1930).
Цель данной работы — изучение видового разнообразия рода на основании многолетних исследований различных водоемов Верхнего Поволжья:
водохранилищ, рек, озер, прудов, временных водоемов. Пробы отбирались
сачком с ячеей 81 мкм, живых червей выбирали под бинокуляром МБС-1.
Черви определялись на тотальных препаратах в живом виде, зарисовывались
прижизненно.
Род Phaenocora Ehrenberg, 1835
Рот и половое отверстие находятся в первой трети тела. Глотка бочонковидная, находится у переднего края кишки, ее отверстие направлено вперед
и вниз по продольной оси тела. Протонефридиальная система тетрамерного
типа. Семенники расположены дорсально от основной массы сильно разветвленных желточников, которые могут так разветвляться, что ответвления
заходят дорсально от семенников. Копулятивный орган циррусного типа,
гладкий или с вооруженной дистальной частью.
Основным диагностическим признаком видов рода является строение совокупительного органа, в особенности семяизвергательного канала (ductus
ejaculatorius).
Phaenocora unipunctata Oersted, 1843 (syn.: Ph. balticum (Braun, 1885); Derostoma
unipunctata Oersted, 1843). Длина тела 2.5–3.0 мм, ширина 0.5–0.6 мм. Черви
округлой формы в поперечнике, расширенные и уплощенные во второй половине тела, непрозрачные беловатые или зеленые благодаря имеющимся
в паренхиме симбиотическим зоохлореллам. Передний конец тела закруглен
и имеет желтовато-красноватую или красную пигментную окраску, задний
резко заканчивается маленьким хвостиком. На переднем конце тела имеются два глаза коричнево–красного цвета, расположенные далеко друг от друга. Глотка мощная бочонковидная, находится в первой трети тела. Большая
часть тела занята разветвленными желточниками. Яичник продолговатый,
немного искривлен, проксимальный конец расширен и закруглен, дистальный заужен. Половой аппарат расположен за глоткой. Копулятивный орган
Виды рода Phaenocora…
189
циррусного типа без шипов, имеет расширенную закругленную часть в виде
бульбуса и зауженную дистальную часть.
Найден в Рыбинском и Иваньковском водохранилищах, прудах, небольших временных водоемах близ пос. Борок Ярославской области. Приурочен
к придонному образу жизни в илу в зарослях высшей водной растительности.
Phaenocora typhlops Yejdovsky 1880. Длина тела до 3 мм, ширина в 5–6 раз
меньше длины. Черви удлиненной формы, округлые в поперечнике. Передний конец заужен, задний расширен и поперечно обрезан. Вентральная сторона тела уплощенная, дорзальная дугообразно выпуклая, особенно в первой
трети тела. Черви непрозрачные, беловатого цвета, часто зеленые благодаря
имеющимся в паренхиме зоохлореллам. Глаза отсутствуют, на переднем конце имеются пигментные пятна красновато-коричневого цвета. Глотка бочонковидной формы, мощная, с блестящим отливом, очень заметная. Хорошо
развиты разветвленные желточники, расположенные вентрально. Копулятивный орган циррусного типа находится позади глотки, проксимальная часть
округлой формы, дистальная заужена в виде рукоятки и вооружена рядами
шипиков разного размера. Семяизвергательный канал узкий, трубковидный.
Найден в заросших мелководьях Иваньковского и Рыбинского водохранилищ, малых притоках Рыбинского водохранилища (Коргина, 2003), приурочен к жизни в придонном илу.
Phaenocora rufodorsata Sekera, 1904. Длина тела 1.0–1.5 мм, мелкие черви рода.
Передний конец заужен и заканчивается округло, имеются красноватые пигментные пятна. Задний конец заострен. Имеется пара хорошо заметных небольших темно-красных глаз. Глотка бочонковидная, расположена в первой
трети тела. Желточники находятся вентрально от семенников. Копулятивный аппарат и половое отверстие — позади глотки. Копулятивный орган
циррусного типа, проксимально закруглен, дистальная часть более продолговатая и имеет вооружение в виде небольших беспорядочно расположенных
шипиков.
Найден в прибрежье Иваньковского водохранилища, малых водоемах Калужской, Ивановской, Ярославской областей. Предпочитает донный образ
жизни.
Phaenocora polycirra Beklemischev, 1929. Самый крупный вид. У найденных
экземпляров длина достигала 8.5 мм, тогда как В. Н. Беклемишев (Beklemischev, 1929), описывая вид, указывал длину до 11 мм. По данным З. Забусовой
(1935) найденные на Средней Волге черви имеют длину до 3.7 мм. Тело удлиненно-прямое, округлое в поперечнике, передняя часть сужена, задняя — расширена и закруглена. Вентральная сторона уплощенная, дорсальная — слабо
выпуклая. Черви беловатые, непрозрачные, часто зеленые из-за присутствия
в паренхиме зоохлорелл. Глотка удлиненно-овальная бочонковидная, расположена у переднего края кишки. Копулятивный аппарат и половое отверстие находятся в первой трети тела. Глаза отсутствуют, но имеются два белых
пятна у переднего края тела. Большую часть тела занимают разветвленные
парные желточники, расположенные на вентральной стороне и переходящие к переднему краю на дорсальную сторону. Имеются непарный яичник
190
Е. М. Коргина
и парные семенники, расположенные дорсально. Половой аппарат с отличительными особенностями в строении по сравнению с другими видами рода,
на основании которых В. Н. Беклемишев (1929) выделил Ph. polycirra в новый
подрод Megaloderostoma. Отличие заключалось в том, что копулятивный орган снабжен характерной складчатой бахромой — циррулями, имеющими
большое количество кутикулярных шипиков. Черви, найденные в бассейне
Верхней Волги в небольшом весеннем пересыхающем водоеме, значительно
отличались от первоописанных В. Н. Беклемишевым. Основные отличия заключались в разнице кутикулярного вооружения циррулей и семяизвергательного канала. У описанного В. Н. Беклемишевым вида семяизвергательный канал вооружен, у найденных экземпляров семяизвергательный канал
без вооружения (Коргина, 2002).
Найден во временном весеннем водоеме, расположенном в окрестностях
пос. Борок Ярославской области. Приспособлен к жизни во временных водоемах, на затопленных поемных лугах, активный хищник, поедает турбеллярий, олигохет, личинок хирономид, других мелких организмов, живущих
в основном в грунте.
Многолетние (2003–2005 гг.) исследования на реке в течение всего вегетационного сезона показали, что фенокоры присутствуют в водоеме в начале мая,
но стречаются относительно редко, так Ph. rufodorsata была обнаружена один
раз (встречаемость — 14%), чаще встречалась Ph. typhlops (25–29%) (Коргина,
2007).
Интересные данные были получены по биологии турбеллярий временного водоема. Phaenocora unipunctata появилась в водоеме 11 апреля, когда температура воды оставалось низкой (1.6 °С) и лед покрывал более половины
водоема (Коргина, 2004). Phaenocora polycirra отмечалась позднее — во второй
декаде апреля. Максимальная численность этого вида достигала ~40 экз./м3
к середине апреля, а максимальная численность Ph. unipunctata (~180 экз./м3)
значительно превышала численность Ph. polycirra. Жизненный цикл во временном водоеме составил около 2 месяцев, кратковременное существование
водоема заставляет червей приспособиться к короткому образу жизни. Биология развития фенокор в постоянных водоемах остается неизученной, что
дает возможность исследователям продолжать интересную работу.
Литература
Гагарин В. Г., Коргина Е. М. 1982. Каталог Turbellaria пресных вод СССР // ИБВВ АН
СССР. Борок, 57 с. Деп. в ВИНИТИ 1983. № 4265–82.
Коргина Е. М. 2002. Обзор фауны турбеллярий Верхневолжского бассейна // Зоол.
журн. Т. 81. № 8. С. 1019–1024.
Коргина Е. М. 2003. Состояние фауны ресничных червей (Turbellaria) малых рек бассейна Рыбинского водохранилища // Экологическое состояние малых рек Верхнего Поволжья. М.: Наука. С. 119–126.
Коргина Е. М. 2004. Фауна и динамика численности турбеллярий (Turbellaria) временного водоема (Ярославская обл.) // Биология внутр. вод. № 3. С. 110–112.
Коргина Е. М. 2007. Фауна турбеллярий // Экосистема малой реки в изменяющихся
условиях среды. М.: Наука. С. 304–314.
Виды рода Phaenocora…
191
Забусова З. Н. 1935. Нахождение Phaenocora polycirra Bek. в Татарской республике //
Учен. Зап. Казанского гос. ун-та. Т. 95. № 8. С. 7–9.
Ласточкин Д. А. 1930. Ассоциации животного населения береговой области Переславского (Плещеева) озера // Изв. Иваново-Вознесен. Политехн. ин-та. Т. 17. С. 3-99.
Beklemischev W. N. 1929. Die Anatomie von Phaenocora (Megaloderostoma n. subg.) polycirra
n. sp. (Turbellaria, Rhabdocoela) // Leitschrift F. wissensch. Zoologie. Bd. 134. S. 533–557.
Tyler S., Schilling S., Hooge M., Bush L. F. 2010. Turbellarian taxonomic database. Version
1.5 (http://turbellaria.umaine.edu).
192
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Морфофункциональные взаимодействия
в системе матка-эмбрион у циклофилидных
цестод
Ж. В. Корнева1, С. А. Корниенко2
Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН, Борок, Россия;
e-mail: [email protected]
2
Институт систематики и экологии животных СО РАН, Новосибирск, Россия;
e-mail: [email protected]
1
При сравнительном исследовании системы матка — эмбрион установлено,
что у цестод, имеющих яйца полилецитального типа, матка выполняет, как
правило, накопительную функцию (Корнева, 2007). Переход от эмбриогенеза
во внешней среде к внутриматочному типу развития сопряжен с интенсификацией обмена и к появлению новых морфофункциональных вариантов
организации матки. То есть у цестод с олиголецитальным типом яиц матка начинает выполнять свою непосредственную функцию: снабжать развивающиеся яйца питательными веществами. Во-первых, к этому вынуждает
маленький запас питательных веществ в желточных клетках и сокращение
числа желточных клеток, принимающих участие в формировании зародыша
(Swiderski and Xylander, 2000). Во-вторых, этому способствует тонкая внешняя оболочка яиц, которая в отличие от склеротизированной скорлупы полилецитальных яиц не препятствует проникновению внутрь питательных веществ (Корнева, 2007). Однако, несмотря на наличие у всех циклофиллидных
цестод вышеописанных закономерностей, плодовитость их может на два порядка различаться. Так у Urocystis prolifer или Soricinia infirma в стробиле развивается около 15–20 зародышей, а у Skrjabinacanthus diplocoronatus и Hymenolepis
diminuta количество зародышей достигает 1000. Для выявления взаимосвязей
плодовитости стробилы с морфофункциональными взаимодействиями в системе матка-эмбрион проведены сравнительные исследования морфологии,
процессов формирования и ультратонкого строения матки у видов, гексаканты которых во внешней среде находятся под защитой маточных члеников и
у которых рассеивание гексакантов происходит поодиночке.
Soricinia infirma — самая мелкая цестода землероек. Эпителий, формирующий маточную стенку на ранних этапах развития зародышей, тонкий, ядра
погружены в толщу тела. Матка синтетически очень активна, в цитоплазме
масса коротких уплощенных одиночных цистерн ШЭПР. На апикальной
стороне эпителия наблюдаются тонкие ламеллы, прижатые к поверхности.
Яйца вплотную прилегают к стенкам матки. В окружающих матку отростках
мышечных и тегументальных клеток и в эпителии выделительных каналов
происходит накопление липидов. У полностью сформированных яиц формируются эмбриофор и толстая наружная оболочка. Материал этой оболочки продуцируется маточным эпителием. Стенка матки утолщается, в ней
увеличивается количество цистерн ШЭПР, которые располагаются строго
ориентированными стопками. Ядра располагаются в толще эпителиального
слоя.
Морфофункциональные взаимодействия…
193
Urocystis prolifer имеет маленькие размеры — 1.2–1.5 мм, причем зрелых маточных члеников в стробиле 2–4 шт. Зародыши занимают весь объем матки,
плотно контактируют как друг с другом, так и со стенками матки. Oтдельные
мелкие капли липидов наблюдаются в маточном эпителии, в окружающих
мышечных клетках и во внешней яйцевой оболочке зародышей. Зрелые зародыши окружены плотной наружной капсулой с многочисленными мелкими выростами по внешней поверхности. Зародыши располагаются в полости
матки свободно, не контактируя вплотную с маточным эпителием, а затем
рассеиваются поодиночке через разрывы стенки матки. Эпителий матки на
данной стадии увеличивается в толщину, содержит активные ядра с крупными ядрышками и многочисленные стопки уплощенного ШЭПР. Апикальные
выросты маточного эпителия располагаются параллельно его поверхности,
почти вплотную. Мелкие липидные капли практически исчезают.
У Ditestolepis diaphana отмечаются некоторые ультраструктурные особенности, которые характерны для взаимоотношений маточного эпителия и развивающихся гексакантов. На начальных этапах развития зародыши формируют протяженные контакты либо непосредственно с маточным эпителием,
либо друг с другом, создавая общую трофическую сеть. Выросты эпителия
и наружной капсулы гексакантов переплетаются, прилегая друг к другу
вплотную, либо пальчатые выросты наружной капсулы погружаются в цитоплазму маточной стенки, формируя контакты плацентоподобного типа.
На этом этапе развития отдельные цистерны ШЭПР наблюдаются как в маточном эпителии, так и в клетках наружной яйцевой оболочки. В мышечных
клетках, окружающих подкововидные матки, происходит накопление липидных капель, которые постепенно сливаются, увеличиваются в размерах до
0.024 мм и становятся сравнимы с развивающимися гексакантами. На стадии
формирования капсулы в маточной стенке активизируются процессы синтеза фибрилл экстраклеточного матрикса. Липидные капли еще увеличиваются в размерах, превращаясь в конгломераты, занимают все пространство
между стенками маток и цитонами тегумента. На заключительных этапах
происходит слияние маток всех проглоттид маточной серии, формируется
единая полость, в которой расположены яйца, погруженные в толстый слой
экстраклеточного матрикса. В результате у D. diaphana формируется защитная капсула для сформированных зародышей.
У Ecrinolepis collaris стенка матки образована синцитиальным эпителием,
ядра которого располагаются в толще эпителиального слоя. На апикальной
поверхности эпителий несет очень длинные тонкие ламеллы, распластанные
над поверхностью. В маточном эпителии содержатся митохондрии, длинные
узкие цистерны ШЭПР и многочисленные рибосомы. В клетках, окружающих матку, локализуются стопки ШЭПР, происходит синтез, накопление и
перераспределение липидов. Яйца немногочисленны. В процессе формирования зародышей некоторые из них, расположенные поблизости от маточных стенок, контактируют с эпителием, однако плацентоподобных контактов обнаружено не было. Эмбриональные оболочки соседних яиц в процессе
развития также контактируют друг с другом, в полости матки между яйцами
наблюдаются скопления экстраклеточных фибрилл.
Skrjabinacanthus diplocoronatus — крупные цестоды, количество члеников
у них достигает 200–250. Матка формирует трабекулы, которые соединяют
194
Ж. В. Корнева, С. А. Корниенко
ее противоположные стенки. Внутри трабекул, обеспечивая их подвижность,
наблюдаются хорошо развитые пучки мускулатуры. Для S. diplocoronatus характерно уникальное развитие экскреторной системы, формирующей вокруг матки сеть экскреторных сосудов, которые располагаются поблизости
или контактируют с эпителием матки и трабекул. В полости сосудов, на поверхности экскреторного эпителия наблюдаются липидные скопления, которые выглядят как сплошной слой. Крупные капли липидов накапливаются в мышечных клетках, в межклеточных пространствах, в полости матки и
в развивающихся зародышах, достигая 0.024 мм.
Сравнительный анализ позволил установить, что прямой зависимости
между высокой плодовитостью стробилы и наличием особых морфофункциональных связей маточного эпителия с эмбрионами не наблюдается. Изучение сообществ цестод у мелких млекопитающих позволило сделать вывод, что положение в структуре доминирования определяется, во-первых,
способностью цестод к почкованию в промежуточных хозяевах, во-вторых,
характером диссеминации (одиночным или групповым рассеиванием) гексакантов во внешней среде (Гуляев и Корниенко, 2009). То есть доминирующее
и субдоминирующее положение в сообществах цестод бурозубок занимают
виды, почкующиеся в промежуточных хозяевах (к ним относятся Soricinia infirma, Urocystis prolifer), или цестоды, гексаканты которых во внешней среде
находятся под защитой маточных члеников, что приводит к одновременному
множественному заражению промежуточных и дефинитивных хозяев (Ecrinolepis collaris). Компенсация крайне низкой плодовитости осуществляется за
счет пакетной диссеминации вида, у которого формируются парутеринные
органы, обеспечивающие множественное заражение промежуточных хозяев. И наконец, существуют цестоды бурозубок, которые относятся к редким
и очень редким видам (Skrjabinacanthus diplocoronatus), рассеивающие во внешней среде одиночных гексакантов, но не обладающие способностью к почкованию. Таким образом, у циклофиллид существуют различные стратегии
расселения зародышей.
В то же время необходимо отметить, что цестоды с высокой плодовитостью
обладают разнообразными и высокоэффективными способами снабжения
яиц питательными веществами. Формируются многообразные видоизменения маточного эпителия: от возникновения взаимоотношений плацентарного типа у Ditestolepis diaphana (Корнева и др., 2010) до формирования у гименолепидид эпителиальных и эпителио-мезенхимных складок и микровиллей,
разделяющих полость матки на ячейки, в каждой из которых содержится
одно или несколько яиц, примыкающих к стенкам ячеек (Conn, 1987, 1993).
У Skrjabinacanthus diplocoronatus гексаканты расселяются поодиночно, что приводит к высокой элиминации яиц в природе. Как следствие существует низкая зараженность окончательных хозяев. В качестве компенсаторного механизма выступает рекордная плодовитость стробилы за счет формирования
гипертрофированной сети выделительных сосудов. Сходное содержание
липидов в стробиле до сих пор описано только для цестод вида Ditestolepis
diaphana (Корнева и др., 2010). Необходимо отметить, что матка у D. diaphana
формирует с активно развивающимися зародышами плацентоподобные отношения. Сочетание этих двух факторов способно обеспечить гигантскую
плодовитость стробилы, чего на самом деле не происходит. Множественное
Морфофункциональные взаимодействия…
195
заражение промежуточных хозяев осуществляется при поедании синкапсулы, содержащей всех сформированных гексакантов. В данном случае можно
предположить, что интенсификация обменных процессов у маточного эпителия обусловлена временными ограничениями. После формирования гексакантов, на следующем этапе, происходит смена трофических функций матки
на защитные, и стенки матки синтезируют гигантское количество фибриллярного материала, участвующего в формировании защитной синкапсулы.
На основании вышеизложенных фактов можно сделать вывод, что усиленное питание зародышей происходит только, если это необходимо для расселительной стратегии цестоды. Если для завершения цикла у цестод низкая
плодовитость компенсируется разными морфологическими типами стробил,
различиями в строении гексакантов, характере их рассеивания во внешней
среде или наличием в цикле почкующейся личинки, то между маточным
эпителием и развивающимися зародышами не наблюдается никаких ультраструктурных особенностей или возникновения особых взаимоотношений.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 11-04-00534.
Литература
Гуляев В. Д., Корниенко С. А. 2009. О причинах и механизмах возникновения миниатюрных полимерных Hymenolepididae (Cyclophyllidea, Cestoda) — паразитов
бурозубок // Тр. Зоол. ин-та РАН. Т. 313. № 3. С. 249–256.
Корнева Ж. В. 2007. Тканевая пластичность и морфогенезы у цестод. М.: Наука. 186 с.
Корнева Ж. В., Корниенко С. А., Гуляев В. Д. 2010. Морфологические и ультраструктурные изменения матки в онтогенезе Ditestolepis diaphana (Cestoda: Cyclophyllidea)
и формирование синкапсул // Зоол. журн. Т. 89. № 10. С. 1181–1189.
Conn D. B. 1987. Fine structure, development, and senescence of the uterine epithelium of
Mesocestoides lineatus // Trans. Amer. Microsc. Soc. Vol. 106. P. 63–73.
Conn D. B. 1993. Ultrastructure of the gravid uterus of Hymenolepis diminuta (Platyhelminthes:
Cestoda) // J. Parasitol. Vol. 79. P. 583–590.
Swiderski Z., Xylander W. E. R. 2000. Vitellocytes and vitellogenesis in cestodes in relation
to embryonic development, egg production and life cycle // Int. J. Parasitol. Vol. 30.
P. 805–817.
196
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Цестоды рода Neoskrjabinolepis (Hymenolepididae, Cyclophyllidea, Cestoda) — паразиты
бурозубок (Soricidae) Палеарктики
С. А. Корниенко1
1
Институт систематики и экологии животных СО РАН, Новосибирск, Россия;
e-mail: [email protected]
Цестоды рода Neoskrjabinolepis Spassky, 1947 — одни из самых распространенных ленточных червей бурозубок (Sorex) Палеарктики. До последнего
времени в составе рода числились два вида: N. singularis (Cholodkowsky, 1912)
Spassky, 1954 и N. schaldybini Spassky, 1947. Основными дифференциальными
признаками этих видов традиционно считаются размеры сколекса и длина
хоботковых крючьев (0.036–0.042 мм и 0.056–0.065 мм соответственно) (Vaucher, 1971). Однако многие исследователи, считая, что длина крючьев варьирует
в широких пределах, рассматривали N. schaldybini в качестве синонима N. singularis (Кобулей, 1953; Zarnowski, 1955; Procopic, 1956, 1959; Pojmanska, 1957;
Rybicka, 1959; Корниенко, 2001). Однако этот взгляд на таксономию и остав
рода оказался ошибочным: род Neoskrjabinolepis не монотипический, а его
виды отличаются не только по длине хоботковых крючьев.
Было показано, что к надежным морфологическим критериям видов относятся не только размеры сколекса и хоботковых крючьев, но и их форма.
Эти признаки надежно коррелируют с морфологией копулятивного аппарата (относительными размерами цирруса и его бурсы и характером вооружения цирруса), топографией члеников и плодовитостью проглоттид
(Корниенко и др., 2006). Кроме того, у N. singularis Cholodkowsky, 1912 установлен серийнометамерный характер стробилы, при котором закладка и созревание члеников происходит сериями. Это дало основание в пределах рода
выделить два подрода, различающиеся по характеру стробиляции — подрод Neoskrjabinolepis (Neoskrjabinolepis) (с градуальнометамерной стробилой) и
подрод N. (Neoskrjabinolepidoides) (с серийнометамерной стробилой). Типовым
видом первого подрода является N. schaldybini, второго подрода — N. singularis
(Корниенко и др., 2006).
Помимо морфологических признаков, используемых при дифференциации видов рода Neoskrjabinolepis, получены молекулярные доказательства
самостоятельности видов N. schaldybini и N. singularis. Данные по митохондриальному CO1 и ядерному 28S генам показали различия, достаточные для
признания этих двух форм близкими, но самостоятельными видами (Бинкене и Контримавичус, 2007).
Использование новых дифференциальных признаков при изучении цестод Neoskrjabinolepis от бурозубок из различных регионов Палеарктики (Европы, Западной и Восточной Сибири, Приуралья, Карелии, Дальнего Востока,
Сахалина, Курильских и Японских островов) выявило, что род Neoskrjabinolepis является таксоном, обладающим высоким уровнем видового богатства.
Цестоды рода Neoskrjabinolepis…
197
В настоящее время у палеарктических бурозубок выявлено около 20 видов со
сложной хорологией и типологией ареалов.
Видовое разнообразие цестод рода Neoskrjabinolepis
Neoskrjabinolepis (Neoskrjabinolepis) schaldybini Spassky, 1947
N. (N.) longicirrosa Kornienko, Gulyaev, Melnikova, 2006
N. (N.) pilosa Kornienko Gulyaev, Melnikova, 2007
N. (N.) plagis Kornienko, Gulyaev, Melnikova, 2007
Neoskrjabinolepis (Neoskrjabinolepidoides) singularis (Cholodkowsky, 1912)
Spassky, 1954
6. N. (Neoskrjabinolepidoides) nadtochijae Kornienko, Gulyaev, Melnikova, 2006
7. N. (Neoskrjabinolepidoides) corticirrosa Kornienko, Gulyaev, Melnikova, 2007
8. N. (Neoskrjabinolepidoides) kedrovensis Kornienko, Gulyaev, Melnikova, 2007
9. N. (Neoskrjabinolepidoides) nudа Kornienko, Gulyaev, Melnikova,
Georgiev, 2008
10. N. (Neoskrjabinolepidoides) merkushevae Kornienko, Binkiene, 2008
11. N. (Neoskrjabinolepidoides) gvosdevi Kornienko, Gulyaev, Erzhanov, 2010
12. N. sp. n. 1
13. N. sp. n. 2
14. N. sp. n. 3
15. N. sp. n. 4
16. N. sp. n. 5
17. N. sp. n. 6
18. N. sp. n. 7
19. N. sp. n. 8
20. N. sp. n. 9
1.
2.
3.
4.
5.
Последние исследования показали, что представители рода Neoskrjabinolepis повсеместно встречаются в Западной и Восточной Европе, центральной
России, на Кавказе, в Казахстане, Западной и Восточной Сибири, на Дальнем
Востоке, на Японских островах. Наибольшее видовое разнообразие рода отмечено у азиатских бурозубок. У западносибирских землероек паразитируют
6 видов рода, у дальневосточных — 10 видов, у европейских — 4 (Гуляев и др.,
2008; Зубова и др., 2008а, б; Корниенко и др., 2006, 2007, 2008; Корниенко и Гуляев, 2008; Kornienko and Binkienė, 2008; Kornienko et al., 2008, 2010; Vaucher,
1971). Слабо изучено видовое разнообразие Neoskrjabinolepis северных районов
Палеарктики, Восточной Сибири, а также Средней Азии и гор Кавказа, где
обитают несколько эндемичных видов бурозубок.
Треть известных видов рода довольно широко распространены в Палеарктике. Виды N. schaldybini, N. singularis, N. merkushevae и N. sp. n. 1 встречаются
на территории Европы, Центральной России, северо-востоке Европейской
части России, Предуралье, юге Западной Сибири, причем крайние точки
198
С. А. Корниенко
обнаружения N. schaldybini и N. singularis находятся в Забайкалье. Ареал повсеместно встречающихся на Дальнем Востоке видов N. corticirrosa и N. longicirrosa
распространяется до северо-востока Европейской части России (республика
Коми).
Наиболее широкий ареал среди дальневосточных неоскрябинолеписов
имеет вид N. nadtochijae. Он повсеместно распространен на территории Дальнего Востока: на Чукотке, Камчатке, в Приамурье, Приморье, на Сахалине,
Хоккайдо и Курильских островах. Большинство видов рода Neoskrjabinolepis
имеют небольшие ареалы распространения.
Несколько видов строго приурочено к местности, т. е. являются эндемиками. Западносибирский вид N. pilosa не встречается за пределами Горного
Алтая. На территории Кавказа нами зарегистрирован новый эндемичный
вид N. sp. n. 2. У бурозубок Джунгарского Алатау и Тарбогатая (Казахстан)
обнаружено два новых вида рода (N. gvosdevi и N. sp.n. 3), не зарегистрированных на прилежащих территориях.
Высокий уровень эндемизма отмечен нами у бурозубок Сахалина, Кунашира и Хоккайдо. На этих островах зарегистрировано 5 новых видов рода
(N. nudа, N. sp. n. 4, N. sp. n. 5 , N. sp. n. 6, N. sp. n. 7, N. sp. n. 8).
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 11-04-00870).
Литература
Гуляев В. Д., Корниенко С. А., Докучаев Н. Е. 2008. Цестоды бурозубок острова Парамушир // «Биоразнообразие и экология паразитов наземных и водных ценозов».
Материалы Междунар. науч. конф. М. С. 91–93.
Зубова О. А., Корниенко С. А., Гуляев В. Д., Докучаев Н. Е. 2008а. Цестоды бурозубок
острова Сахалин // «Паразитология в ХХI веке – проблемы, методы, решения».
Материалы IV Всерос. Съезда ПО при РАН. СПб. Т. 1. С. 265–268.
Зубова О. А., Корниенко С. А., Гуляев В. Д., Докучаев Н. Е. 2008б. Цестоды бурозубок
острова Хоккайдо (Япония) // «Биоразнообразие и экология паразитов наземных
и водных ценозов». Материалы Междунар. науч. конф. М. С. 135-138.
Кобулей Т. 1953. К анатомии и систематике плохо изученных цестод землероек // Acta
veterin. Akad. Sc. Hung. № 3. P. 431–438.
Корниенко С. А. 2001. Цестоды землероек Северо-Восточного Алтая (систематика,
экология). Автореф. дис. канд. биол. наук. Новосибирск: Институт катализа СО
РАН. 25 с.
Корниенко С. А., Гуляев В. Д., Мельникова Ю. А. 2006. К морфологии и систематике
цестод рода Neoskrjabinolepis Spassky 1947 (Cyclophyllidae, Hymenolepididae) // Зоол.
журн. Т. 85. № 2. С. 131–145.
Корниенко С. А., Гуляев В. Д., Мельникова Ю. А. 2007. Новые виды цестод рода
Neoskrjabinolepis (Cyclophyllidae, Hymenolepididae) от бурозубок России // Зоол.
журн. Т. 86. № 3. С. 259–269.
Корниенко С. А., Гуляев В. Д. 2008. Видовое богатство цестод рода Neoskrjabinolepis
бурозубок Палеарктики // «Паразитология в ХХI веке — проблемы, методы, решения». Материалы IV Всерос. Съезда ПО при РАН. СПб. Т. 2. С. 72–75.
Цестоды рода Neoskrjabinolepis…
19 9
Корниенко С. А., Зубова О. А., Гуляев В. Д., Докучаев Н. Е. 2008. Цестоды бурозубок
острова Кунашир // «Паразитология в ХХI веке — проблемы, методы, решения».
Материалы IV Всерос. Съезда ПО при РАН. СПб. Т. 2. С. 75–77.
Бинкене Р., Контримавичус В. 2007. О самостоятельности вида Neoskrjabinolepis schaldybini Spassky, 1947 (Cestoda, Hymenolepididae) и структуре его популяции в Литве по
данным молекулярного анализа // «Биология насекомоядных млекопитающих».
Материалы III Всероссийской научной конференции по биологии насекомоядных
млекопитающих 15–20 сентября 2007 г. Новосибирск. С. 17–19.
Kornienko S. A., Binkienė R. 2008. Neoskrjabinolepis merkushevae sp. n. (Cyclophyllidea,
Hymenolepididae), a new cestode from shrews from Palaearctic // Folia Parasitologica.
Vol. 55. P. 136-140.
Kornienko S. A., Gulyaev V. D., Mel’nikova Y. A, Georgiev B. B. 2008. Neoskrjabinolepis nuda
n. sp. from shrews in Sakhalin Island, Russia, with a taxonomic review of Neoskrjabinolepis Spasskii, 1947 (Cyclophyllidea, Hymenolepididae) // Systematic Parasitology.
Vol. 70. P. 147–158.
Kornienko S. A., Gulyaev V. D., Erzhanov N. T. 2010. A new cestode, Neoskrjabinolepis
gvosdevi (Cyclophyllidea: Hymenolepididae) from the shrew Sorex tundrensis Merriam,
1900, in Kazakhstan // Zoosystematica Rossica. Vol. 19. P. 13–17.
Pojmanska T. 1957. Pasoїyty wewnetrzne (Cestoda, Trematoda) drobnych ssakуw polnych
z okoliz Turwi kolo Posnana // Acta Parasit. Polon. Vol. 5. P. 117–161.
Procopic J. 1956. Helmintofauna rejska obecneho (Sorex araneus) v ČSSR // Československa
parasitol. Vol. 3. P. 109–131.
Rybicka K. 1959. Tapeworms of forest micromammalians (Rodentia and Insectivora) from
Kampinos Wilderness // Acta Parasit. Polon. Vol. 7. P. 393–420.
Vaucher С. 1971. Les сestodes parasites des Soricidae d'Europe. Etude аnatomique, révision
taxonomique et biologie // Rev. Suisse Zool. Vol. 78. P. 1–113.
Zarnowski E. 1955. Robaki pasoїytnicze drobnych ssakуw lesnych (Rodentia i Insectivora)
okolicy Pulaw (woj. Lubelskie). I. Cestoda // Acta Parasit. Polon. Vol. 3. P. 279–368.
200
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Происхождение эмбриональной индукции.
Индукционные взаимодействия
в эмбриональном и личиночном развитии
книдарий, низших многоклеточных животных
Ю. А Краус1, Е. М. Савина2, И. А. Косевич3
Московский государственный университет, Москва, Россия; e-mail: [email protected]
Московский государственный университет, Москва, Россия; e-mail: [email protected]
3
Московский государственный университет, Москва, Россия; e-mail: [email protected]
1
2
Формирование плана строения в ходе онтогенеза любого организма —
результат целого комплекса межклеточных и межтканевых взаимодействий.
Эмбриональная индукция — наиболее важный для раннего развития класс
таких взаимодействий — была описана в явной форме Шпеманом и Мангольд в 1924 г. В экспериментах 1921–1923 гг. они трасплантировали фрагмент
дорзальной губы бластопора эмбриона амфибии на вентральную сторону
эмбриона — реципиента, и обнаружили, что он индуцирует формирование
вторичной оси тела, состоящей, в основном, из тканей реципиента (Spemann
und Mangold, 1924). Ими было введено в эмбриологию понятие «эмбриональный организатор». В современной биологии развития эмбриональный организатор определяется как «регион, фрагмент которого способен к индукции
вторичной оси тела при эктопической трансплантации» (Stewart and Gerhart,
1990). Это — регион, индукционная активность которого запускает каскад
событий, необходимых для корректного формирования плана строения
в целом, а не только для дифференцировки какой-то конкретной ткани или
структуры. Между организатором и окружающими его тканями существует
сложная сеть реципрокных взаимодействий, обеспечивающих устойчивость
развития.
Существует большое количество примеров индукционных взаимодействий и активности регионов-организаторов в развитии беспозвоночных
животных. Например, у гребневика Mnemopsis ledei развитие гребных пластинок зависит от индукционных взаимодействий между бластомерами 2-х
линий (Henry and Martindale, 2001). В эмбриональном развитии некоторых
видов морских ежей вегетативные микромеры дифференцируются автономно в клетки скелетогенной мезенхимы, и, кроме того, действуют как организационный центр, индуцирующий формирование архентерона и вторично — мезенхимальных структур (Horstadius, 1939; Ransick and Davidson,
1993; McClay et al., 2000). Очень часто организаторы ассоциированы с регионом бластопора и/или регионом спецификации мезодермы (эндомезодермы)
(Lambert, 2008). За последние несколько десятилетий удалось выявить молекулярную основу активности регионов-организаторов. Было показано, что она
основана на сходных наборах молекул и сигнальных путей даже у достаточно далеких друг от друга таксонов, таких как позвоночные, головохордовые,
иглокожие и полухордовые, а также, возможно, моллюски (Yaguchi et al., 2006;
Lowe et al., 2006; Garcia-Fernandez et al., 2007; Lambert, 2008). Это, по-видимому,
Происхождение эмбриональной индукции…
201
и обеспечивает неспецифичность/взаимозаменяемость организаторов, выявленную в экспериментах. С биохимической точки зрения ассоциированный
с бластопором организатор представляет собой сложный сигнальный центр,
отвечающий за поддержание градиентов молекул, являющихся компонентами сигнальных путей (в основном, BMP и Wnt путей) (Garcia-Fernandez et al.,
2007).
Распространенность эмбриональных организаторов среди самых разных
таксонов животных, а также их консервативность (как функциональная, так
и биохимическая), заставляют задуматься о том, насколько рано в эволюции
появились регионы-организаторы, каковы их эволюционно-первичные и эволюционно-консервативные черты, можно ли считать организаторы далеких
друг от друга таксонов гомологами. Для того чтобы приблизиться к решению
этих проблем, необходимо детально изучить регионы-организаторы низших
многоклеточных животных. Идеальными модельными объектами для такого
исследования являются низшие многоклеточные животные Cnidaria, обладающие простым и эволюционно примитивным планом строения, удобным
для экспериментального изучения. К сожалению, индукционные взаимодействия в развитии низших многоклеточных животных в настоящее время
практически не изучены. Исключениями являются работы, посвященные изучению организаторов пресноводного полипа Hydra и морского колониального гидроида Hydractinia echinata (Browne, 1909; Broune et al., 2005; Stumpf et al.,
2010). У взрослого полипа гидры организатором является кончик гипостома,
а у личинки-планулы Hydractinia — задний конец тела.
Объектами нашей работы стали актиния Nematostella vectensis (кл. Anthozoa)
и морские колониальные гидроиды Dynamena pumila и Laomedea flexuosa
(кл. Hydrozoa).
Было экспериментально показано, что регионом-организатором у Nematostella vectensis является губа бластопора (область бластопора соответствует
заднему полюсу планулы и оральному полюсу полипа Nematostella). Пересадка фрагмента губы бластопора от эмбриона-донора в крышу бластоцеля
эмбриона-реципиента приводит к формированию у последнего вторичной
оси тела (Kraus et al., 2007). Формирование вторичной оси начинается с заживления раны – разреза крыши бластоцеля реципиента, в который вставляется пересаживаемый фрагмент. Края раны погружаются в бластоцель, что
напоминает морфогенетические движения губ бластопора в нормальном
развитии. Трансплантированный фрагмент погружается в бластоцель вместе с краями раны, но часть фрагмента остается на поверхности эмбриона.
Первые морфологические признаки развивающейся вторичной оси появляются через 24–36 часов после трансплантации. Это — вторичный рот, формирующийся на месте зажившей раны, и связанная с ним развивающаяся
вторичная глотка. Через 48 часов после трансплантации начинает удлиняться вторичное тело полипа. Формирование вторичной системы мезентериев и
вторичных щупалец занимает следующие 2–3 суток. Вторичные мезентерии
всегда формируются как ответвления (отростки) мезентериев реципиента.
Вторичная система мезентериев функциональна — вторичное тело полипа
способно сокращаться, в некоторых случаях независимо от первичного. Ни
в одном из экспериментов вторичное тело не формировалось целиком из
тканей эмбриона-донора. Были также проведены эксперименты по оценке
202
Ю. А Краус, Е. М. Савина, И. А. Косевич
влияния на исход трансплантации возраста донора и реципиента. Эти эксперименты позволяют сделать вывод о том, что индукционный потенциал
эмбрионального организатора меняется с изменением возраста эмбриона.
Максимальным индукционным потенциалом обладает губа бластопора
средней гаструлы. Наиболее восприимчивы к индукционному воздействию
эмбрионы на стадиях ранней и средней гаструлы. к стадии поздней гаструлы
восприимчивость тканей реципиента снижается, что, по-видимому, связано
со снижением возможности переопределения судьбы клеток аборальной области эмбриона в сторону формирования оральных структур.
Как уже упоминалось, у одного из представителей Cnidaria, колониального
гироида Hydractinia echinata, свойствами организатора обладает задний конец
личинки-планулы (Stumpf et al., 2010). Возникает вопрос: насколько универсальным является это свойство заднего конца планулы? Беломорский гидроидный полип Dynamena pumila обладает сложной колонией, морфологически
сильно отличающейся от колонии Hydractinia. В ходе метаморфоза планулы
Dynamena формируется не первичный полип, а первый модуль колонии, состоящий из трех зачатков (двух первичных гидрантов и верхушки роста). Таким образом, у Dynamena отсутствует преемственность между задним концом
тела планулы и гипостомом первичного гидранта. Были проведены эксперименты по трансплантации фрагмента заднего конца планулы Dynamena
плануле-реципиенту того же возраста. Трансплантации приводили к формированию в ходе метаморфоза вторичного побега, вовлекающего в свое формирование до 50% тканей реципиента. При контрольных трансплантациях
формирования вторичных побегов не наблюдалось. Был сделан вывод о том,
что задний конец планулы Dynamena обладает свойствами организатора.
Были также экспериментально проверены индукционные возможности
верхушки роста гидроидной колонии. Верхушка роста — элемент колонии
текатных гидроидов, формирующийся на концах ее побегов и столонов. За
счет нее осуществляется рост и морфогенез колонии. Для текатных гидроидов периодическая деградация гидрантов является нормальным процессом.
Гидранты колониального гидроида Laomedea flexuosa, проявляющие первые
признаки начала регресса, изолировали от колонии, отрезая на уровне диафрагмы гидротеки. В деградирующий гидрант, который приобретал шаровидную форму, подсаживали фрагмент верхушки роста побега. В контрольной группе все гидранты приобрели шаровидную форму и спустя 3–4 суток
рассыпались на отдельные клетки. В экспериментальной группе, в течение
суток с момента имплантации, формировался гидрант, размеры которого
соответствовали исходному объему тканей. Гистологическое исследование
таких гидрантов не выявили отличий их строения от такового нормальных
гидрантов колонии. Вероятно, имплантация фрагмента верхушки роста индуцировала трансдифференцировку клеток деградирующего гидранта.
Таким образом, наши эксперименты выявили следующие регионы-организаторы у представителей книдарий: бластопоральная область эмбриона
актинии, задний конец личинки-планулы колониального гидроида, верхушка роста гидроидной колонии. Можно сделать вывод об эволюционной древности индукционных взаимодействий, поскольку они широко распространены в онтогенезе книдарий, которые являются низшими многоклеточными
животными.
Происхождение эмбриональной индукции…
20 3
Литература
Broun M., Gee L., Reinhardt B., Bode H. R. 2005. Formation of the head organizer in hydra
involves the canonical Wnt pathway // Development. Vol. 132. P. 2907–2916.
Browne E. N. 1909. The production of new hydranths in hydra by the insertion of small
grafts // J. Exp. Zool. Vol. 8. P. 1–33.
Garcia-Fernandez J., D’Aniello S., Escriva H. 2007. Organizing chordates with an organizer //
BioEssays. Vol. 29. P. 619–624.
Henry J. Q., Martindale M. Q. 2001. Multiple inductive signals are involved in the
development of the ctenophore Mnemiopsis leidyi // Dev. Biol. Vol. 238. P. 40–46.
Horstadius S. 1939. The mechanics of sea urchin development as studied by operative
methods // Biol. Rev. Vol. 14. P. 132–179.
Kraus Y., Fritzenwanker J. H., Genikhovich G., Technau U. 2007. The blastoporal organiser
of a sea anemone // Curr. Biol. Vol. 17. P. R874–R876.
Lambert J. D. 2008. Mesoderm in spiralians: the organizer and the 4d cell // J. Exp. Zool.
Vol. 310B. P. 15–23.
Lowe C. J., Terasaki M., Wu M., Freeman R. M., Runft L. 2006. Dorsoventral patterning in
hemichordates: insights into early chordate evolution // PLoS Biol. Vol. 4. e291.
McClay D. R., Peterson R. E., Range R. C., Winter-Vann A. M., Ferkowicz M. J. 2000.
A micromere induction signal is activated by b-catenin and acts through Notch to initiate
specification of secondary mesenchyme cells in the sea urchin embryo // Development.
Vol. 127. P. 5113–5122.
Ransick A., Davidson E. H. 1993. A complete second gut induced by transplanted micromeres
in the sea urchin embryo // Science. Vol. 259. P. 1134–1138.
Spemann H., Mangold H. 1924. Über Induktion von Embryonalanlagen durch Implantation
artfremder Organisatoren // W. Roux’s Arch. Entwicklungsmech. Organ. Vol. 100.
P. 599–638.
Stewart R. M., Gerhart J. C. 1990. The anterior extent of dorsal development of the Xenopus
embryonic axis depends on the quantity of organizer in the late blastula // Development.
Vol. 109. P. 363–372.
Stumpf M., Will B., Wittig K., Kasper J., Fischer B., Schmich J., Seipp S., Leitz T. 2010.
An organizing region in metamorphosing hydrozoan planula larvae — stimulation of
axis formation in both larval and in adult tissue // Int. J. Dev. Biol. Vol. 54. P. 795–802.
Yaguchi S., Yaguchi J., Burke R. D. 2006. Specification of ectoderm restricts the size of the
animal plate and patterns neurogenesis in sea urchin embryos // Development. Vol. 133.
P. 2337–2346.
204
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Пространственная организация мышечных
волокон в присосках нескольких видов
трематод
Д. Ю. Крупенко1
1
Санкт-петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия;
e-mail: [email protected]
Одним из наиболее распространенных органов активного прикрепления
у различных животных является присоска. Наличие двух присосок — ротовой и брюшной — характерно для особей гермафродитного поколения большинства трематод. Ротовая присоска располагается на переднем конце тела
субтерминально, брюшная обычно лежит на вентральной поверхности тела.
Присоски описывают как мускулистые образования, стенка которых состоит
из пяти слоев по-разному ориентированных мышечных волокон: наружных
кольцевого и меридионального (выстилают купол присоски — поверхность,
обращенную к паренхиме); внутренних кольцевого и меридионального (выстилают полость присоски); и радиального (расположен между ними) (Гинецинская, 1968; Halton and Maule, 2004 и др.). Радиальные мышцы развиты
наиболее хорошо, т. к. именно за счет их сокращения создается отрицательное давление в полости присоски, благодаря которому, главным образом,
осуществляется прикрепление. Считается, что кольцевые волокна обеспечивают сжатие присоски, а меридиональные — ее расширение и уплощение.
В районе устья присоски кольцевые волокна обычно формируют сфинктер:
благодаря ему защемляется субстрат, к которому прикрепляется трематода.
Номенклатура мышечных слоев предполагает, что расположение волокон
в них является радиально-симметричным относительно оси присоски (с незначительными искажениями, диктуемыми формой присоски). Подобное
строение присоски описывается и в сводках по строению мышечной системы паразитических плоских червей, и в работах по строению мышечной
системы отдельных видов трематод. Иногда также отмечают наличие косых
мышечных волокон, пересекающих толщу присоски в разных направлениях
(Ястребов, 1998). На настоящий момент имеется только одно описание своеобразного расположения мышечных волокон: в наружной стенке брюшной
присоски Lecithochirium sp. имеются так называемые параболические волокна,
образующие сложный билатерально-симметричный узор (Ястребова и др.,
2004).
Целью нашей работы стало описание расположения мышечных волокон
в присосках нескольких видов трематод и сопоставление результатов с традиционной схемой строения присоски. В данной работе мы приводим сравнительный анализ мускулатуры присосок следующих трематод: Microphallus
piriformes (Odhner, 1905) и M. pygmaeus (Levinsen, 1881) (метацеркарии); Parvatrema margaritensis (Ching, 1982) (метацеркарии); Cercaria quadriramis Tschubrik,
1966 (Parvatrema sp.) (метацеркарии); Himasthla militaris (Rudolphi, 1802) (церкарии); Leucochloridium sp. (метацеркарии); Cercaria parvicaudata Stunkard, 1930
Пространственная организация мышечных волокон…
20 5
(Renicola sp.) (церкарии); Cryptocotyle lingua (Creplin, 1825) (церкарии, мариты); Paramonostomum alveatum (Mehlis, 1846) (церкарии); Neophasis lageniformis
Lebour, 1910 (мариты); Podocotyle atomon (Rudolphi, 1802) (мариты).
Материал был собран летом 2009–2010 гг. на побережье Белого моря (губа
Чупа, Кандалакшский залив, МБС СПбГУ) и Баренцева моря (Восточный
Мурман, биостанция Мурманского Морского Биологического Института).
Метацеркарии Leucochloridium sp. были нам предоставлены Г. Л. Атаевым. Все
объекты были зафиксированы 4% раствором параформальдегида в фосфатном буфере (PBS) и затем окрашены флуоресцентно меченным (FITC или
TRITC) фаллоидином по стандартной методике. Заключенные в глицерин на
PBS (9:1) тотальные препараты просматривали на конфокальном лазерном
сканирующем микроскопе (Leica TCS SPE и SP5).
В составе всех рассмотренных присосок имеется хорошо выраженный слой
радиальных мышц. Также в присосках Himasthla militaris обнаружены пучки
косых мышц.
Расположение мышечных волокон в поверхностных слоях мускулатуры,
как оказалось, несколько варьирует. В полости ротовой присоски у всех рассмотренных трематод имеются наружные кольцевые и внутренние меридиональные мышцы. Наружная поверхность ротовой присоски в самом простом
случае (у церкарий Paramonostomum alveatum) выстлана только тонкими, часто
и регулярно расположенными меридиональными мышечными волокнами.
Кольцевые волокна в этом случае имеются только вблизи устья присоски.
У большинства рассмотренных видов также имеются кольцевые волокна над
слоем меридиональных. Кольцевые волокна наружной поверхности часто
группируются в широкие ленты. Также можно отметить, что у церкарий Himasthla militaris они являются кольцевыми не относительно оси присоски (которая изогнута на вентральную сторону), а относительно продольной оси тела.
Меридиональные волокна могут располагаться тремя разными способами.
Первый вариант — когда они действительно идут по «меридианам» присоски (Paramonostomum alveatum, Microphallus piriformes, M. pygmaeus). У других
рассмотренных трематод есть незначительные отклонения от этой схемы: на
дорсальной поверхности находится продольная мышечная лента, волокна по
бокам от этой ленты своими концами присоединяются к ней, но не доходят
до устья присоски и ротового отверстия (Himasthla militaris, Cryptocotyle lingua,
Cercaria quadriramis). В данном случае мышцы уже располагаются билатерально. Третий вариант расположения меридиональных волокон представляет
собой сложный билатерально-симметричный узор с треугольными элементами (Leucochloridium sp., Parvatrema margaritensis).
Кроме того у церкарий Himasthla militaris и метацеркарий Leucochloridium sp.
имеются дополнительные слои мышечных волокон, выстилающие наружную
поверхность ротовой присоски.
На наружной поверхности брюшной присоски кольцевые волокна у большинства рассмотренных видов имеются только вблизи устья. Они расположены непосредственно над слоем радиальных мышц. Периферическое положение занимают меридиональные волокна. Нужно отметить, что по-настоящему
меридиональными можно назвать эти волокна только в небольших брюшных
присосках метацеркарий Microphallus piriformes и M. pygmaeus. На дорсальной
поверхности купола присоски они сходятся в одну точку. Во всех остальных
206
Д. Ю. Крупенко
рассмотренных случаях расположение меридиональных мышечных волокон
присоски более сложное, билатерально-симметричное. В каждом отдельном
случае узор, образуемый «меридиональными» волокнами, различается (Cercaria parvicaudata, Himasthla militaris). На наружной поверхности брюшной присоски H. militaris имеется также дополнительная группа мышц — поперечная
лента на вентральной поверхности, идущая позади устья.
В полости брюшной присоски имеются обычно хорошо развитые кольцевые волокна, которые являются продолжением сфинктера, но они редко
доходят до дна. Однако у церкарий Himasthla militaris эти волокна выстилают поверхность полости присоски целиком и при этом располагаются билатерально-симметрично. Меридиональные мышечные волокна внутреннего
слоя присоски являются продолжением наружного. В некоторых случаях они
быстро разрежаются и не доходят до дна полости; однако у метацеркарий
Microphallus piriformes и Leucochloridium sp. меридиональные волокна присутствуют на дне присоски, где они расположены в виде решетки.
В целом, полученные результаты свидетельствуют о том, что количество
и характер расположения слоев мышечных волокон в присосках трематод
могут сильно варьировать, даже у родственных видов (например, наружная
стенка ротовой присоски Cercaria quadriramis и Parvatrema margaritensis). Также
необходимо отметить, что расположение мышечных волокон в присосках
обычно является билатерально-симметричным. Более всего это характерно
для меридиональных волокон. Можно предположить, что различные варианты расположения меридиональных волокон возникают в результате дефицита места для их крепления. Радиальная симметрия может наблюдаться
в небольших, плохо развитых присосках (например, в брюшной присоске
Microphallus piriformes и M. pygmaeus).
Литература
Гинецинская Т. А. 1968. Трематоды, их жизненные циклы, биология и эволюция. Л.:
Наука. 411 с.
Ястребов М. В. 1998. Локомоторные аппараты некоторых Trematoda (Plathelminthes)
с недифференцированным телом // Зоол. журн. Т. 77. № 6. С. 627–638.
Ястребова И. В., Ястребов М. В., Фрезе В. И. 2004. Мышечная система Lecithochrium sp.
(Trematoda, Lecithochiridae) // Тр. Ин-та паразитологии. Т. 44. С. 433–449.
Halton D. W., Maule A. G. 2004. Flatworm nerve–muscle: structural and functional
analysis // Can. J. Zool. Vol. 82. P. 316–333.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
207
Тонкое строение нервной системы тихоходки
Halobiotus stenostomus Richters, 1908 (Tardigrada: Eutardigrada, Hypsibiidae)
К. Г. Кузнецова1
1
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Москва, Россия;
e-mail: [email protected]
Строение нервной системы тихоходок представляет большой интерес,
в первую, очередь в связи с открытым вопросом о происхождении типа. Тип
Tardigrada считается близким к таким типам как Arthropoda и Onychophora
(Schmidt-Rhaesa, 2001). Вместе с последними двумя группами тихоходки образуют общую группу Panarthropoda, выделенную на основе строения нервной
системы (Nielsen, 2008). Помимо Panarthropoda в Ecdysozoa входит еще одна
группа — Cycloneuralia, также выделенная по принципу строения нервной
системы. к этой группе относятся такие типы как Nematoda, Nematomorpha,
Kinorhyncha, Loricifera и Priapulida.
Нервная система тихоходок описана всего в нескольких работах для нескольких видов эутардиград: Macrobiotus hufelandi (Zantke et al., 2008) и Milnesium tardigradum (Wiederhoft and Greven, 1996). Большинство авторов относят
тихоходок к Panarthropoda, однако есть и мнения, согласно которым тихоходки ближе к Cycloneuralia (Zantke et al., 2008). В связи с малой изученностью вопроса, а также разногласиями между авторами существующих работ,
описание строения нервной системы других видов тихоходок является очень
актуальным вопросом.
Нервная система Halobiotus stenostomus Richters, 1908 состоит из головного
мозга, подглоточного нервного скопления, нейронов, входящих в состав буккального клеточного комплекса и брюшной нервной цепочки. Все эти органы
окружены базальной пластинкой.
Мозг лежит в передней части головы над буккальной трубкой и имеет долевое строение. Каждая доля состоит из проксимального нейропиля и дистально лежащих тел нейронов. Всего нейронов в мозге около 200. В состав
мозга входят три пары долей: внутренние, наружные и передние.
Внутренние доли лежат над передней частью буккальной трубки. Правая и левая доли соединены широкой центральной комиссурой (рис. 1A–C).
В центральной области внутренних долей дорсально относительно комиссуры лежат тела нейронов. Комиссура является частью большого окологлоточного кольца (рис. 1C). С обеих сторон в нее входят крупные нервные пути,
идущие от дорсальных частей нейропилей передних долей, которые в свою
очередь тоже соединены комиссурой; таким образом, малое окологлоточное
кольцо соединяется с большим (рис. 1C). В центральной части центральной
комиссуры наблюдается перекрест нервных путей (рис. 1A). Нервные пути,
соединяющие передние доли и центральную комиссуру, идя наверх, раздваиваются и часть уходит в дорсо-латеральном направлении, соединяя центральную комиссуру с нейропилями наружных долей мозга (рис. 1C).
208
К. Г. Кузнецова
Рис. 1. Строение нервной системы переднего конца тела. A: Схема строения мозга — вид
сверху. B: Схема строения мозга — вид сбоку. C: Схема строения нервной системы переднего
конца тела — вид спереди
пд — передние доли; нд — наружные доли; вд — внутренние доли; цк — центральная комиссура; кмк —
комиссура малого кольца; плсп — переднелатеральные сенсорные поля; злсп — заднелатеральные сенсорные поля; бт — буккальная трубка; гб — глоточная бульба; GI — ганглий передней пары конечностей;
пс — подглоточное нервное скопление; пк — подглоточная комиссура; тк — туловищные коннективы;
н — нерв, соединяющий наружные доли и первый туловищный ганглий; м — мышцы
Наружные доли лежат дорсо-латерально относительно центральной доли.
От их нейропилей в каудальной части отходят крупные нервы, связывающие
мозг с заднелатеральными сенсорными полями, а в ростральной части — с переднелатеральными. В передних частях наружных долей лежат глаза (рис. 1A,
B). От середины вентральной части наружных долей отходят нервные тракты, идущие в вентро-каудальном направлении соединяющие их с ганглием
первой пары конечностей (рис. 1B).
Передние (окологлоточные) доли лежат латерально относительно буккальной трубки (рис. 1A-C). Они имеют вытянутую в дорсо-вентральном направлении форму, их нейропили входят в состав малого окологлоточного кольца
(рис. 1C). В вентральном направлении от нейропилей отходят нервные пути
к подглоточному нервному скоплению, а дорсально, над буккальной трубкой, передние доли соединяются комиссурой, замыкая, таким образом, малое
окологлоточное кольцо (рис. 1C). От нейропилей передних долей в ростровентральном направлении отходят крупные нервные пути к околоротовому
сенсорному полю (рис. 1B).
Под буккальной трубкой лежит симметричное скопление тел нейронов —
подглоточное нервное скопление (рис. 1B, C). Оно представляет собой билатерально-симметрично располагающиеся тела нейронов, соединенные
небольшой комиссурой, лежащей под самой передней частью буккальной
трубки. Подглоточное нервное скопление соединяется парой крупных коннектив с ганглием первой пары конечностей. Тела нейронов располагаются
рыхло и неупорядоченно, что заставляет сомневаться в целесообразности называть его полноценным ганглием.
Буккальный клеточный комплекс непосредственно окружает буккальную
трубку и стилетный аппарат, располагаясь внутри малого окологлоточного
кольца. Буккальное скопление не представляет собой самостоятельной доли,
потому что здесь нервные элементы перемешаны с мышечными клетками и
клетками слюнных желез.
Брюшная нервная цепочка представляет собой четыре брюшных билатерально симметричных ганглия, соответствующих четырем парам
Тонкое строение нервной системы тихоходки…
209
конечностей. Ганглии соединены парой коннектив между собой и с подглоточным нервным скоплением. Каждый ганглий содержит примерно 30 тел
нейронов, лежащих на поверхности ганглия, в середине же располагается
нейропиль. В отличие от подглоточного нервного скопления, эти ганглии
имеют очень плотную и упорядоченную структуру. Нейропили брюшных
ганглиев состоят из четырех частей: двух передних (правой и левой) и двух задних. Правые и левые нейропили соединены комиссурой, при этом передние
нейропили располагаются выше задних. Таким образом, эти ганглии имеют
как бы «двухэтажное» строение.
Нервная ткань Halobiotus stenostomus не однородна: имеются нейроны 2-х
типов, отличающиеся электронной плотностью цитоплазмы, составом органелл и формой митохондрий. Нейропили также состоят из отростков 2-х
типов. В них встречаются везикулы 5 типов. В нейропилях встречается 3 типа
синаптических окончаний. Кроме того, интересной особенностью нервной
системы H. stenostomus является то, что нервные клетки встречаются как в составе хорошо выраженных ганглиев, так и небольшие группы нейронов
встречаются в составе периферических нервов.
Мозг Halobiotus stenostomus по составу и расположению основных долей
имеет сходное строение с мозгом описанных эутардиград. Мозг H. stenostomus, как и Macrobiotus hufelandi и M. tardigradum, имеет наружные и внутренние
доли. Наружные доли во всех трех случаях несут глаза и соединяются выходящими из этих долей нервами с ганглием первой пары конечностей в составе брюшной нервной цепочки. Тем не менее, при сходстве общего плана
строения, имеют место и отличия.
Мозг Milnesium tardigradum имеет три прецеребральных ганглия, иннервирующие перибукальные папиллы, а также ганглии, иннервирующие головные папиллы (Wiederhoft and Greven, 1996). Эти ганглии отсутствуют у Macrobiotus hufelandi и Halobiotus stenostomus. Мозг Milnesium tardigradum отличает
еще одна пара ганглиев — это ганглии заднелатеральных сенсорных полей,
которые не обнаружены нами у H. stenostomus. Мозг Macrobiotus hufelandi также
состоит из наружных и внутренних долей, однако, в нем отсутствуют какиелибо дополнительные ганглии. В мозге Macrobiotus hufelandi обнаружены две
комиссуры: преоральная и дорсальная (Zantke et al., 2008). На наш взгляд преоральная комиссура Macrobiotus hufelandi соответствует комиссуре малого окологлоточного кольца H. stenostomus (соединяющей передние доли спереди),
а дорсальная комиссура — центральной комиссуре H. stenostomus.
Основной особенностью мозга Halobiotus stenostomus является наличие передних долей. В состав передних долей включены окологлоточные коннективы. У остальных видов эутардиград отсутствуют передние доли, а окологлоточные коннективы идут от внутренних долей на вентральную сторону,
где соединяются с комиссурой подглоточного нервного скопления. Кроме
того, у других видов эутардиград не описаны нервные элементы в буккальном клеточном комплексе.
Мозг Halobiotus stenostomus состоит из 3 пар долей и включает 3 пары нейропилей. Анатомически выраженных комиссур в составе мозга — 2. Кроме
того, в головном отделе имеется третья комиссура — комиссура подглоточного нервного скопления. Подглоточное нервное скопление по строению
сильно отличается от ганглиев брюшной нервной цепочки неплотным
210
К. Г. Кузнецова
и неупорядоченным расположением нейронов, в связи с чем не может считаться полноценным ганглием.
Литература
Nielsen C. 2008. Animal evolution. Interrelationship of the living phyla. Oxford: Oxford
University Press. 578 p.
Schmidt-Rhaesa A. 2001. Tardigrades — Are They Really Miniaturized Dwarfs? //
Zoologischer Anzeiger. Vol. 240. P. 540–555.
Wiederhoft H., Greven H. 1996. The cerebral ganglia of Milnesium tardigradum Doyere
(Apochela, Tardigrada): Three dimensional reconstruction and notes on their
ultrastructure // Zool. J. Linn. Soc. Vol. 116. P. 71–84.
Zantke J., Wolff C., Scholzt G. 2008. Three-dimensional reconstruction of the central
nervous system of Macrobiotus hufelandi (Eutardigrada, Parachela): implications for the
phylogenetic position of Tardigrada // Zoomorphology. Vol. 127. P. 21–36.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
211
NADPH-диафоразная активность в структурах
торакальных ганглиев брюшной нервной
системы и в нервно-мышечных окончаниях
крыловой мышцы перелетной саранчи Locusta
migratoria L.
Т. В. Кузнецова1, Т. Г. Маркосова2
Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН,
Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
2
Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
1
Введение: Известно, что оксид азота (NO) синтезируется в клетках с помощью фермента NO-синтазы (NOS) и действует как неспецифический
нейротрансмиттер и нейромодулятор в центральной и периферической
нервной системах животных, является универсальным эндогенным регулятором клеточного и тканевого метаболизма у позвоночных и беспозвоночных (Elofsson et al., 1993; Проскуряков и др., 1999; Jacklet, 1997). Показано, что
NOS находиться в клетках у позвоночных и беспозвоночных животных в колокализации с флавиновым коферментом NADPH-диафоразой (NADPHd)
(Elofsson et al., 1993; Проскуряков и др., 1999; Jacklet, 1997), поэтому в качестве
топографического маркера нитроксидергических структур обычно используют NADPHd. В исследованиях с использованием NADPHd показано, что NOS
присутствует и у насекомых (Jacklet, 1997). В ЦНС NADPHd, маркирующая
NO (Dawson et al., 1991; Colasanti and Venturini, 1998), действует через активацию гунилатциклазы, циклогеназ, протеинкиназы С. У артропод важная роль
принадлежит NO в регуляции респираторной функции, в пищевом поведении, в хеморецепции, в механизмах иммунологической защиты организма,
в клеточной пролиферации и дифференцировке (Jacklet, 1997; Kim et al., 2004).
У насекомых NO участвует также в формировании ответов фоторецепторных
клеток (Schmachtenberg and Bicker, 1999; Elphick et al., 1996); показано наличие
NO в центральном комплексе головного мозга кузнечиков и его роль в торможении поведения, связанного с пением насекомых (Wenzel et al., 2005). Оксид
азота, как правило, находится в клетках в колокализации с другими биологическим активными веществами — ацетилхолином, моноаминами или пептидами, что показано в целом ряде исследований на беспозвоночных (Jacklet,
1997; Elfvin et al., 1997). Распределение и функциональная значимость NOергических элементов в нервной системе насекомых интенсивно исследуется
последние десятилетия. Имеются убедительные доказательства, что NADPHd
в центральном комплексе — основном интегративном центре мозга насекомых — активно экспрессируется уже на стадиях эмбрионального развития,
в то время как FMRF-амидоподобные нейропептиды начинают экспрессироваться только в постэмбриогенезе (Jacklet, 1997). Настоящая работа является
исследованием распределения NADPHd-активности в торакальных ганглиях
брюшной нервной цепочки саранчи у только что перелинявшего на имаго
насекомого. Целью работы явилось выявление локализации и распределения
212
Т. В. Кузнецова, Т. Г. Маркосова
NО-ергических элементов в торакальных ганглиях саранчи
Locusta migratotia L., а также
в нервно-мышечных окончаниях крыловой мышцы 112 —
основного депрессора крыла.
Материал и методы: Объектами исследования явились
самцы саранчи L. migratoria L.
сразу после имагинальной
линьки, когда насекомое еще
не способно к стабильному полету. Насекомых брали из лабораторной культуры ИЭФиБ
им. И. М. Сеченова РАН, где
они содержались при постоянной температуре +30–32 °С, повышенной влажности воздуха
и искусственном световом режиме 12:12. Торакальные ганглии и крыловую мышцу 112
выделяли, затем фиксировали
Рис. 1. Схема расположения NADPHd-позитивных
структур в метаторакальном ганглии саранчи. Мас- в течение 2–4 ч в 4% растворе
параформальдегида, пригоштаб 100 мкм
1 — мотонейроны нерва 1D; 2 — клеточные тела мотонейро- товленном на 0.1M фосфатном
нов нерва 4D; 3 — нейросекреторные клетки; 4 — окрашен- буфере (рН 7.2) при 4 °С. После
ные отростки нейронов основного нейропиля
фиксации объекты промывали в течение 3 ч в 20% растворе сахарозы на 0.1М фосфатном буфере при 4 °С. Использовали тотальные
препараты торакальных ганглиев саранчи и мышцы 112. Для выявления
NO-ергических элементов использовали гистохимический метод выявления
NADPHd Хоупа и Винсента (Норе and Vinsent, 1989). Препараты выдерживали 30 мин в 0.15М Трис-HCl буфере (рН 7.8) с добавлением 0.05% Тритона
Х-100. Затем их инкубировали в среде, содержащей 1.5 мМ β-NADPH (Sigma),
0.75 мM нитросинего тетразолиевого (NBT) (Sigma) и 0.05% Тритона Х-100
в 0.15М Трис-HCl буфере (рН 7.8). Инкубацию проводили при комнатной
температуре (+22-24 °С) в течение 1.5–2 ч. После инкубации срезы промывали
в дистиллированной воде, обезвоживали в спиртах возрастающей концентрации и заключали в канадский бальзам. В контрольных опытах срезы инкубировали в среде без добавления β-NADPH или в среде без добавления NBT.
Результаты и их обсуждение: NO-ергические элементы были выявлены у саранчи в значительном количестве во всех торакальных ганглиях брюшной
нервной цепочки, а также в нервно-мышечных окончаниях исследуемой крыловой мышцы 112. Показаны особенности распределения нитроксидергических элементов в про-, мезо- и метаторакальном ганглиях. Отмечены скопления окрашенных клеточных тел в переднеконнективной области всех трех
ганглиев груди и в латеральных областях ганглиев торакса. Распределение
окрашенных нейронов во всех ганглиях торакса сходно, поэтому приводится
NADPH-диафоразная активность…
213
только для метаторакального ганглия (рис. 1). В переднеконнективной области ганглия выявлены тела нескольких мотонейронов. В мезо- и метаторакальном ганглиях такие клетки могут быть идентифицированы как мотонейроны первых сегментарных нервов. Было выявлено от 3 до 5 клеточных тел. В
метаторакальном ганглии оказались окрашены не только мотонейроны 1-го
нерва, но и нейроны в 3-м и 4-м нейромерах. В латеральной задне-коннективной области ганглия выявлена четко локализованная группа NADPHdположительных (NADPHd-п) тел четырех мотонейронов 4-го сегментарного
нерва. Все эти мотонейроны имеют грушевидную форму 45-50 мкм шириной
и около 60 мкм длиной. Осадок диформазана, импрегнирующего NADPHd,
достаточно гомогенно маркирует цитоплазму выявленных NO-ергических
нейронов, оставляя слабо окрашенным ядро клетки. Тела этих нейронов
располагаются в вентральной области ганглия латерально, непосредственно
у корешка нерва 4D (рис. 1: 2). Проведенное нами ранее исследование (Вовк,
1991) позволяет идентифицировать такие окрашенные клетки как мотонейроны тергококсальной мышцы 120 (Wilson, 1962). Эта мышца участвует в нескольких локомоторных актах (ходьба, полет) и, таким образом, относится
к бифункциональным мышцам. Она начинает активно функционировать
уже на ранних этапах онтогенеза насекомого. Вероятно, с этим связана и проявляющаяся в ней активность NADPHd. Описываемые мотонейроны образуют непосредственно у корешка нерва 4D латеральное двигательное ядро
этого нерва. Следует отметить, что при проведении реакции на NADPHd
окрашиваются не только клеточные тела нейронов, но и их поднимающиеся
в основной нейропиль клеточные отростки. Последние можно было проследить вплоть до дорсальной области нейропиля.
В 4-м нейромере метаторакального ганглия, в латеральной его части, выявлены 2 крупных, окрашенных клеточных тела (рис. 1: 3). По локализации
в ганглии и морфологии эти клетки можно идентифицировать как нейросекреторные клетки типа В, которые, как было показано ранее на цГМФ
(Schmachtenberg and Bicker, 1999), также могут давать интенсивную реакцию.
Последнее позволяет предположить колокализацию различных медиаторных
веществ в одной клетке, и существование тонкой системы регуляции работы нервных и нейросекреторных элементов ЦНС насекомых уже на ранних
стадиях имагинального развития. Сложнее обстоит дело с идентификацией
окрашенных нейрональных отростков в области основного нейропиля метаторакального ганглия (рис. 1: 4). Такие отростки лежат в непосредственной близости к медиальному дорсальному тракту и содержат разветвленные
дендритические ветви, идущие в основном в ростро-медиальном направлении. Несколько коротких дендритов направляются от мозгового разветвления вниз в каудо-латеральном направлении. Пространственная организация
таких отростков, их близкое соседство с медиальным дорсальным трактом
позволяют предположить, что они относятся к ассоциативным элементам
и могут выполнять важную регуляторную функцию.
Исследование тотальных препаратов мышцы 112 показало наличие
NADPHd-п локусов в областях окончаний двигательного нерва 1D на волокнах этой мышцы (рис. 2). В нервных волокнах наиболее интенсивная реакция
на NADPHd проявляется в их варикозных расширениях (рис. 2A). Выявлена
также интенсивная реакция и в многочисленных чувствительных клетках на
214
Т. В. Кузнецова, Т. Г. Маркосова
Рис. 2. А: Окрашенные нервно-мышечные окончания. B: NADPHd-позитивная чувствительная клетка на волокнах мышцы 112 саранчи. Масштаб 50 мкм
волокнах мышцы (рис. 2B). Полученные данные по распределению NADPHd
в ЦНС и мышцах саранчи позволяют предположить участие нитроксидергических элементов не только в иннервации и регуляции работы исследованной крыловой мышцы, но и других мышц. Следует отметить, что контрольные препараты торакальных ганглиев нервной цепочки и крыловой мышцы
не давали выраженной положительной реакции при гистохимическом выявлении NADPHd.
Проведенное исследование показывает, что оксид азота может широко использоваться для регуляции работы нервных и нейросекреторных элементов
торакальных ганглиев насекомых на ранних стадиях имагинального развития. Имеются морфологические данные о возможной колокализации оксида
азота и моноаминов у артропод (Wenzel et al., 2005; Elfvin et al., 1997). В ЦНС
и в нервно-мышечных синапсах у насекомых ранее было достоверно выявлено присутствие серотонина, глутамата, ГАМК и катехоламинов (Плотникова
и Говырин, 1966; Clements and May, 1974). Все это позволяет сделать вывод
о наличии у насекомых сложной иерархически организованной системы регуляции функций, включающейся на разных этапах онтогенетического развития насекомого. Результаты настоящей работы дают возможность предполагать важную роль NO-циклической гуанозин монофосфатной системы не
только в ЦНС (торакальных ганглиях), но и в структурах периферической
нервной системы на ранних стадиях развития насекомых.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 10-04-01033.
Литература
Вовк Т. В. (Кузнецова Т. В.) 1991. Топография мотонейронов тергококсальной мышцы
саранчи Locusta migratoria L. // Журн. эвол. биохим. физиол. Т. 27. № 4. С. 491–495.
Плотникова С. И., Говырин В. А. 1966. Распределение нервных элементов, содержащих катехоламины, у некоторых представителей кишечнополостных и первичноротых // Арх. анат., гистол. и эмбриол. Т. 50. № 4. С. 79–87.
Проскуряков С. Я., Коноплянникова А. Г., Иванников А. И., Скворцов В. Г. 1999. Биология окиси азота // Успехи совр. биол. Т. 119. № 4. С. 380–395.
NADPH-диафоразная активность…
215
Clements A. T., May T. E. 1974. Studies on locust neuromuscular physiology in relation to
glutamic acid // J. Exp. Biol. Vol. 60. P. 335–378.
Colasanti M., Venturini G. 1998. Nitric oxide in invertebrates // Mol. Neurobiol. Vol. 17.
P. 157–174.
Dawson T. M., Bredi D. S., Fotuhi M., Hwang P. M., Snyder S. H. 1991. Nitric oxide synthase
and neuronal NADPH-diaphorase are identical in brain and peripheral tissues // Proc.
Natl. Acad. Sci. USA. Vol. 88. P. 7797–7801.
Elfvin L. G., Holmberg K., Emson P., Schemann M., Hökfelt T. 1997. Nitric oxide synthase,
choline acetyltransferase, catecholamine enzymes and neuropeptides and their colocalization in the anterior pelvic ganglion, the inferior mesenteric ganglion and the
hypogastric nerve of the male guinea pig // J. Chem. Neuroanat. Vol. 14. P. 33–49.
Elofsson R., Carlberg M., Moroz L. L., Nezlin L. P., Sakharov D. A. 1993. Is nitric oxide (NO)
produced by invertebrate neurons? // Neuroreport. Vol. 4. P. 279–282.
Elphick M. R., Williams L., O’Shea M. 1996. New features of the locust optic lobe: evidence
of a role for nitric oxide in insect vision // J. Exp. Biol. Vol. 199. P. 2395–2407.
Herbert Z., Rauser S., Williams L., Kapan N., Güntner M., Walch A., Boyan G. 2010.
Developmental expression of neuromodulators in the central complex of the grasshopper
Schistocerca gregaria // J. Morphol. Vol. 271. P. 1509–1526.
Норе В. Т., Vinsent S. R. 1989. Histochemical characterization of neuronal NADPHdiaphorase // J. Neurochem. Cytochem. Vol. 37. P. 653–661.
Jacklet J. W. 1997. Nitric oxide signalling in insects // Invert. Neurosci. Vol. 3. P. 1–14.
Kim H. W., Batista L. A., Hoppes J. L., Lee K. J, Mykles D. L. A crustacean nitric oxide
synthase expressed in nerve ganglia, Y-organ, gill and gonad of the tropical land crab,
Gecarcinus lateralis // J. Exp. Biol. 2004. Vol. 207. P. 2845–2857.
Schmachtenberg O., Bicker G. 1999. Nitric oxide and cyclic GMP modulate photoreceptor
cell responses in the visual system of the locust // J. Exp. Biol. Vol. 202. P. 13–20.
Wenzel B., Kunst M., Günther C., Ganter G. K., Lakes-Harlan R., Elsner N., Heinrich R. 2005.
Nitric oxide/cyclic guanosine monophosphate signaling in the central complex of the
grasshopper brain inhibits singing behavior // J. Comp. Neurol. Vol. 488. P. 129–139.
Wilson D. M. 1962. Bifunctional muscles in the thorax of grasshopper // J. Exp. Biol. Vol. 39.
P. 669–677.
216
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Организация кровеносной системы замковой
брахиоподы Hemithyris psittacea
Т. В. Кузьмина¹, В. В. Малахов1,2
¹ Московский государственный университет, Москва, Россия; e-mail: [email protected]
² Дальневосточный Федеральный университет, Владивосток, Россия;
e-mail: [email protected]
Брахиоподы (плеченогие) – реликтовая группа морских беспозвоночных
животных. Изучение строения мягкого тела брахиопод дает информацию,
востребованную как зоологами, так и палеонтологами, поскольку наряду
с пониманием основных направлений эволюции в пределах брахиопод, позволяет внести вклад в понимание положения этой загадочной группы в системе животного царства. Проблема строения и физиологии кровеносной
системы брахиопод является центральной для понимания организации этих
животных. Представления об анатомическом строении кровеносной системы
брахиопод основываются на работах 19-ого и начала 20-ого столетия. Анатомия кровеносной системы беззамковых брахиопод известна благодаря работам Блохманна (Blochmann, 1892, 1900) и Шеффера (Schaeffer, 1926). Работа
Ханкока 1859 г. (Hancock, 1859), в которой рассматривается строение H. psittacea, является единственным источником сведений об анатомии кровеносной
системы замковых брахиопод. С тех пор эти работы не подвергались ревизии,
и остался целый ряд нерешенных вопросов. Так, неизвестно точное число
и расположение пульсаторных органов, до сих пор не предложена схема кровообращения, не описано тонкое строение кровеносных сосудов, нет единого
описания клеток крови брахиопод и др.
Цель настоящей работы — изучить микроскопическую анатомию кровеносной системы замковой брахиоподы Hemithyris psittacea и на примере этого
вида построить схему кровообращения брахиопод.
Материалом для данной работы послужили взрослые особи замковой брахиоподы Hemithyris psittacea (Gmelin, 1790), собранные в августе 2007 г. в Кандалакшском заливе Белого моря в окрестностях Беломорской биологической
станции МГУ на глубине 9 м. Методы исследования включали анатомирование животных, изучение серийных гистологических срезов, методы сканирующей электронной микроскопии.
Центральным элементом кровеносной системы H. psittacea является сердце, которое представляет собой сократимый мешочек овальной формы
и располагается в области прикрепления гастропариетального мезентерия
к стенке желудка. От сердца в переднем направлении вдоль дорсального
мезентерия отходит главный дорсальный сосуд, который в месте перехода
желудка в пищевод вливается в лакунарные пространства, расположенные
внутри перегородок периэзофагеального целома и в соединительно-тканной
обкладке пищевода, образуя так называемый периэзофагеальный кровеносный плексус. В околоротовой области от лакун периэзофагеального плексуса
берут начало лофофоральные кровеносные сосуды, проходящие вдоль левой
и правой руки лофофора. Лофофоральные сосуды проходят вдоль малых
Организация кровеносной системы замковой брахиоподы…
217
целомических синусов рук лофофора и залегают на той стороне малого канала, которая примыкает к целотелию большого канала. Лофофоральный
сосуд дает ответвление в каждое щупальце. Щупальцевый сосуд проходит
вдоль фронтальной стороны как гребенчатого, так и желобчатого щупальца
и заканчивается слепо на его кончике. В области перехода желудка в среднюю
кишку от сердца в заднем направлении отходят левый и правый дорсальные
кровеносные сосуды, каждый из которых в свою очередь разветвляется на дорсо-латеральный и вентро-латеральный. Левый и правый дорсо-латеральные
сосуды проходят вдоль перемычек, связывающих латеральные мезентерии, а
затем вдоль гастропариетального мезентерия с двух сторон от желудка к воронкам дорсальных нефридиев. У воронки дорсального нефридия в месте
прикрепления гастропариетального мезентерия к боковой стенке тела каждый дорсо-латеральный сосуд образует расширение — первое дорсальное
добавочное сердце. От добавочного сердца отходят два сосуда: верхний латеральный и дорсальный мантийный. Последний проходит поперек трубки
дорсального нефридия (в месте его перехода в воронку), формирует второе
дорсальное добавочное сердце, после чего заходит в дорсальные мантийные
синусы, где образует сеть кровеносных сосудов. Левый и правый верхние латеральные сосуды проходят вдоль боковой стенки тела и впадают в лофофоральный сосуд с двух сторон ото рта. Левый и правый вентро-латеральные
сосуды сопровождают илеопариетальный мезентерий и подходят к воронкам
вентральных нефридиев с двух сторон от средней кишки. В месте прикрепления илеопариетального мезентерия к боковой стенке тела каждый вентролатеральный сосуд разветвляется на нижний латеральный и вентральный
мантийный. Последний, пересекая канал нефридия, формирует вентральное
добавочное сердце и заходит в вентральные мантийные синусы, где образует сеть кровеносных сосудов. Левый и правый нижние латеральные сосуды
проходят вдоль боковой стенки тела к околоротовой области и сообщаются
с лофофоральным сосудом. Дорсальные и вентральные мантийные сосуды
сопровождают целомические каналы мантии и заканчиваются слепо на периферии мантийных складок. Помимо описанной выше системы кровеносных
сосудов у H. psittacea имеется кровеносный плексус, который проходит вдоль
всей пищеварительной трубки. Эти лакунарные пространства представляют собой разжиженный соединительно-тканный матрикс, расположенный
между базальной пластинкой целомического эпителия и эпителия пищеварительной трубки.
Полученные результаты согласуются с данными Ханкока (Hancock, 1859)
относительно расположения основных кровеносных сосудов H. psittacea. Однако, нам удалось обнаружить ряд дополнительных образований в кровеносной системе этой замковой брахиоподы. Во-первых, это периэзофагеальный
кровеносный плексус, расположенный внутри перегородок периэзофагеального целома. Сходное образование было описано Блохманном (Blochmann,
1892, 1900) для беззамковых брахиопод, как кровеносные синусы в стенке пищевода, которые сообщаются с лофофоральным сосудом. По данным Ханкока (Hancock, 1859), с лофофоральным сосудом сообщаются лишь левый и
правый нижние латеральные кровеносные сосуды. По нашим данным в лофофоральный сосуд также впадают левый и правый верхние латеральные
кровеносные сосуды. Нижние и верхние латеральные кровеносные сосуды не
218
Т. В. Кузьмина, В. В. Малахов
описаны для беззамковых брахиопод (Hyman, 1959). Ханкок (Hancock, 1859)
описал одно добавочное сердце у воронки дорсального нефридия H. psittacea.
По нашим данным у изученного вида имеется три пары добавочных сердец:
две пары сосредоточены у воронки дорсального нефридия, одна пара —
у воронки вентрального нефридия. Можно предположить, что добавочные
сердца регулируют отток крови из лофофоральных в нижние и верхние латеральные сосуды.
На основе полученных данных по организации кровеносной системы
H. psittacea мы предлагаем следующую схему циркуляции крови брахиопод.
По главному дорсальному сосуду кровь движется вперед и вливается в лакуны периэзофагеального кровеносного плексуса, а оттуда попадает в лофофоральные и связанные с ними щупальцевые сосуды. Поскольку последние
заканчиваются слепо, кровь в лофофоральных и щупальцевых сосудах движется в двух направлениях. Отток от лофофоральных сосудов идет по верхним и нижним латеральным сосудам, которые в свою очередь впадают в дорсо- и вентро-латеральные сосуды, а затем через левый и правый дорсальные
сосуды — в сердце. От нижних и верхних латеральных сосудов кровь также
поступает в мантийные сосуды. Мантийные сосуды также, как и щупальцевые, заканчиваются слепо, в них кровь движется в двух направлениях. Газообмен с внешней средой, по-видимому, осуществляется через сосуды лофофора
(Peck et al., 1986) и мантии (Williams et al., 1997).
Работа поддержана грантом РФФИ № 11-04-00955-а, Министерством науки
и образования РФ и Грантом Правительства РФ № 2010-220-01-180.
Литература
Blochmann F. 1892. Untersuchungen über den Bau der Brachiopoden. Jena: Gustav Fischer.
Pt. 1. Die Anatomie von Crania anomala (Müller). S. 1–65.
Blochmann F. 1900. Untersuchungen über den Bau der Brachiopoden. Jena: Gustav Fischer.
Pt. 2. Die Anatomie von Discinisca lamellosa (Broderip) und Lingula anatina (Bruguiére).
S. 1-124.
Hancock A. 1859. On the organisation of the Brachiopodes // Philos. Trans. R. Soc. Vol. 148.
P. 791–869.
Hyman L. H. 1959. The Invertebrates. N.Y.: McGraw–Hill. Vol. 5. Smaller Coelomate
Groups. P. 516–609.
Peck L. S., Morris D. J., Clarke A. 1986. Oxygen consumption and the role of caeca in the recent
Antarctic brachiopod Liothyrella uva notorcadensis (Jackson, 1912) // Racheboeuf P. R.,
Emig C. C. (eds.). Les Brachiopodes Fossiles et Actuels, Actes du 1er Congrès International
sur les Brachiopodes, Brest 1985. Biostratigraphie du Paléozoïque 4. P. 349–355.
Schaeffer C. 1926. Untersuchungen zur vergleichenden Anatomie und Histologie der
Brachiopodengattung Lingula // Acta Zool. (Stockh.). B. 7. S. 329-402.
Williams A., James M. A., Emig C. C., Mackay S., Rhodes M. C. 1997. Brachiopod anatomy //
Williams A. et al. Treatise on Invertebrate Paleontology. Part H. Brachiopoda. Vol. 1.
Introduction. Colorado, Lawrence: The Geological Society of America and The University
of Kansas Boulder. 188 p.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
219
Методика цветовой дифференциации
моллюска Mytilus galloprovincialis Lam.
А. Д. Куликова1
1
Институт биологии южных морей, Севастополь, Украина; e-mail: [email protected]
Популяция Mytilus galloprovincialis Lam. в Черном море — традиционный
объект биологических исследований. Многократно изучалась возрастная,
пространственная и половая структура популяции данного вида. Отмечена
значительная неоднородность на морфологическом уровне: различаются
размер, форма и окраска раковины. Выделяют две цветовые морфы: черную
и коричневую с рядом переходных форм. Предполагается, что цвет створок
маркирует комплекс генов (Булатов, 1989). Это подтверждается разницей
в темпах соматического роста, прочности и скорости образования биссусной
нити, спектрах неспецифических эстераз и 6-фосфоглюконатдегирогеназы
(Столбова, 1994; Щербань, 2000).
Гибридологическим методом установлено, что цвет раковины — наследуемый признак. Ранее предполагалось, что окраска передается по простой
однолокусной двухаллельной схеме, где коричневый цвет доминирует над
черным, а наличие полосатости над ее отсутствием (Пиркова, 2000). Существует точка зрения, согласно которой наличие радиальной исчерченности
свидетельствует о гетерозиготности мидии по гену цвета (Шурова, 2009).
Отмечаются так же случаи смены характера пигментации створок на протяжении жизни моллюска (Казанкова, 2010). Во всех исследованиях классификация моллюсков на морфы проводилась только визуально и не имела
никакого количественной оценки, что значительным образом затрудняло
изучение вопроса.
Для оценки степени и характера окраски биологических объектов широкое применение получил метод цифровой обработки фотографий. Метод
позволяет описать цвет количественно, и использовался для разделения цветовых морф брюхоногого моллюска Littorina obtusata L (Козминский, 2006).
В настоящей работе был использован данный подход для разделения морф
мидии черноморской.
Материалом для исследования послужили половозрелые мидии Mytilus galloprovincialis Lam., длиной 44.2–72.6 мм. Все мидии были дифференцированы
визуально на пять цветовых групп: коричневые, темно-коричневые, переходные, черные с элементами коричневого и чисто черные. Створки очищались
и высушивались. Раковины с поврежденной поверхностью исключались из
выборки.
Производилось фотографирование створок в специально сконструированной темной камере, унифицирующей условия съемки. Использовался
фотоаппарат OLYMPUS CAMEDIA C-7070 WIDE ZOOM. Створка освещалась
кольцевой люминесцентной лампой модели BRILUM FCS 22 W (температура
4000 К, световой поток 1650 Лм, частота 6000 Гц). Снимок без блика получался
при помещении створки в воду. Фотографирование производилось в режиме
220
А. Д. Куликова
Рис. 1. Распределение створок мидий по цветовым характеристикам: H — цветовой тон;
G — значение зеленого компонента
Рис.2. Распределение створок мидий по цветовым характеристикам: H — цветовой тон;
B — значение синего компонента
ручной настройки камеры (выдержка — 0.5 секунды, чувствительность
диафрагмы — F11). Для каждой раковины делалось по 5 фотографий левой
и правой створки соответственно. Значения усреднялись.
Полученные фотографии обрабатывались в редакторе растровой
графики Adobe Photoshop CS3. С использованием инструмента Magnetic
lasso tool выделялась исследуемая поверхность, и выводилось среднее значение цвета стандартным фильтром Рис. 3. Распределение створок мидий по цвеРазмытие/Среднее (Blur/Average). товым характеристикам: H — цветовой тон;
R — значение красного компонента
Для анализа использовались цветовые
схемы HSB (Hue, Saturation, Brightness
– Тон, Насыщенность, Яркость) и RGB (Red, Green, Blue — Красный, Зеленый,
Синий).
Данные полученные для каждой створки заносились в таблицу. Ошибка
при повторном фотографировании не превышала 5% для всех характеристик, кроме насыщенности цвета, и увеличивалась в ряду от коричневых
мидий к черным. Используя показатель H — цветовой тон и значения компонентов красного, зеленого и синего (R, G, B), были построены полигоны
распределений (рис. 1–3). На первых двух графиках разделения на группы не
обнаружено. График, построенный по цветовым характеристикам H и R —
наиболее показательный. Можно выделить четыре группы, условно обозначенные как: черная (R 37.2–61.8 ± 0.5), переходная (71.6–89.6 ± 0.91), темнокоричневая (91.2–126 ± 1.04) и светло-коричневая (130.8–146 ± 1.47). Данные
группы не совпадают с группами, наблюдаемыми визуально.
Методика цветовой дифференциации моллюска…
2 21
Рис. 4. Среднее значение цветовых характеристик в выделенных группах
1 — черные; 2 — переходные; 3 — темно-коричневые; 4 — светло-коричневые
Для полученных групп достоверно различались значения красного и зеленого компонента (p≤0.001). Характеристики росли от черной морфы, через
переходную к коричневой (рис. 4A, C). Значение R у светлых мидий выросло
в три раза по отношению к черным, а G — в 2.2 раза. По синему компоненту получены достоверные различия между черной и переходной группой
(p≤0.001). Наибольшее значение синего компонента наблюдалось у мидий
переходной окраски (рис. 4B).
Методом цифровой обработки фотографий удалось выделить четыре обособленные цветовые группы. В основу дифференциации положено значение
красного компонента. Достоверные различия получены и для других цветовых характеристик (G, B). Метод позволяет с высокой степенью точности отнести моллюска к той или иной морфе. Количественная выраженность цвета
делает установление корреляционных связей более удобным.
Литература
Булатов К. В. 1984. Генетическая природа окраски раковин у черноморских мидий
Mytilus galloprovincialis Lam. // ДАН УССР. Серия Б. № 6. С. 54–56.
Казанкова И. И. 2010. Влияние освещенности на формирование фенетической структуры поселений Mytilus galloprovincialis у берегов Крыма // Наук. зап. Терноп. нац.
пед. ун-ту. Сер. Біол. Т. 3. № 44. С. 107–110.
Козминский Е. В., Лезин П. А. 2006. Методика цветовых измерений элементов окраски
раковины у брюхоногих моллюсков // Биол. моря. Т. 32. № 5. С. 371–373.
Пиркова А. В., Ладыгина Л. В., Столбова Н. Г., Иванов В. Н. Популяционно-генетические исследования мидии Mytilus galloprovincialis Lam. // Экология моря. Вып. 50.
С. 70–75.
Столбова Н. Г., Ладыгина Л. В. 1994. Генетический полиморфизм мидии Mytilus galloprovincialis Lam. у берегов Крыма // Цитология и генетика. Т. 28. № 2. С. 62–66.
Шурова Н. M. 2009. Структурно-функциональная организация популяции мидий
Mytilus galloprovincialis Черного моря. Автореф. дисс. докт. биол. наук. Севастополь.
41 с.
Щербань С. А. 2000. Особенности соматического и генеративного роста у некоторых
цветовых морф мидий Mytilus galloprovincialis Lam. // Экология моря. Вып. 53.
С. 77–81.
222
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Физиологические особенности
взаимоотношений в системе паразит—хозяин
на примере моевки и ленточных червей
М. М. Куклина1
1
Мурманский морской биологический институт Кольского научного центра Российской
академии наук, Мурманск, Россия; e-mail: [email protected]
Известно, что цестодофауна моевки Rissa tridactyla L., 1758 в районе Восточного Мурмана Баренцева моря представлена 7 видами, которые принадлежат к трем семействам Dilepididae, Tetrabothriidae и Hymenolepididae
(Белопольская, 1952; Галактионов и др., 1997; Куклин и др., 2005). Наиболее
часто встречающиеся виды ленточных червей — Alcataenia larina Krabbe, 1869
(Cestoda: Dilepididae) и Tetrabothrius erostris Loennberg, 1889 (Cestoda: Tetrabothriidae). По результатам исследований последних лет установлено, что экстенсивность инвазии этими гельминтами в организме моевки составляет для
A. larina 64.3%, а для T. erostris — 31.0% (Куклин и др., 2005). Предыдущие
исследования плазмы крови зараженных и незараженных моевок показали,
что наиболее заметные изменения происходят в организме этих птиц при высокой интенсивности инвазии цестодами A. larina (Куклина и Куклин, 2011).
Однако о влиянии ленточных червей на активность пищеварительных ферментов птиц известно немного (Куклина и др., 2009). Целью данной работы
было исследование активности пищеварительных ферментов кишечника
моевки в зависимости от систематического статуса паразитов, показателей
зараженности и совместного (конкурентного) паразитирования.
Материал для настоящего исследования собран в ходе береговых экспедиций на Восточном Мурмане в районе, прилегающем к Гавриловскому архипелагу (Кандалакшский государственный природный заповедник), в 2007,
2008 и 2010 гг. В качестве объектов выбраны взрослые моевки (35 экз.). Птиц
вскрывали, извлекали кишечник, вырезали фрагмент двенадцатиперстной
кишки и скребком снимали слизистую оболочку, которую затем обрабатывали в лабораторных условиях. Протеолитическую активность определяли
методом Ансона (1938) в модификации Алексеенко (1968) по приросту тирозина. В качестве субстрата использовали 1%-ный раствор казеина, приготовленный на растворе Рингера для теплокровных животных без глюкозы.
Активность протеаз выражали в мМ тирозина в 1 г ткани за 1 мин. Амилолитическую активность измеряли по приросту гексоз модифицированным
методом Нельсона (Уголев и Иезуитова, 1969). Для определения активности
карбогидраз в качестве субстрата использовали 1.8%-ный раствор крахмала,
приготовленный на растворе Рингера для теплокровных животных без глюкозы. Скорость гидролиза субстрата выражали в мМ глюкозы в 1 г ткани за
1 мин.
Одновременно проводили гельминтологическое обследование моевок
и видовую идентификацию паразитов по общепринятым методикам (Галактионов и др., 1997). Также была определена интенсивность инвазии
Физиологические особенности взаимоотношений…
223
(ИИ — количество экземпляров данного вида паразита в одной особи хозяина) птиц разными видами гельминтов.
Впоследствии результаты биохимического анализа сопоставлялись с данными паразитологических вскрытий. Обработка результатов выполнена
с помощью пакета анализа данных в среде Excel, достоверность различий
между сравниваемыми значениями биохимических параметров оценивали
по t-критерию Стьюдента (Матюшичев, 1990).
В ходе настоящего исследования установлено, что моевка инвазирована,
главным образом, цестодами из двух семейств. В кишечнике птиц идентифицированы ленточные черви A. larina и T. erostris. Отмечены случаи как раздельного, так и совместного паразитирования гельминтов из разных семейств
в одной особи хозяина. Последствия инвазии на уровне обмена веществ в организме хозяев в каждом случае имели свои особенности.
По результатам биохимического исследования показано, что при заражении моевки цестодами T. erostris активность протеаз снижается на 37.7%
по сравнению со значением этого показателя у незараженных чаек (p<0.05).
Амилолитическая активность слизистой кишечника птиц, инвазированных
T. erostris, не отличалась от контрольных значений. В то же время протеолитическая активность у чаек, инвазированных A. larina, повышалась на 30.8%
(p<0.05). Заражение A. larina и смешанная инвазия A. larina и T. erostris вызывали увеличение активности карбогидраз в слизистой кишечника моевок на
60.0% и 50.0% соответственно по сравнению с аналогичными показателями
птиц, свободных от инвазии (p<0.05).
При паразитологическом анализе показателей зараженности птиц, инвазированных T. erostris, разделили на 2 группы: с низкой ИИ (2–3 экз.) и с высокой
ИИ (23–30 экз.). По результатам сопоставления данных отмечено снижение
протеолитической активности слизистой кишечника зараженных моевок как
с низкой ИИ (на 28.5%, различия недостоверны), так и с высокой ИИ — на
44.6% по сравнению с контрольными значениями (p<0.05).
Наряду с этим проведено разделение моевок, зараженных A. larina, на группы с учетом ИИ. Выделено 2 группы чаек: с низкой ИИ (2–8 экз.) и высокой
ИИ (15–48 экз.) Кроме того, отдельно представлены результаты исследования
материала от одной особи моевки, инвазированной A. larina с ИИ 394 экз.
Сравнительный анализ показал, что с увеличением ИИ в кишечнике птиц повышаются активности протеаз и карбогидраз. Так, например, у птиц с низкой
ИИ отмечено увеличение протеолитической активности на 38.5%, при высокой ИИ — на 76.9%, а при заражении моевки A. larina с ИИ 394 экз. активность
протеазы повышалась на 230.8% по сравнению со значением аналогичного
параметра у незараженных птиц (p<0.01). Схожая тенденция зафиксирована
при изучении показателей амилолитической активности инвазированных
чаек. Для моевок с низкой ИИ увеличение этого параметра составило 20.0%,
с высокой ИИ — 40.0%, при ИИ 394 экз. — 190.0% по сравнению с контрольными значениями (p<0.05).
Вместе с этим в ходе настоящей работы исследованы моевки, у которых
отмечено совместное заражение A. larina и T. erostris. Выделено 2 группы инвазированных птиц. В первом случае ИИ A. larina составила 2–7 экз., во втором
ИИ A. larina изменялась от 12 до 56 экз. Следует заметить, что ИИ T. erostris
была в пределах 1–9 экз. и в первой, и во второй группах. Установлено, что
224
М. М. Куклина
активность протеаз в слизистой кишечника моевки, инвазированной A. larina
(ИИ 2–7 экз.) и T. erostris, снижалась на 40.0% по сравнению с контрольными
значениями (p<0.05). В тоже время протеолитическая активность чаек, зараженных A. larina (ИИ 12–56 экз.) и T. erostris, была выше на 76.9% по сравнению
с аналогичным показателем незараженных животных (p<0.05). Амилолитическая активность увеличивалась как в первой, так и во второй группах зараженных птиц в среднем на 45.0% (p<0.05).
Таким образом, паразитирование ленточных червей T. erostris в кишечнике
птиц приводит к снижению активности ферментов, участвующих в гидролизе белков. В тоже время инвазия цестодами A. larina вызывает повышение
активностей и протеаз, и карбогидраз в кишечнике хозяина. Следует отметить, что с увеличением ИИ обоими видами лентецов влияние на организм
моевки усиливается. Важно заметить и своеобразный характер изменений
показателей протеаз и карбогидраз при совместном (конкурентном) паразитировании ленточных червей A. larina и T. erostris в одной особи хозяина.
Результаты настоящего исследования продемонстрировали неоднозначность характера влияния ленточных червей A. larina и T. erostris на активность
пищеварительных ферментов моевки. Степень воздействия на организм хозяина, а также закономерность изменения биохимических показателей определяются, главным образом, интенсивностью инвазии, размерами ленточных
червей и особенностями строения органов прикрепления цестод. Необходимо отметить, что при совместном паразитировании A. larina и T. erostris в одной особи хозяина характер влияния обусловливается преимущественно ИИ.
Автор выражает благодарность администрации и сотрудникам Кандалакшского государственного природного заповедника за помощь в проведении полевых работ. Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (грант № 10-04-00204-а).
Литература
Алексеенко Л. Н. 1968. Определение активности протеиназ по расщеплению белковых субстратов // Орехович В. Н. (ред.). Современные методы в биохимии. М.:
Медицина. С. 117.
Белопольская М. М. 1952. Паразитофауна морских водоплавающих птиц // Учен. записки ЛГУ. № 28. С. 127–180.
Галактионов К. В., Куклин В. В., Ишкулов Д. Г., Галкин А. К., Марасаев С. Ф., Марасаева Е. Ф., Прокофьев В. В. 1997. К гельминтофауне птиц побережья и островов
Восточного Мурмана (Баренцево море) // Матишов Г. Г. (ред.). Экология птиц
и тюленей в морях северо-запада России. Апатиты. С. 67–153.
Куклин В. В., Галактионов К. В., Галкин А. К., Марасаев С. Ф. 2005. Сравнительный
анализ гельминтофауны моевок Rissa tridactyla (Linnaeus, 1758) и бургомистров
Larus hyperboreus (Gunnerus, 1767) из различных районов Баренцева моря // Паразитология. Т. 3. № 6. С. 544–558.
Куклина М. М., Куклин В. В., Ежов А. В. 2009. Влияние гельминтной инвазии на пищеварительную активность моевок (Rissa tridactyla) из разных возрастных групп //
ДАН. Т. 425. № 3. С. 422–425.
Физиологические особенности взаимоотношений…
225
Куклина М. М., Куклин В. В. 2011. Биохимические аспекты взаимоотношений в системе паразит-хозяин на примере моевки и ленточных червей из разных систематических групп // ДАН. Т. 438. № 1. С. 129–133.
Матюшичев В. Б. 1990. Элементы статистической обработки результатов биохимического эксперимента. Учебное пособие. Л.: Изд-во ЛГУ. 132 с.
Уголев А. М., Иезуитова Н. Н. 1969. Определение активности инвертазы и других
дисахаридаз // Уголев А. М. , Иезуитова Н. Н., Масевич Ц. Г. и др. (ред.). Исследование пищеварительного аппарата у человека (обзор совр. методов). Л.: Наука.
С. 192–196.
Anson M. 1938. The estimation of pepsin, tripsin, papain and eathepsin with hemoglobin //
J. Gener. Phys. Vol. 22. P. 79–83.
226
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
О
причинах и механизмах изменчивости
числа чешуй у рыб: подход evo-devo
Б. А. Левин1,2
Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН, Борок, Россия;
e-mail: [email protected]
2
Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН, Москва, Россия
1
Чешуйный покров у рыб формируется довольно поздно в онтогенезе.
В связи с этим на его характеристики (число чешуй) значительное влияние
оказывают условия развития. Условно воздействующие факторы можно подразделить на факторы внешней среды (температура, соленость, индустриальное загрязнение водоемов) и внутренней среды (паразитизм, уровень тиреоидных гормонов) (см. подробнее у Левина, 2011). Влияние данных факторов
на число чешуй опосредовано изменением общего темпа развития, который
и приводит к изменению в числе чешуй у рыб. При ускорении развития число чешуй сокращается, а при замедлении развития — увеличивается. В экспериментах по манипулированию тиреоидным статусом рыб показано, что
конкретный механизм изменения числа чешуй связан с гетерохрониями —
смещением сроков закладки чешуйного покрова (Смирнов и др., 2006; Levin,
2010). На примере плотвы Rutilus rutilus нами показано, что при ускоренном
развитии очешуение начиналось раньше и при меньшей длине тела, при
замедлении развития, наоборот, очешуение начиналось позднее и при большей длине тела. При этом отмечена очень строгая зависимость — корреляция среднего числа чешуй в экспериментальных группах с длиной тела, при
которой появлялись первые чешуйки (рис. 1). У этой зависимости есть два
следствия. Первое: на число чешуй влияют гетерохронии — разновременная
закладка чешуй, однако при условии, что закладка происходит также и на
разноразмерном теле. Второе: дистанция между закладывающимися чешуями — одна и та же в разных экспериментальных группах, иначе коэффициент корреляции не был бы близок к единице.
Причиной различий в числе чешуй между близкородственными видами
вполне могут быть эволюционно фиксированные гетерохронии закладки чешуй. Например, у леща Abramis brama первые чешуйки отмечаются на теле
при длине 19–20 мм TL (наши данные), а пределы колебания числа чешуй
в боковой линии — 49–60 (Атлас пресноводных рыб, 2003). В то же время
у синца A. ballerus чешуя закладывается при большем размере тела, в частности первые чешуйки отмечены при стандартной длине тела 21.3 мм (l)
(Маврин, 1988). Если же эту длину реконструировать до абсолютной (TL),
то она достигнет 25 и более мм, число чешуй в боковой линии у синца при
этом составляет 63–75 (Атлас пресноводных рыб, 2003). Подобные примеры
различий в числе чешуй и в размере тела, при котором отмечаются первые
чешуи, можно найти и в других родах, например Rutilus. С другой стороны,
сомнительно сводить все разнообразие в числе чешуй, наблюдаемое между
разными видами (особенно филогенетически не очень близкими) лишь
к гетерохрониям в сроках закладки чешуй. Действительно, у плотвы и леща
О причинах и механизмах изменчивости…
2 27
Рис. 1. Зависимость среднего числа чешуй в боковой линии в экспериментальных группах
плотвы Rutilus rutilus от средней длины тела, при которой появляются первые чешуи (из:
Levin, 2010, с изменениями)
ТГ — ускоренная группа; к — контроль; ТИО — замедленная группа; ТИО1 — еще более замедленная
группа
первые чешуи на теле появляются при одном и том же размере (ок. 20 мм
TL — Levin, 2010), а число чешуй значительно различается (41–48 у плотвы
против 49–60 у леща — Атлас пресноводных рыб, 2003). Данное наблюдение,
видимо, можно объяснить тем, что дистанция между закладывающимися чешуями может быть разной у различных видов.
В заключение отметим, что любые факторы внешней и внутренней среды, изменяющие темп развития, могут приводить к изменению в числе чешуй. Наибольшее влияние, по всей видимости, имеет уровень тиреоидных
гормонов. Не исключено, что другие факторы (температура, соленость, паразитизм) изменяют темп развития не непосредственно, а через изменение
гормонального статуса.
Исследование поддержано грантами Президента РФ для молодых ученых
МК-520.2010.4 и РФФИ № 11-04-01252.
228
Б. А. Левин
Литература
Решетникова Ю. С. (ред.). 2003. Атлас пресноводных рыб России. Т. 1. М.: Наука. 379 с.
Левин Б. А. 2011. Об онтогенетических причинах и механизмах формирования различий в числе чешуй у рыб // Онтогенез. Т. 42. № 3. С. 220–225.
Маврин А. С. 1988. Формирование чешуйного покрова у синца Abramis ballerus в первый год жизни // Вопросы ихтиологии. Т. 28. № 6. С. 998–1006.
Смирнов С. В., Дзержинский К. Ф., Левин Б. А. 2006. О зависимости числа чешуй
в боковой линии у африканского усача Barbus intermedius (Cyprinidae) от скорости
онтогенеза: данные эксперимента // Вопросы ихтиологии. Т. 46. № 1. С. 134–138.
Levin B. A. 2010. Drastic shift in the number of lateral line scales in common roach Rutilus rutilus as a result of heterochronies: experimental data // J. Appl. Ichthyol. Vol. 26.
P. 303-–06.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
2 29
Проблема морфологической асимметрии
рецепторных органов позвоночных
(вестибулярный аппарат)
Д. В. Лычаков1
1
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова РАН, СанктПетербург; e-mail: [email protected]
Введение. Одной из главных черт строения тела позвоночных и большинства беспозвоночных является двусторонняя симметрия и, хотя из этого
положения имеется целый ряд исключений, во многих случаях наличие
двусторонне симметричных органов является необходимым условием для
нормального осуществления жизненно важных функций. Так, у позвоночных наличие парных морфологически симметричных лабиринтов позволяет
адекватно производить анализ звуковых и вестибулярных стимулов. Настоящее сообщение является итогом работ, посвященных исследованию асимметрии отолитовых органов лабиринта рыб Teleostei (Lychakov and Rebane,
2004, 2005; Lychakov et al., 2006, 2008).
Проблема, задачи и методы исследования. У рыб в каждом парном отолитовом
органе (утрикулюсе, саккулюсе и лагене) рецепторная макула покрыта крупным внеклеточным образованием — отолитом, состоящим из кристаллического СаСО3 и содержащим небольшое количество органических веществ.
При действии звуковых колебаний, а также при перемещении и наклонах
происходит смещение отолитов относительно макул, это приводит к наклону пучков чувствительных волосков рецепторных клеток и к возбуждению
самих клеток. Далее информация о стимуле передается в ЦНС. Проведенное
математическое моделирование показало, что при звуковой и вестибулярной
стимуляции характер смещения отолита, а следовательно и ответ отолитового органа, зависят от массы отолита (Lychakov and Rebane, 2000). В то же время известно, что парные левые и правые отолиты, как правило, не равны по
массе друг другу, т. е. имеется так называемая отолитовая асимметрия (ОА).
Считается, что наличие ОА может вызвать несимметричные ответы от левого
и правого лабиринтов, что в свою очередь может исказить анализ стимулов,
и в конечном итоге повлиять на поведение рыбы. При этом, однако, данных
о величине ОА и ее изменчивости у рыб разных видов, в том числе у таких
несимметричных рыб, как камбалообразные, было явно недостаточно. Кроме
того, оставалось неясным, насколько сильно ОА может повлиять на функции
лабиринта.
Для выяснения этих вопросов было решено: (1) измерить величину ОА
у симметричных рыб разных видов (разной экологии) и разного возраста
(размера), а также у представителей камбалообразных; (2) используя метод
математического моделирования и имеющиеся физиологические данные,
рассчитать, как может повлиять ОА на слуховые и некоторые вестибулярные
характеристики отолитовых органов; (3) оценить, как меняются величина
и знак ОА с ростом рыбы в процессе онтогенеза. В работе были исследованы
230
Д. В. Лычаков
саккулярные отолиты 59 видов средеземноморских рыб, саккулярные отолиты Sciaenops ocellatus (196 пар отолитов), саккулярные, утрикулярные и лагенарные отолиты 14 видов черноморских рыб, саккулярные отолиты 5 видов
правоглазых камбал и 3 видов левоглазых камбал, саккулярные, утрикулярные и лагенарные отолиты гуппи и щуки (Самарин, 1992), утрикулярные
отолиты карпа и золотой рыбки. Для оценки ОА вычисляли безразмерные
величины χ = 2·(mr – ml)/(mr + ml) и Ω = ml/mr, где mr и ml массы правого и левого парных отолитов. Теоретически величина χ может варьировать от –2 до +2,
когда, соответственно, правый или левый отолит отсутствует, или равняться 0, когда mr = ml. Определяли также разницу между массами отолитов Δ =
mr – ml (г). Взвешивания производили на весах фирмы Sartorius (с точностью
1 мкг), более крупные отолиты взвешивали на весах ВЛР (0.05 мг) и OHAUS
(0.1 мг).
Результаты. I. Симметричные рыбы. С ростом рыбы масса ее отолитов увеличивается, это наиболее наглядно видно при анализе выборок широкого
диапазона. В то же время, взвешивание отолитов показало, что ОА, выраженная через χ или Ω, не зависит от размера (длины или массы) рыбы, систематического или экологического положения рыбы и от скорости роста отолита.
У большинства рыб ОА была слабо выражена. Так, у 97.5% исследованных
морских рыб саккулярная ОА варьировала в пределах –0.2 < χ < 0.2. А у 83%
морских рыб ОА была меньше 5%, |χ| < 0.05. Аналогичные результаты были
получены при исследовании ОА у пресноводных рыб, а также ОА в утрикулюсе и лагене.
Другой интересный результат состоит в том, что у исследованных рыб оба
лабиринта — и левый, и правый — равновероятно могут содержать разные по
массе отолиты. Это означает, что у Teleostei отсутствует лабиринт («главное»
ухо), в котором преимущественно располагались бы наиболее тяжелые отолиты (аналогичный вывод был ранее сделан нами для скатов).
С другой стороны проведенные измерения показали, что в отличие от |χ|
величина |Δ| увеличивается с ростом рыбы. Это увеличение сильнее выражено у литоральных и придонных рыб по сравнению с пелагическими рыбами. Чтобы ответить на вопрос, меняется ли знак ОА в процессе онтогенеза,
было предположено, что помимо постоянной составляющей, определяющей
скорость роста парных отолитов, существует переменная компонента, влияние которой может приводить к флуктуации ОА в течение жизни особи.
Использовав наибольшую выборку данных, полученных при измерении отолитов у Sciaenops ocellatus, и предположив, что флуктуации переменной компоненты носят абсолютно случайный характер, мы, применив соответствующий математический аппарат и сопоставив экспериментальные данные
с теоретическими, пришли к выводу, что величина χ для каждой особи носит
неизменный (генетически заданный) характер, т. е. знак ОА в процессе жизни
особи не меняется и флуктуации в процессе онтогенеза ОА отсутствуют.
Используя метод математического моделирования и имеющиеся физиологические данные, мы нашли, что в принципе ОА может повлиять на такие
слуховые характеристики, как чувствительность, временное разрешение и
пространственную локализацию, а также на величину смещения отолитов
при действии ускорения. К счастью, как показали расчеты, физиологическая
асимметрия может проявиться только у рыб с очень крупными отолитами,
Проблема морфологической асимметрии…
2 31
что характерно для крупных рыб, ведущих придонный и прибрежный образ
жизни, и при этом имеющих сильно выраженную ОА. Для подавляющего
большинства рыб ОА находится ниже критического уровня |χ| < 0.2 и не
должна приводить к развитию отрицательных эффектов.
Результаты. II. Камбалообразные. В целом, как и у симметричных рыб, у камбалообразных величина ОА не зависит от длины рыбы и от скорости роста
отолита, хотя m и |Δ| коррелировали с длиной рыбы. В целом ОА у камбалообразных невелика; взвешивания показали, что у 96.4% особей |χ| была
меньше 0.2.
В то же время между симметричными и несимметричными рыбами имеется ряд различий. Во-первых, у камбалообразных |χ| в среднем была достоверно выше, соответственно, 0.07 ± 0.006 и 0.04 ± 0.006, n = 110 и 608 пар отолитов, соответственно. Во-вторых, в отличие от симметричных рыб лабиринты
камбалообразных были неравнозначны по локализации отолитов — отолиты
«слепой» стороны были в среднем достоверно тяжелее, чем «зрячей». При
этом, однако, у 11.8% камбал наблюдался обратный порядок, а у 5.5% камбал
ОА отсутствовала (при использованной точности взвешивания). В-третьих,
у камбалообразных рыб наблюдалась явная связь ОА с образом жизни. У более подвижных видов из сем. Bothidae и Citaharidae |χ| была достоверно ниже,
чем у менее подвижных видов из сем. Soleidae, соответственно, 0.056 ± 0.007
и 0.092 ± 0.009, n = 67 и 43 пар отолитов, соответственно.
Математическое моделирование смещения парных отолитов при звуковой
стимуляции показало, что в целом обнаруженный уровень ОА не должен
вызвать существенную функциональную асимметрию у камбалообразных.
Однако при сравнении оказалось, что при действии постоянных ускорений
в 1g 49% камбалообразных и только 14.5% симметричных рыб могут, в принципе, ощутить разницу в сдвигах правого и левого отолитов. При этом менее
подвижные виды камбалообразных с хуже подогнанными отолитами, могут
испытывать трудности чаще (84%), чем более подвижные виды (27%).
Применение метода математического моделирования позволило сделать
очень интересное предположение о том, почему во время метаморфоза, при
переходе к асимметричной конфигурации тела, отолиты у камбал не переворачиваются, как глаза, а сохраняют свое изначальное положение относительно спинного плавника такое же, как у симметричных рыб. Расчеты показали,
что саккулярные отолиты у камбал оптимально настроены на локализацию
источника звука, находящегося в вертикальной плоскости (определение угла
подъема). У симметричных рыб саккулюсы оптимально настроены на определение азимутальных углов. Таким образом, при переходе к донному образу
жизни у камбал обеспечивается наиболее выгодная настройка «ушей», чтобы
лучше различать звуки, идущие спереди-сверху.
Обсуждение. Полученные результаты соответствуют литературным данным, полученным в последние годы. Так, при исследовании саккулярных
отолитов глубоководной рыбы Beryx splendens было найдено, что величина
χ колеблется в пределах от –0.2 до +0.2, в среднем |χ| = 0.0177 + 0.0142, n = 32
(Jawad et al., 2010). ОА у B. splendens не зависит от длины рыбы и скорости роста
отолитов, но разница между массами отолитов увеличивается с длиной рыбы.
При взвешивании 22 пар саккулярных отолитов у Thunnus thynnus (масса тела
8 ÷ 3000 г) не было найдено достоверной разницы между массами отолитов
232
Д. В. Лычаков
(Megalofonou, 2006). Таким образом, у большинства рыб отолиты очень хорошо подогнаны друг к другу по массе, что обеспечивает, по-видимому, их
наиболее эффективное функциональное использование.
Литература
Jawad L. A., Al-Mumry J. M., Al-Busaidi H. K. 2010. Otolith mass asymmetry in the Teleost
Beryx splendens Lowe, 1834 (Family: Bercidae) collected from the Arabian sea coasts of
Sultanate of Oman // Thalassas. Vol. 26. P. 43–47.
Lychakov D. V., Rebane Y. T. 2000. Otolith regularities // Hear. Res. Vol. 143. P. 83–102.
Lychakov D. V., Rebane Y. T. 2004. Otolith mass asymmetry in 18 species of fish and
pigeon // J. Grav. Physiol. Vol. 11. P. 17–34.
Lychakov D. V., Rebane Y. T. 2005. Fish otolith mass asymmetry: morphometry and influence
on acoustic functionality // Hear. Res. Vol. 201. P. 55–69.
Lychakov D. V., Rebane Y. T., Lombarte A., Fuiman L. A., Takabayashi A. 2006. Fish otolith
asymmetry: morphometry and modeling // Hear. Res. Vol. 219. P. 1–11.
Lychakov D. V., Rebane Y. T., Lombarte A., Demestre M., Fuiman L. A. 2008. Saccular otolith
mass asymmetry in adult flatfishes // J. Fish Biol. Vol. 72. P. 2579–2594.
Megalofonou P. 2006. Comparison of otolith growth and morphology with somatic growth
and age in young-of-the-year bluefin tuna // J. Fish Biol. Vol. 68. P. 1867–1878.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
2 33
Строение псевдоплакоидных сенсилл на
сенсорных придатках головы Amphiesmenoptera (Insecta: Trichoptera, Lepidoptera)
С. И. Мельницкий1, В. Д. Иванов1
1
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия;
e‑mail: [email protected] (С. И. Мельницкий), [email protected] (В. Д. Иванов)
Ручейники (Trichoptera) и чешуекрылые (Lepidoptera) являются сестринскими отрядами и объединяются в надотряд Amphiesmenoptera. Антенны
и щупики ротового аппарата представителей Amphiesmenoptera выполняют,
главным образом, хеморецепторную функцию, преимущественно восприятие запахов. На них располагаются контактные и дистантные рецепторы,
представленные различными морфологическими типами сенсилл. Большинство из них относятся, по-видимому, к дистантным хеморецепторам.
На сенсорных придатках головы ручейников и примитивных чешуекрылых обнаружено более 20 типов сенсилл (Мельницкий и Иванов, 2010, 2011;
Larsson et al., 2002; Faucheux, 2004, 2005, 2006; Ivanov and Melnitsky, in press).
Однако далеко не для всех микроструктур, обнаруженных у представителей
Amphiesmenoptera на поверхности придатков головы, экспериментально
подтверждена их рецепторная функция. В большинстве случаев об их функции приходится судить на основе их строения, причем наиболее подробно
исследованы кутикулярные структуры сенсилл, определяющие их форму,
в то время как внутреннее строение и функционирование для многих типов
сенсилл недостаточно изучены.
Нами произведен сравнительный анализ строения поверхности антенн
и формы кутикулярных частей сенсилл на сенсорных придатках головы представителей 28 семейств ручейников из 8 надсемейств двух подотрядов Trichoptera. Эти результаты дополнены имеющимися литературными данными
по строению сенсилл на антеннах и щупиках у примитивных чешуекрылых.
Сенсиллы на поверхности сенсорных придатков Amphiesmenoptera можно
разделить на две основные группы, основанные на размерах их кутикулярных частей: длинные (свыше 20 мкм) и короткие (как правило, менее 10 мкм)
сенсиллы, формирующие, соответственно, верхний и нижний сенсиллярные
ярусы на антенне и щупиках (Иванов и Мельницкий, 2011). Длинные микроструктуры представлены несколькими различными подтипами трихоидных,
псевдотрихоидных и языковидных сенсилл. В нижнем ярусе у поверхности
кутикулы могут присутствовать базиконические, коронарные сенсиллы, плакоидные, ушковидные, стилоконические, псевдостилоконические и специализированные тонкостенные псевдоплакоидные сенсиллы (Мельницкий
и Иванов, 2010, 2011; Faucheux, 2004b; Ivanov and Melnitsky, in press).
Самое большое структурное разнообразие у представителей Amphiesmenoptera наблюдается среди псевдоплакоидных сенсилл. Псевдоплакоидная сенсилла (псевдоплакоид) представлена хорошо выраженной текой (воротничком вокруг сочленовного кармана) и телом сенсиллы, которое обычно
234
С. И. Мельницкий, В. Д. Иванов
Рис. 1. Различные типы псевдоплакоидных сенсилл (схематизирцовано), масштаб 5 мкм.
Грибовидные сенсиллы (A–D): A — Ulmerochorema stigma (Hydrobiosidae); B — Philopotamus montanus (Philopotamidae); C — Rhyacophila nubila (Rhyacophilidae); D — Molanna angustata (Molannidae); зубчатые (E, F): E — Pseudostenophylax amurensis (Limnephilidae); F — Potamophylax cingulatus
(Limnephilidae); звездчатая: G — Oeconesus maori (Oeconesidae); двулопастная: H — Monocosmoecus
unicolor (Limnephilidae); вильчатые (I–K): I — Phryganea grandis (Phrygameidae); J — Phryganea bipunctata (Phrygameidae); K — Rhyacophila nubila (Rhyacophilidae); рожковидная: L — Sericostoma
personatum (Sericostomatidae)
возвышается над поверхностью антенны или щупика, но иногда погружено
в сочленовный карман и находится ниже поверхности теки. Эти сенсиллы отчетливо отличаются от типичных плакоидных сенсилл, которые имеют облик
пластинок, лежащих на поверхности антенны и отграниченных бороздой от
окружающей их кутикулы. Тело псевдоплакоидной сенсиллы состоит из более узкой базальной части («ножки») и расширенной уплощенной апикальной пластинки («шляпки») которая, как правило, представлена в виде ровной
(горизонтальной) или слабо вогнутой округлой или овальной поверхности
с микроструктурой в виде сети мелких борозд, впадин и пор. Размер апикальной пластинки псевдоплакоида обычно превышает размеры теки, а высота
меньше, чем у микротрихий, и этим сенсиллы оказываются спрятанными
в густом микротрихиальном покрове антенн.
Строение псевдоплакоидных сенсилл…
2 35
Конфигурация апикальной пластинки варьирует, и эти сенсиллы могут
быть грибовидными, двулопастными, зубчатыми, вильчатыми, рожковидными и звездчатыми (рис. 1). Они широко представлены в различных эволюционных ветвях Trichoptera и также обнаружены в некоторых таксонах
чешуекрылых. Отдельные варианты этих сенсилл в литературе приводят как
самостоятельные типы, например, вильчатые сенсиллы. Наши данные показывают, что четкое разграничение типов сенсилл нижнего яруса затруднено
вариациями формы апикальных частей и переходами между отдельными
вариантами строения.
Грибовидные псевдоплакоиды характеризуются расширенной округлой
апикальной пластинкой, иногда с выемками и выступами. Их поверхность
нередко вдавленная, что еще более подчеркивает сходство со шляпкой гриба. Они обнаружены во многих семействах ручейников, у которых найдены
псевдоплакоидные сенсиллы, за исключением Phryganeidae, Goeridae, Oeconesidae и Sericostomatidae. Среди Lepidoptera грибовидные псевдоплакоиды
представлены в семействе Micropterigidae (Faucheux, 2004). Отличительной
особенностью двулопастных псевдоплакоидов является глубокое разделение апикальной пластинки сенсиллы вырезками на две лопасти. Этот тип
сенсилл встречен только у семейства Limnephilidae в двух подсемействах:
Dicosmoecinae и Limnephilinae (трибы Chilostigmini и Stenophylacini). Зубчатые псевдоплакоиды имеют, как правило, вытянутую апикальную пластинку
с многочисленными заостренными отростками. Этот тип сенсилл обнаружен
у представителей семейств Limnephilidae и Apataniidae. Вильчатые псевдоплакоиды сильно варьируют по размерам и степени расчлененности тела
сенсиллы, имеющей на вершине 2 выроста; обнаружены на антеннах и щупиках представителей Rhyacophilidae, Phryganeidae и Goeridae. Рожковидные
сенсиллы имеют конусовидную форму с вдавленной апикальной частью. Они
представлены только в семействе Sericostomatidae. Звездчатые псевдоплакоидные сенсиллы отмечены у новозеландского Oeconesus maori (Oeconesidae).
Таким образом, сравнительно-морфологические данные позволили выделить несколько обособленных морфологических подтипов псевдоплакоидных сенсилл. Эти данные показывают возможность широкого применения
признаков строения сенсилл на сенсорных придатках головы Amphiesmenoptera в систематике и филогенетических исследованиях ручейников и примитивных чешуекрылых. Псевдоплакоидные сенсиллы встречаются у примитивных представителей обоих отрядов и, очевидно, входят в основной план
строения Amphiesmenoptera. У примитивных ручейников уже представлены
многие сенсорные структуры антенн и щупиков. Таким образом, главные направления эволюции — редукции, полимеризация и специализации сенсилл
без появления большого числа принципиальных новшеств.
Исследование было поддержано грантами РФФИ № 08-04-00295, № 11-0400076 и грантом Федеральной программы поддержки ведущих научных школ
(проект НШ-3332.2010.4).
236
С. И. Мельницкий, В. Д. Иванов
Литература
Мельницкий С. И., Иванов В. Д. 2010. Эволюция пальпальных рецепторных комплексов Amphiesmenoptera // Проблемы водной энтомологии России и сопредельных
стран: Материалы IV Всероссийского симпозиума по амфибиотическим и водным
насекомым. Владикавказ. С. 27–33.
Мельницкий С. И., Иванов В. Д. 2011. Строение сенсилл на антеннах ручейников
(Trichoptera) // Материалы международной научной конференции «Фундаментальные проблемы энтомологии в XXI веке». Санкт-Петербург. С. 105.
Faucheux M. J. 2004. Antennal sensilla of Trichoptera and Lepidoptera: Phylogenetic
considerations // Bulletin van het Koninklijk Belgisch Instituut voor
Natuurwetenschappen, Entomologie. № 74. P. 69–71.
Faucheux M. J. 2005. Heterobathmia pseuderiocrania (Heterobathmiina): mouthparts,
mouthpart sensilla, and comparison with other non–glossatan suborders (Insecta,
Lepidoptera) // Rev. Mus. Argentino Cleric. Nat., n. s. Vol. 7. P. 57–65.
Faucheux M. J. 2006. Antennal sensilla of male Lophocorona pediasia Common 1973 and
their phylogenetic implications (Lepidoptera: Lophocoronidae) // Annales de la Société
Entomologique de France, n. s. Vol. 42. P. 113–118.
Ivanov V. D., Melnitsky S. I. 2011. Structure and morphological types of the antennal olfactory
sensilla in Phryganeidae and Limnephilidae (Insecta: Trichoptera) // Zoosymposia No 5
(Proc. 13th International Symposium on Trichoptera). Magnolia Press (In press).
Larsson M. C., Hallberg E., Kozlov M. V., Francke W., Hansson B. S., Löfstedt C. 2002.
Specialized olfactory receptor neurons mediating intra- and interspecific chemical
communication in leafminer moths Eriocrania spp. (Lepidoptera: Eriocraniidae) //
J. Exp. Biol. Vol. 205. P. 989–998.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
2 37
Строение структур–предшественников языка
личинок тихоокеанской миноги и его
таксономическое значение
Д. Ю. Назаров1, А. В. Кучерявый2
1
Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН, Москва, Россия;
e-mail: [email protected] (Д. И. Назаров), [email protected] (А. В. Кучерявый)
Систематика постметаморфных миног базируется на целом комплексе меристических (число, форма и расположение зубов на ротовой воронке; число
туловищных миомеров; число, форма и структура велярных щупалец) и пластических (относительная длина головы, длина жаберного аппарата, длина
рыла и другие) признаков (Hardisty, 1986; Docker, 2009). Кроме них используются различия в окраске тела, расположение, форма и число плавников,
структура гонад и плодовитость, географические критерии, принадлежность
к мигрантной или туводной формам, строение пищеварительной системы,
различия в формуле крови. Однако эти признаки трудно применимы для
определения видовой принадлежности личинок миног (пескороек), так как
они претерпевают значительные изменения в онтогенезе, особенно в самый
ранний период и во время метаморфоза. Поэтому важную роль при изучении пескороек играют признаки, которые в процессе развития не претерпевают значительных изменений и не зависят от размера и местообитания
пескороек. В качестве одного из таких признаков были предложены строение
структур–предшественников языка и характер их пигментации (Hardisty,
1986; Naseka et al., 2009). Однако с сожалением нужно отметить, что применение этого признака в систематике также затруднено из-за отсутствия данных
о характере его изменчивости как на ареалах видов, так и для разных видов
миног.
Центральная ворсинка расположена у самого входа в ротовое отверстие на
вентральной стороне (Балабай, 1958), своими размерами она значительно отличается от других ворсинок, расположенных на нижней поверхности верхней губы и на краях ротового отверстия и служащих для предотвращения попадания посторонних частиц в жаберную полость. Основание центральной
ворсинки, как правило, широкое, вершина у разных видов и в зависимости от
физиологического состояния особи может быть как широкой, так и узкой. На
передней и верхней сторонах центральная ворсинка имеет ряд разветвленных выростов (cirri), по вентральной стороне каудально от основания ворсинки отходит вентральный продольный гребень (рис. 1). Из этих структур
впоследствии развиваются структуры языка взрослой миноги.
В данной работе представлены данные о строении центральной ворсинки и структур предшественников языка тихоокеанской миноги — Lethenteron
camtchaticum из бассейна реки Коль (западная Камчатка) и определена систематическая значимость этого признака.
В бассейне реки Коль обитает один вид миног — тихоокеанская минога, имеющий сложную внутривидовую структуру и представленный
238
Д. Ю. Назаров, А. В. Кучерявый
несколькими жизненными формами,
реализующими различные жизненные
стратегии — анадромные и резидентную (Назаров и др., 2011). Всего было
проанализировано 95 личинок миноги
из разных участков речной системы и
относящихся к различным возрастным
и размерным группировкам.
Проведенный анализ показал, что
центральная ворсинка у тихоокеанской миноги имеет выраженную треугольную форму с широким основанием и узкой вершиной, несущей
несколько отростков (cirri). Высота
ворсинки у разных особей в 1.5–2 раза
превышает длину ее основания. У разных экземпляров длина отростков на
вершине ворсинки может составлять
от 1/3 до 1/2 высоты ствола ворсинки.
Они могут быть как неразветвленны- Рис. 1. Структуры-предшественники языка
ми, так и дихотомически ветвиться тихоокеанской миноги Lethenteron camtschaticum
или иметь несколько коротких отростков, отходящих последовательно от 1 — выросты (cirri); 2 — вершина; 3 — центральная ворсинка; 4 — основание ворсинки; 5 — венединого ствола. С возрастом строение тральный продольный гребень (с дорcальной стороны)
ворсинки меняется слабо, изменения
выражаются в увеличении линейных
размеров ворсинки и появлении в ее средней части «плечей». Кардинальные
изменения структуры центральной ворсинки происходят во время метаморфоза на первых его стадиях (B и C по Балабаю, 1958), когда наблюдается разрастание «плечей» и деградация отростков; к моменту завершения метаморфоза (стадия L) язык приобретает форму и строение языка взрослой миноги.
Окраска центральной ворсинки у тихоокеанской миноги характеризуется наличием пигментации ствола ворсинки и областей по сторонам от
вентрального продольного гребня, который в свою очередь остается непигментированным (рис. 2А). Степень и интенсивность окраски этих структур
у пескороек разного возраста в целом схожи и варьируют незначительно.
Однако среди изученных экземпляров встречаются миноги с непигментированным стволом ворсинки и слабой пигментацией областей, прилегающих к продольному гребню (рис. 2В). Кроме того, в разных участках речной
системы Коль встречаемость экземпляров с низкой степенью пигментации
структур предшественников языка неодинакова. Так, в выборке пескороек
из верхнего течения р. Коль (родник Ангелов) интенсивность пигментации
существенно ниже, чем у пескороек из среднего течения (р. Красная), доля
особей с непигментированными стволом ворсинки и областей в сторону от
продольного гребня составляет 20% и 4.5% соответственно. Так как морфологический анализ этих особей не выявил никаких особенностей, мы считаем,
что эти различия в степени окраски имеют характер индивидуальной, а не
Строение структур–предшественников языка личинок…
2 39
Рис. 2. Вариации окраски структур предшественников языка у тихоокеанской миноги Lethenteron camtschaticum из р. Коль. А — ствол ворсинки и
области по сторонам от продольного гребня c выраженной пигментацией.
В — ствол ворсинки и области по сторонам от продольного гребня не пигментированы.
видовой изменчивости. Для объяснения причин этих различий необходимы
специальные исследования.
Приведенное исследование показывает, что строение и окраска структур
предшественников языка у тихоокеанской миноги значительно варьируют.
Если форма центральной ворсинки у разновозрастных пескороек из различных участков речной системы в целом схожа и может иметь таксономическое
значение, то форма и характер ветвления отростков (cirri), а также степень
и интенсивность пигментации центральной ворсинки и областей по сторонам от продольного гребня у разных экземпляров могут кардинально различаться. Это означает, что окраска предшественника языка не может служить
признаком, используемым для определения видовой принадлежности миног.
Возможно, что при учете географического критерия, этот признак является
значимым, однако, мы считаем, что без подробного анализа изменчивости
признака в процессе развития личинок миног, придавать ему особое значение преждевременно.
Работа выполнена при частичной поддержке Гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских
ученых (МК-3682.2011.4).
Литература
Балабай П. П. 1958. Метаморфоз миноги. Киев: Изд-во АН УССР. 61 с.
Назаров Д. Ю., Кучерявый А. В., Савваитова К. А., Груздева М. А., Кузищин К. В.,
Павлов Д. С. 2011. Популяционная структура тихоокеанской миноги Lethenteron
240
Д. Ю. Назаров, А. В. Кучерявый
camtschaticum из реки Коль (западная Камчатка) // Вопр. ихтиологии. Т. 51. № 3.
C. 312–325.
Docker M. F. 2009. A review of the evolution of nonparasitism in lampreys and an update of
the paired species concept // American Fisheries Society Symposium. Vol. 72. P. 71–114.
Hardisty M. W. 1986. A general introduction to lampreys // Holcik J. (ed.). The Freshwater
fishes of Europe. Vol. 1. Part 1. Petromyzontiformes. Wiesbaden: AULA-Verlag. P. 19–84.
Naseka A., Tuniyev S., Renaud C. B. 2009. Lethenteron ninae, a new nonparasitic lamprey
species from the north-eastern Black Sea basin (Petromyzontiformes: Petromyzontidae) //
Zootaxa. Vol. 2198. P. 16–26.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
241
Географическая изменчивость черепа и
проблемы систематики в надвидовом
комплексе Meriones meridianus (Mammalia: Rodentia)
О. Г. Нанова1
1
Научно-исследовательский зоологический музей Московского государственного
университета, Москва, Россия; e-mail: [email protected]
Одна из наиболее сложных и интересных задач систематики — определение структуры отношений и рангов форм, входящих в состав надвидовых
комплексов. Одним из таких надвидовых комплексов является полуденная
песчанка Meriones meridianus Pallas, 1773. Ареал полуденной песчанки занимает значительную часть аридной зоны Евразии. При столь обширном ареале соответственно велика географическая изменчивость вида. По внешним
признакам, таким как окраска и размер тела, описано 24 формы полуденной
песчанки (Ellerman and Morrison-Scott, 1951; Павлинов и Россолоимо, 1987;
Zhang, 1997). В сводке Громова и Ербаевой (1995) приводится 7, по мнению
авторов, реально существующих на территории СССР подвидов, а в сводке Zhang (1997) для территории Китая приводится 7 подвидов M. meridianus
и в качестве отдельного вида выделена форма M. chengi Wang, 1964 из Турфана. Ранее входившая в состав вида M. meridianus песчанка из южной Армении
на основе гибридологических данных (Дятлов и Аванян, 1987) признана самостоятельным видом M. dahli Shidlovski, 1962 (Wilson and Reeder, 2005). На
основе анализа изменчивости последовательности митохондриальной ДНК
предполагается видовая самостоятельность M.m. psammophilus Milne-Edwards,
1871 из Монголии, Тувы и Китая (Neronov et al., 2009). Этими же авторами
(Neronov et al., 2009) показано существование еще двух форм видового уровня на территории Средней Азии. Разными китайскими исследователями
(Zou et al., 2008; Ito et al., 2010) на основе анализа митохондриальной ДНК
на территории Китая описано по три формы полуденной песчанки. Однако комплексного исследования географической изменчивости полуденной
песчанки, позволяющего выявить соотношение форм, выделяемых разными
авторами, определить границы этих форм и наличие зон контакта между
ними, а также исследования степени морфологической дифференциации
выделяемых форм, проведено не было. Целью работы является исследование
географической изменчивости черепа полуденной песчанки и сопоставление
морфологической изменчивости с имеющимися в литературе данными по
молекулярно-генетической изменчивости этой группы видов.
Было измерено 635 черепов полуденной песчанки и 30 черепов песчанки Даля из 114 локалитетов. В работе использовали в том числе и типовые
экземпляры: неотип Mus meridianus Pallas, 1773; голотип M.m. massagetes
Heptner, 1933; голотип M.m. penicilliger Heptner, 1933; голотип M.m. karelini
Kolosov, 1935; голотип M.m. shitkovi Heptner, 1933; лектотип и паралектотипы (3 экз.) M.m. nogaiorum Heptner, 1927; голотип M.m. uschtaganicus Rall, 1938.
242
О. Г. Нанова
Информацию о месте поимки экземпляра и его поле принимали по этикеточным данным. Возраст экземпляров определяли по степени стертости верхних коренных зубов (Клевезаль, 2007). В анализ включали только животных, у
которых нижний моляр m3 достиг уровня предыдущего m2. Все исследованные экземпляры хранятся в Зоологическом музее МГУ и в ЗИН РАН. Измерения проводили электронным штангенциркулем и с помощью бинокуляра.
Использовали 29 промеров черепа и зубов. Для нивелирования возрастных
различий данные спроецировали с помощью метода Burnaby на плоскость,
ортогональную общему вектору возрастной изменчивости. В качестве классификационной процедуры использовали поэкземплярный анализ данных
с помощью метода максимального правдоподобия при помощи алгоритма,
реализованного в программе Mclust (Fraley and Raftery,1998). В основе этого
метода кластерного анализа лежит модель, согласно которой вся анализируемая выборка представляет собой совокупность нескольких многомерно-нормально распределенных групп объектов, причем каждая из них характеризуется своим вектором математических ожиданий и структурой изменчивости
(ковариационной матрицей). Mclust позволяет подбирать модель, оптимально описывающую данные определенным числом кластеров на определенном числе переменных (осей) и определять экземплярный состав кластеров.
В качестве критерия оптимальности модели использовали модифицированный (Лебедев и Лисовский, 2008) Байесов информационный критерий (BIC).
Состав кластеров исследовали по матрице апостериорных вероятностей (PP)
принадлежности экземпляров к тому или иному кластеру. Экземпляр считался достоверно принадлежащим к данному кластеру при PP>0.95. Все расчеты
проводились в Statistica 8.0, Mclust (version 3.4.4 for R-language).
Оптимальной оказалась модель, описываемая 5 осями с 5 кластерами, различающимися по своей устойчивости и по значениям вероятностей отнесения отдельных экземпляров к данному кластеру. Субоптимальные модели
с числом включенных осей 4 и 6 также содержат 5 кластеров. Рассмотрим
состав кластеров: 1 — выборки северного Прикаспия, северного Приаралья,
северного Прибалхашья, Калмыкии, Монгольской Джунгарии, Зайсанской
котловины, типовые экземпляры M.m. massagetes Heptner, 1933, M.m. karelini
Kolosov, 1935, M.m. nogaiorum Heptner, 1927 (2 паралектотипа), M.m. uschtaganicus Rall, 1938. Кластер 1 соответствует M.m. meridianus в широком смысле; 2 — выборка M. dahli, кроме того, сюда входят несколько экземпляров из
Калмыкии и Дагестана (включая лектотип и паралектотип M.m. nogaiorum);
3 — выборки из Туркмении, Узбекистана, Таджикистана, южного и юговосточного Казахстана (вплоть до границы с Китаем), типовые экземпляры
M.m. shitkovi Heptner, 1933, M.m. penicilliger Heptner, 1933; 4 — выборки из северной и западной Туркмении. При этом 17 экземпляров (из 265 экземпляров,
принадлежащих кластерам 3 и 4) с равной вероятностью могут быть отнесены
как к четвертому, так и к пятому кластеру. Кластеры 3 и 4 соответствуют форме M.m. penicilliger; 5 — кластер, включающий в себя все выборки из Монголии и Китая, за исключением Монгольской Джунгарии, является наиболее
устойчивым и четко очерченным. Этот кластер наиболее удален от остальных
кластеров, он соответствует форме M.m. psammophilus. Три экземпляра из Зайсанской котловины и два экземпляра из Монгольской Джунгарии не могут
быть однозначно отнесены ни к одному из выделенных кластеров.
Географическая изменчивость черепа…
24 3
По результатам нашего исследования отчетливо выделяются три линии,
изменчивость внутри которых значительно меньше, чем изменчивости
между этими линиями. Эти линии соответствуют meridianus, psammophilus и
penicilliger. Морфометрическая изменчивость черепа в надвидовом комплексе
полуденной песчанки соответствует изменчивости митохондриальной ДНК
в этом комплексе. Распространение трех морфометрических линий на ареале соответствует трем митохондриальным линиям. Мы считаем, что, наряду
с молекулярными (Zou et al., 2008; Neronov et al., 2009; Ito et al., 2010) и цитогенетическими (Коробицына и Картавцева, 1988), уровень морфометрических
различий между этими тремя линями таков, что им должен быть присвоен
видовой статус M. meridianus Pallas 1773, M. psammophilus Milne-Edwards, 1871
и M. penicilliger Heptner, 1933 внутри единого надвидового комплекса.
Meriones meridianus распространен от северного Прикаспия, северного Арала, северного Прибалхашья до Монгольской Джунгарии (вплоть до хребта
Тахин-Шара-Нуру) и севера Китайской провинции Синьцзян. Южные границы распространения этого вида в западной части ареала неясны. Так, на
юге песков Муюн-Кум нами обнаружен экземпляр, морфологически определяющийся как M. meridianus. Данные другого рода из этой точки отсутствуют. Линия M. meridianus неоднородна. Внутри нее существуют изменчивость
в направлении с запада на восток. Так, согласно нашим результатам валидными можно считать три подвида M. meridianus: M.m. meridianus Pallas, 1773
(левый берег Волги, северный Арал), M.m. nogaiorum Heptner, 1927 (правый
берег Волги), M.m. buechneri Thomas, 1909 (Зайсанская Котловина, Монгольская Джунгария). Формы M.m. massagetes, M.m. karelini, M.m. uschtaganicus синонимичны M.m. meridianus. Форма M. dahli морфометрически очень близка
к M. meridianus s. str., особенно к ближайшему географически M.m. nogaiorum.
Мы считаем преждевременным выделение этой географически изолированной формы в отдельный вид на основе лишь одного эксперимента по
гибридизации (Дятлов и Аванян, 1987), результаты которого не могут быть
интерпретированы однозначно. Статус M. dahli должен быть подтвержден
как повторными гибридологическими экспериментами, так и молекулярногенетическими данными.
Meriones penicilliger занимает территорию от юго-восточного Прикаспия,
южного Приаралья, Кызылкумов, Муюн-Кумов, южного Прибалхашья, юговосточного Казахстана до границы с Китаем. Северные границы распространения этого вида и области его контакта с M. meridianus не ясны. Согласно
морфометрическим данным на западе этот вид доходит до северных границ
Туркмении и Узбекистана, на востоке до Алакольской долины. Найденная
нами морфометрическая неоднородность M. penicilliger на западе ареала пока
не может быть никак интерпретирована. Название M.m. shitkovi синонимично
M. penicilliger.
Meriones psammophilus заселяет весь видовой ареал, описанный для надвидового комплекса в Монголии и Китае, за исключением запада Монгольской
Джунгарии и северо-западной части провинции Синьцзян в Китае, и населяет также Туву. Нами не обнаружено направленной географической изменчивости внутри M. psammophilus. Тувинская песчанка, описанная как
M. urianchaicus Vinogradov, 1927, не отличается как морфометрически, так
и генетически (Neronov et al., 2009) от других представителей M. psammophilus.
Название M. urianchaicus является синонимом M. psammophilus.
244
О. Г. Нанова
Литература
Громов И. М., Ербаева М. А. 1995. Млекопитающие фауны России и сопредельных
территорий (зайцеобразные и грызуны). СПб.: ЗИН РАН. 520 с.
Дятлов А. И., Аванян Л. А. 1987. Обоснование видового ранга для двух подвидов
полуденных песчанок (Meriones, Rodentia, Cricetida) // Зоол. журн. Т. 66. № 7.
С. 1069–1074.
Клевезаль Г. А. 2007 Принципы и методы определения возраста млекопитающих. М.:
КМК. 282 с.
Коробицына К. В., Картавцева И. В. 1988. Изменчивость и эволюция кариотипа песчанок (Rodentia, Cricetidae, Gerbillinae). 1. Кариотипическая дифференциация полуденных песчанок (Meriones meridianus) фауны СССР // Зоол. журн. Т. 67. № 12.
С. 1889–1900.
Лебедев В. С., Лисовский А. А. 2008. Географическая изменчивость метрических признаков черепа и таксономическая структура хомячков Cricetulus группы Barabensis // Зоол. журн. Т. 87. № 3. С. 361–374.
Павлинов И. Я., Россолоимо О. Л. 1987. Систематика млекопитающих СССР. М.: Издво МГУ. 281 с.
Ellerman J. R., Morrison-Scott T. S. S. 1951. Checklist of Palearctic and Indian Mammals,
1758 to 1946. London: British Museum. 810 p.
Fraley C., Raftery A. E. 1998. How Many Clusters? Which Clustering Method? Answers Via
Model-Based Cluster Analysis // The computer journal. Vol. 41. P. 578–588.
Neronov V. M., Abramson N. I., Warshavsky A. A., Karimova T. Yu., Khlyap L. A. 2009.
Chorological Structure of the Range and Genetic Variation of the Midday Gerbil (Meriones meridianus Pallas, 1773) // Doklady Biol. Scien. Vol. 425. P. 135–137.
Wilson D. E., Reeder D. M. (Eds.). 2005. Mammal species of the World. A taxonomic and
geographic reference (3rd ed). Johns Hopkins University Press. 2142 p.
Zhang Y. 1997. Distribution of mammalian species in China. China: Forestry Pub. House.
213 p.
Zou G. B., Zhou L., Zha X., Zhang B., Zhao T., Liang J. 2008. Geographical pattern and
historical demography of Midday gerbil Meriones meridianus (Gerbillidae, Rodentia)
inferred from the sequences of the mitochondrial DNA control region //Rus. J. Theriol.
Vol. 7. P. 25–32.
Ito M., Jiang W., Jun J. S., Zhen Q., Jiao W., Goto K., Sato H., Ishiwata K., Oku Y., Chai J.,
Kamiya H. 2010. Molecular phylogeny of the subfamily Gerbillinae (Muridae, Rodentia)
with emphasis on species living in the Xinjiang-Uygur autonomous region of China
and based on the mitochondrial Cytochrome b and Cytochrome c Oxidase Subunit II
Genes // Zool. Scien. Vol. 27. P. 269–278.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
24 5
Разнообразие и ультраструктура защитных
образований цистицеркоидов гименолепидат
В. П. Никишин1
1
Институт биологических проблем Севера ДВО РАН, Магадан, Россия;
e-mail: [email protected]
Цистицеркоиды (метацестоды) гименолепидат образуют несколько морфологических форм, различия между которыми наиболее ярко выражены
в строении и организации личиночного органа (в понимании Г. П. Краснощекова, 1980), включающего цисту (цисты) и хвостовой придаток. Эти особенности связаны с видовой принадлежностью и биологией промежуточного
хозяина и, по всей видимости, соответствуют разделению цестод на систематические группы (вероятно, не ниже уровня семейства). Однако из всех
известных модификаций цистицеркоидов тонкая структура более или менее детально изучена лишь у нескольких из них, что не позволяет с должной
полнотой осветить различия между метацестодами разных семейств и, тем
более, подотрядов. Тем не менее, анализ имеющихся данных позволяет определить основные особенности строения личиночного органа, характерные
для метацестод некоторых семейств подотряда Hymenolepidata. В настоящем
сообщении кратко проанализированы сведения о тонкой организации «личиночных» элементов у некоторых метацестод семейств Dilepididae (цистицеркоиды модификаций «криптоцерк» и «стробилоциста»), Hymenolepididae
(циклоцерк, тектациста) и Aploparaksidae (типичная диплоциста).
Наружная неклеточная циста (экзоциста) обнаружена у представителей дилепидид и гименолепидид и характерна для криптоцерка, циклоцерка и тектацисты. Имеет вид или пучка тонких пластинок, ориентированных параллельно поверхности циклоцерка (Краснощеков и Плужников, 1984; Никишин
и Лебедев, 2009, 2011 и др.), или слоя гранулярного материала у криптоцерка
и тектацисты (Crowe et al., 1974; Поспехова и Никишин, 2010; Поспехова и Регель, 2011). Интерпретация этого различия затруднительна. С модификацией
цистицеркоида оно не связано, поскольку у криптоцерка Trichocephaloides megalocephala на всех стадиях его развития экзоциста также имеет «пластинчатое»
строение (рис. см. Никишин, 2004). Остается предполагать определенное изменение внешности экзоцисты в процессе жизни зрелой метацестоды в промежуточном хозяине, не исключая, однако, возможную утрату наружного
слоя по мере ее созревания. Предполагается, что за образование экзоцисты
ответственны цистогенные железы гексаканта (Краснощеков и Томиловская,
1978 и др.). Значение экзоцисты в защите от ответных реакций хозяина доказано экспериментально: при ее повреждении наблюдается миграция гемоцитов хозяина в ее «полость» (Никишин и Лебедев, 2009, 2011).
Хвостовой придаток. Организация хвостового придатка у цистицеркоидов
варьирует и служит одним из признаков определения их модификации. Наиболее просто он устроен у криптоцерка, в процессе развития которого он теряет связь с цистосколексом и распадается на отдельные фрагменты (Краснощеков и Томиловская, 1978; Gabrion, 1975), образованные тегументом (Gabrion
246
В. П. Никишин
and Gabrion, 1976; Краснощеков, 1978; Krasnoshchokov and Pluzhnikov, 1980;
Поспехова и Никишин, 2010) с включением, у некоторых видов, немногочисленных малодифференцированных клеток (наши неопубликованные
данные). Среди всех форм тегумента, имеющихся у криптоцерков, тегумент
хвостового придатка наименее дифференцирован, покрыт микроворсинками «обычной» внешности и характеризуется процессами аутолизиса и интенсивной секрецией, продукты которой заполняют «полость» экзоцисты
(Краснощеков, 1978; Krasnoshchokov and Pluzhnikov, 1980; Поспехова и Никишин, 2010). У тектацисты и циклоцерка кроме тегумента и малодифференцированных клеток в хвостовом придатке имеется примитивная мышечная
система из разрозненных миоцитов и их небольших отростков, включающих
немногочисленные кольцевые миофиламенты (Краснощеков и Плужников,
1984; Поспехова и Регель, 2011). Во всех случаях в центральной части хвостового придатка отмечена более или менее выраженная редукция клеточных
элементов, в то же время состав и морфология органелл цитонов тегумента
свидетельствуют об активных синтетических процессах (Поспехова и Регель,
2011). Хвостовой придаток стробилоцисты Lateriporus geographicus имеет еще
более сложное строение и помимо цитонов тегумента, миоцитов и кольцевой
мускулатуры включает развитый межклеточный материал, протонефридии
и связанные с тегументом одноклеточные железы, секрет которых предположительно выполняет защитную функцию (Krasnoshchokov et al., 1985). Однако наиболее сложно устроен хвостовой придаток у типичных диплоцист,
в процессе развития которых он преобразуется в (клеточную) экзоцисту (Бондаренко и Контримавичус, 2006). к особенностям структуры этих экзоцист
относятся дифференцировка тегументов их наружной и внутренней сторон,
а также наличие кольцевой и продольной мускулатуры, малодифференцированных клеток или их производных и паренхимных клеток, предположительно выполняющих трофико-запасающую функцию (Никишин, 2010а).
Никаких других тканей, помимо двух форм пограничной и мышечной, в течение всего периода существования экзоцисты в ней не обнаружено (Никишин, 2007, 2009, 2010а). По всей вероятности, экзоциста диплоцист обеспечивает трофические и защитные потребности цистицеркоида до завершения
его формирования, после чего наблюдается частичная редукция ее клеток
(Никишин, 2010а).
Циста (эндоциста) — одно из образований, которым цистицеркоиды обязаны своим названием. В составе цисты (эндоцисты) имеются толстый слой
гликокаликса, микроворсинки, дистальный отдел тегумента, заполненный
в большинстве случаев плотным материалом, базальная пластинка, кольцевой и продольный слои упорядоченно расположенных филаментов, кольцевые и продольные мышцы, клеточный слой, во многих случаях оформленная
внутренняя граница. У сформированных цистицеркоидов отмечается постепенная редукция клеточных элементов цисты и замещение их фиброзными
элементами. Хотя структура отдельных элементов цисты несколько варьирует в зависимости от модификации цистицеркоида и его систематического
положения, тем не менее, можно выделить две ее основные формы.
Дилепидидная форма характерна для криптоцерка. Гликокаликс образован
аморфным материалом с включением полостей с рыхлым хлопьевидным содержимым, вероятно выделяемых из тегумента, и пронизан истонченными
Разнообразие и ультраструктура защитных образований…
247
извитыми микроворсинками, заканчивающимися расширениями (Краснощеков и др., 1983; Поспехова и Никишин, 2010). Предполагается, что эти
расширения в виде светлых пузырьков отделяются от микроворсинок и участвуют в поддержании структуры экзоцисты (Поспехова и Никишин, 2010).
Основания микроворсинок расширены в форме правильных куполов, содержимое которых аналогично содержимому остальной части дистального отдела тегумента эндоцисты. Цитоплазма этой части тегумента имеет относительно высокую плотность и включает многочисленные дисковидные тельца
с электронно-плотным содержимым (Краснощеков и др., 1983). Структура
телец разнообразна: содержимое может или заполнять тельце (полностью
либо частично), или отлагаться по его периферии. У цистицеркоида T. megalocephala для дистального отдела тегумента цисты характерны многочисленные
инвагинаты внутренней мембраны, ориентированные в радиальном направлении (Краснощеков и др., 1983). Дистальный отдел посредством гемидесмом связан с базальной пластинкой, под которой располагаются кольцевой
и затем продольный фиброзные слои, а еще глубже в той же последовательности — элементы кольцевой и продольной мускулатуры в окружении филаментов, аналогичных образующим фиброзные слои (Краснощеков и др.,
1983; Поспехова и Никишин, 2010). Из других элементов в фиброзных слоях
могут наблюдаться цитоплазматические мостики, связывающие оба отдела
тегумента, а в мышечных, кроме того, — отростки «секреторных» клеток
(Краснощеков и др., 1983). Состав клеточного слоя различается у разных видов. В большинстве случаев в нем отмечены цитоны тегумента, миоциты со
значительными количествами β-частиц гликогена и характерными для миоцитов цисты расширенными цистернами гранулярной эндоплазматической
сети, «секреторные» клетки, специализирующиеся на образовании и накоплении плотных округлых гранул, функция которых не ясна (Краснощеков
и др., 1983). У Rauschitaenia ancora в составе клеточного слоя цисты отмечены
только цитоны тегумента и элементы осморегуляторной системы (Поспехова и Никишин, 2010). Морфологически оформленная внутренняя граница
цисты отсутствует.
Аплопараксидная форма характерна для типичной диплоцисты и циклоцерка. Отличия ее от дилепидидной формы следующие: (1) Гликокаликс образован материалом из нежных филаментов и мелких гранул. (2) Дистальный
отдел тегумента, включая расширенные основания микроворсинок, заполнен плотным гомогенным материалом. (3) Кольцевые и продольные мышцы
располагаются, соответственно, в кольцевом и продольном фиброзных слоях. (4) Клеточный слой включает цитоны тегумента, миоциты, секреторные
клетки, а также клетки и каналы осморегуляторной системы, которые располагаются в заднем полюсе цистицеркоида в участке, связывающем цисту
с шейкой. (5) Изнутри стенка цисты ограничена слоем плотно прилегающих
друг к другу цитоплазматических отростков особых веретеновидных клеток
(Краснощеков и Никишин, 1979; Никишин, 2010б). По нашим неопубликованным данным такая схема строения цисты характерна и для цистицеркоидов аплопараксид других модификаций. У стробилоцисты L. geographicus
циста устроена по этой же схеме, но дистальный отдел тегумента заполнен
отдельными плотными элементами (Krasnoshchokov et al., 1985). В стенке цисты тектацисты Microsomacanthus paraparvula и циклоцерка Fimbriaria fasciolaris
248
В. П. Никишин
не отмечен внутренний ограничивающий слой (Поспехова и Регель, 2011;
Краснощеков и Плужников, 1984), однако у циклоцерка Microsomacanthus lari
этот слой имеется (Никишин и Лебедев, неопубликованные данные). Сведения о наличии в стенке цисты фибробластов противоречивы (Краснощеков
и Плужников, 1984; Никишин, 2010б).
Не вызывает сомнений значение цисты (эндоцисты) в защите сколекса от
повреждений (в первую очередь механических) в начальных участках пищеварительного тракта окончательного хозяина. Этой функции, скорее всего,
служат структура дистального отдела тегумента и фиброзные слои. В то же
время циста, особенно у цистицеркоидов, не имеющих экзоцисту, сохраняет способность нивелировать негативный ответ хозяина, которая, вероятно,
проявляется в формировании мощного слоя гликокаликса на ее поверхности
и в разнообразных процессах секреции (Краснощеков и Никишин, 1979; Поспехова и Никишин, 2010).
Литература
Бондаренко С. К., Контримавичус В. Л. 2006. Аплопараксиды диких и домашних птиц.
Основы цестодологии. Т. 14. М.: Наука. 443 с.
Краснощеков Г. П. 1978. Ультраструктура церкомера цистицеркоида Trichocephaloides
megalocephala // Паразитология. Т. 12. С. 206–209.
Краснощеков Г. П. 1980. Церкомер — личиночный орган цестод // Ж. общей биологии. Т. 41. С. 615–627.
Краснощеков Г. П., Никишин В. П. 1979. Ультраструктура стенки цисты метацестод
Aploparaksis polystictae и A. furcigera (Cestoda, Cyclophyllidea) // Паразитология. Т. 13.
С. 250–256.
Краснощеков Г. П., Никишин В. П., Плужников Л. Т. 1983. Ультраструктура стенки
цисты личинок цестод типа моноцерка // Паразитология. Т. 17. С. 391–396.
Краснощеков Г. П., Плужников Л. Т. 1984. Ультраструктура цистицеркоидов Fimbriaria
fasciolaris (Hymenolepididae) // Паразитология. Т. 18. C. 47–51.
Краснощеков Г. П., Томиловская Н. С. 1978. Морфология и развитие цистицеркоидов
Paricterotaenia porosa (Cestoda: Dilepididae) // Паразитология. Т. 12. С. 108–115.
Никишин В. П. 2004. Цитоморфология скребней: покровы, защитные оболочки, эмбриональные личинки. М.: ГЕОС. 233 с.
Никишин В. П. 2007. Структура и дифференцировка тканей цистицеркоидов. 1. Тонкая морфология диплоцисты Aploparaksis bulbocirrus (Cestoda, Hymenolepididae) на
ранних стадиях постэмбриогенеза // Зоол. беспозвон. Т. 4. С. 129–138.
Никишин В. П. 2009. Структура и дифференцировка тканей цистицеркоидов. II. Дифференцировка тканей хвостового придатка у типичной диплоцисты Aploparaksis
bulbocirrus (Cestoda, Hymenolepididae) // Зоол. беспозвон. Т. 6. С. 129–145.
Никишин В. П. 2010а. Тонкая морфология и гистогенез хвостового придатка (экзоцисты) у цистицеркоидов модификации «типичная диплоциста» // Труды Центра паразитологии Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова
РАН. Т. 46. С. 168–185.
Никишин В. П. 2010б. Структура и дифференцировка тканей цистицеркоидов.
3. Дифференцировка тканей эндоцисты у типичной диплоцисты Aploparaksis bulbocirrus (Cestoda, Hymenolepididae) // Зоол. беспозвон. Т. 7. С. 159–176.
Разнообразие и ультраструктура защитных образований…
249
Никишин В. П., Лебедев Д. В. 2009. Структура и функция экзоцисты у цистицеркоидов
Microsomacanthus lari (Cestoda, Hymenolepididae) // Vest. zoologii. Vol. 43. P. 153–160.
Никишин В. П., Лебедев Д. В. 2011. Экспериментальное доказательство защитной
роли экзоцисты у метацестод Microsomacanthus lari // Биология моря. Т. 37. С. 71–74.
Поспехова Н. А., Никишин В. П. 2010. Функциональная морфология защитных оболочек цистицеркоида Rauschitaenia ancora (Cestoda: Dilepididae) // Первые международные Беккеровские чтения. Ч. 1. Волгоград. С. 499–501.
Поспехова Н. А., Регель К. В. 2011. Морфология защитных оболочек метацестоды
Microsomacanthus paraparvula Regel, 1994 из личинок ручейника Grensia praeterita
Walk. // Чтения памяти Владимира Яковлевича Леванидова. Вып. 5. Владивосток:
Дальнаука. С. 419–423.
Crowe D. G., Burt M. D. B., Scott J. S. 1974. On the ultrastructure of the polycercus larva of
Paricterotaenia paradoxa (Cestoda: Cyclophyllidea) // Can. J. Zool. Vol. 52. P. 1397–1405.
Gabrion C. 1975. Étude expérimentale du development larvaire d’Anomotaenia constricta
(Molin, 1858) Cohn, 1900 chez un coléoptère Pimelia sulcata Geoffr. // Z. Parasitenk.
Bd. 47. S. 242–262.
Gabrion C., Gabrion J. 1976. Étude ultrastructurale de la larve de Anomotaenia constricta
(Cestoda, Cyclophyllidea) // Z. Parasitenk. Vol. 49. P. 161–177.
Krasnoshchokov G. P., Pluzhnikov L. T. 1980. Differentiation and autophagy of tegument
of exocyst Paricterotaenia porosa (Cestoda, Dilepididae) // Helminthologia. Vol. 17.
P. 291–300.
Krasnoshchokov G. P., Pluzhnikov L. T., Gulyaev V. D. 1985. Ultrastructure of the larval
organ of metacestode Lateriporus geographicus (Cooper, 1921) (Cestoda: Dilepididae) //
Folia parasitologica. Vol. 32. P. 51–59.
250
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Эволюционная морфология конечного мозга
лучеперых рыб
Д. К. Обухов1, Е. В. Обухова1, Е. В. Пущина2
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия;
e-mail: [email protected]
2
Институт биологии моря им. Жирмунского ДВО РАН, Владивосток, Россия
1
Лучеперые рыбы (Actinoptherygii) являются единственной группой позвоночных животных, у которых конечный мозг развивается в процессе эмбриогенеза по пути эверсии. В результате этого процесса у рыб в конечном мозге
формируются сплошные полушария, разделенные единственным медиальным желудочком в отличие от других позвоночных, где полушария имеют
внутренние латеральные желудочки (Обухов, 1999; Nieuwenhuys and Meek,
1990). В связи с этим возникают определенные сложности относительно гомологии структур мозга лучеперых рыб и других позвоночных. Это важно, поскольку в последнее время рыбы широко используются в качестве модельных
объектов в нейрофизиологических и нейроэмбриологических исследованиях. В работе рассматриваются современные сведения по морфофункциональной организации конечного мозга лучеперых рыб.
Морфология. В качестве основы при описании общей структуры полушарий
мозга повсеместно используется топографическая классификация (Nieuwenhuys and Meek, 1990). Полушария разделяются на две области: дорсальную
(паллиум) и вентральную (субпаллиум), в которых выделяют ряд зон. Четко
прослеживается эволюционная тенденция к усложнению цитоархитектонической структуры полушарий в линии Chondrostei > Holostei > Teleostei.
Однако, анализ нейронной организации у представителей разных групп лучеперых рыб показал, что на этом уровне организации мозга существенных
изменений в процессе эволюции не происходит. Основная масса нейронов
принадлежат к разновидностям неспециализированных изо- и аллодендритных нейронов. Высокодифференцированных звездчатых короткоаксонных
(идиодендритных) нейронов, характерных для ЦНС высших позвоночных
и акул, у лучеперых рыб не обнаружено. Это свидетельствует об определенной консервативности в развитии мозга лучеперых рыб. Такой вариант развития ЦНС определяется как «консервативный» (Обухов,1999; Obukhov et al.,
2007).
Функциональная организация. Система связей. Долгое время считалось, что
структуры конечного мозга представляют собой центры переработки преимущественно обонятельной информации. В настоящее время показано, что
в структурах конечного мозга рыб есть зоны представительства всех основных
анализаторных систем (Обухов и др., 2008; Northcutt, 2008). Дорсальная (Dd)
и латеральная (Dl) зоны паллиума получают афференты из субпаллиума,
промежуточного мозга и ствола мозга. По этим связям в паллиум поступает
полисенсорная информация (зрительная, соматосенсорная, вкусовая и от системы органов боковой линии). Медиальная (Dm) зона имеет реципрокные
связи с прегломерулярным комплексом и рядом ядер таламуса. Центральная
Эволюционная морфология конечного мозга…
2 51
зона паллиума (Dc) получает информацию от других зон паллиума, преоптической области гипоталамуса, прегломерулярного комплекса и мозжечка. Таким образом, центральная область паллиума является своеобразным
интегрирующим центром полушарий, связывая по системе реципрокных
связей другие области паллиума друг с другом и другими центрами мозга.
Представительство обонятельных проекций ограничено вентральной областью полушария и заднедорсальной (Dp) зоной паллиума. Исследования
локализации мозговых центров, связанных с процессами памяти, обучения
и эмоций, показали, что базовые принципы функциональной организации
конечного мозга всех позвоночных едины. В латеральном (Dl) паллиуме
рыб и гиппокампе (MP) млекопитающих сосредоточены центры, связанные
с процессами памяти и обучения. Медиальный паллиум (Dm) рыб, также как
район паллиальной амигдалы (AP) наземных позвоночных, функционально
связан с эмоциональной сферой работы конечного мозга (Broglio et al., 2005).
Повреждения отделов полушарий вызывали серьезные изменения в поведенческой деятельности рыб. Таким образом, конечный мозг является интегрирующим центром головного мозга рыб.
Хемоархитектоника. Важным аргументом при решении вопросов гомологии структур мозга позвоночных животных, является гисто- и иммуногистохимические данные о локализации основных нейромедиаторных систем.
Немногочисленные крупные холинергические нейроны обнаружены у рыб
в латеральной (Dl) и дорсальной (Dd) зонах дорсальной (паллиальной) области теленцефалона. Отдельные холинергические нейроны выявляются в районе полушария, прилегающего к вентролатеральной (Vv-l) зоне субпаллиума.
У форели Salmo fario L. и у других костистых рыб в холинергических нейронах
вентролатеральной области теленцефалона было отмечена колокализация
с нейропептидами соматостатином и нейропептидом Y. Наличие основной
массы холинергических нейронов в вентральной (V.v.) и латеральной (V.l.)
зонах вентральной области полушарий дают основание предполагать, что
эти области конечного мозга рыб соответствуют району септума мозга амниот. В целом холинергическая система субпаллиума костистых рыб хорошо
развита и сравнима с таковой у наземных позвоночных.
Конечный мозг получает восходящие проекции от норадренергических,
допаминергических и серотонинергических ядер, которые формируют систему связей, аналогичных мезо-лимбической и мезо-стриатарной системе
мозга наземных позвоночных. Несколько популяций ТН-иммунопозитивных
нейронов обнаружено в различных структурах конечного мозга. ТНиммунопозитивные афференты у лучеперых рыб широко распространены
в дорсальной и вентральной областях полушарий. В дорсальной области
теленцефалона ТН-волокна были обнаружены в составе дорсальной (D.d),
задней (D.p.) и заднелатеральной зон (D.l-p). В субпаллиуме дофаминергические афферентные волокна достигают дорсальной зоны (Vd) вентральной
области, а эфферентные волокна из вентральной зоны (Vv) направляются
в гипоталамус.
ГАМК-ергическая система также широко представлена в структуре конечного мозга рыб. ГАМК-иммунопозитивные нейроны были выявлены
как в дорсальной, так и в вентральной областях конечного мозга. В дорсальной области полушария ГАМК-иммунопозитивные нейроны обнаружены
252
Д. К. Обухов, Е. В. Обухова, Е. В. Пущина
в большинстве паллиальных зон: Dd, Dl, Dm, Dc. Среди ГАМК-ергических
нейронов дорсальной области полушария выявляется несколько субпопуляций нейронов. Практически по всей дорсальной области полушарий выявляется и густая сеть ГАМК-иммунопозитивных волокон, имеющих, как правило,
многочисленные варикозные расширения. В вентральной области полушарий лососевых рыб (Salmonidae) были найдены ГАМК-иммунореактивные
клетки, причем в вентральной зоне (Vv) вентральной области эти нейроны
представлены обильнее, чем в дорсальной (Vd) зоне. Среди них выявляются
те же субпопуляции ГАМК-ергических нейронов, которые были обнаружены
в дорсальной области полушария. Эти данные, а также результаты исследования на других видах костистых рыб показывают, что характер распределения ГАМК-ергических нейронов в конечном мозге костистых рыб разных
видов и групп в целом сходен. Интересно, что у костистых рыб в вентральной
области полушарий обнаружены дофаминовые рецепторы D1-типа. Следовательно, в Vd зоне субпаллиума костистых рыб присутствует, по крайней
мере, один из двух основных классов ГАМК-ергических проекционных стриатарных нейронов, модулируемых дофамином. Ранее было показано наличие в субпаллиуме (Vd, Vv) лососевых рыб энкефалин-продуцирующих
нейронов, что указывает на наличие и второго класса проекционных ГАМКергических нейронов в стриатуме (Vd) конечного мозга рыб (Обухов и др.,
2008)
Молекулярно-генетические исследования. В последнее время значительным
аргументом в решении вопроса о гомологии структур конечного мозга разного типа стало исследование экспрессии регуляторных генов, контролирующих развитие тех или иных структур полушарий конечного мозга. Показано, что в субпаллиуме коcтистых рыб экспрессируется семейство генов
Dlx1, Dlx2, Dlx5, а также Nkx2,1 и Gsh1/2, контролируя развитие стриатума,
части амигдалы и септума. В дорсальной области экспрессируются гены Pax6,
Emx1/2, Tbr1-2, Neug2 и др. Сравнение с аналогичными исследованиями на
наземных позвоночных показали, что базовый характер разделения полушарий всех позвоночных на вентральную (субпаллиальную) и дорсальную (паллиальную) области сохраняется на протяжении всей эволюции позвоночных
(Medina et al., 2007; Medina, 2009).
Проблема гомологии мозга лучеперых рыб и наземных позвоночных. Несмотря
на имеющиеся многочисленные данные по морфо-функциональной организации конечного мозга позвоночных животных, точки зрения авторов на
проблему гомологии структур мозга эвертированного и инвертированного
типов существенно различаются. Имеется пять альтернативных гипотез такого рода гомологий, каждая из которых имеет определенные доказательства.
Общее мнение сложилось относительно задней паллиальной зоны (Dp), которая получает вторичные обонятельные афференты и сравнивается с латеральным (пириформным) паллиумом тетрапод. Также не вызывает сомнений, что часть латеральной (Dlv) зоны полушарий гомологична району
гиппокампальной (медиальной) коры наземных позвоночных. Часть исследователей считает, что медиальная зона паллума рыб (Dm) сравнима с районом
паллиальной амигдалы. Другие авторы рассматривают этот район мозга как
гомолог дорсального паллиума тетрапод. Наибольшие разногласия касаются
дорсальной (Dd) области паллиума: от признания гомологии этой области
Эволюционная морфология конечного мозга…
2 53
с дорсальным паллиумом тетрапод до констатации факта уникальности этого района полушарий для лучеперых рыб и, как следствие, отсутствия гомологии со структурами полушарий наземных позвоночных. Относительно
субпаллиума особых затруднений нет. Его структуры, не подвергающиеся
процессу эверсии, сохраняют базовый план строения во всем ряду позвоночных (Обухов и др., 2008; Butler, 2000; Northcutt, 2008; Huesa et al., 2009).
Литература
Обухов Д. К. 1999. Эволюционная морфология конечного мозга позвоночных. СПб.:
Знак. 220 с.
Обухов Д. К., Обухова Е. В., Пущина Е. В. 2008. Конечный мозг — как интегративный
центр нервной системы рыб // Улащик В. С, Кульчигский В. А. и др. (ред.). Проблемы регуляции висцеральных функций. Т. 1. Минск: изд. РИВШ. С. 121–126.
Broglio C., Gomes A., Duran E. 2005. Hallmarks of a common forebrain vertebrate plan:
specialized pallial areas for spatial, temporal and emotional memory in actinopterygian
fish // Brain Res. Bull. Vol. 66. P. 277–281.
Buttler A. 2000. Topography and topology of the teleost telencephalon // Neurosci. Lett.
Vol. 93. P. 95–98.
Huesa G., Anadon R., Folgueira M., Yanes J. 2009. Evolution of the pallium in fishes //
Encyclopedia of Neuroscience. Berlin: Springer. P. 569–573.
Medina L. 2009. Evolution and embryological development of forebrain // Encyclopedia of
Neuroscience. Berlin: Springer. P. 679–701.
Medina L., Brox A., Legas I., Puelles L. 2007. Expression patterns of developmental
regulatory genes show comparable division in the telencephalon // Brain Res. Bull.
Vol. 66. P. 297–302.
Northcutt R. G. 2008. Forebrain evolution in bony fishes // Brain Res. Bull. Vol. 75. P. 194–205.
Nieuwenhuys R., Meek J. 1990. The telencephalon of actinopterygian fisches // Cerebral
cortex. Vol. 8A. P. 92–95.
Obukhov D., Mayden R., Kuhajda B. 2007. Comparative neuromorphology of the
telencephalon of sturgeon of the genera Acipenser // J. Appl. Ichyol. Vol. 23. P. 348–353.
254
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Ультраструктура плацентарного аналога
у ктеностомной мшанки Zoobotryon verticillatum (delle Chiaje, 1828) (Gymnolaemata)
А. Н. Островский¹, Т. Шваха²
¹ Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия;
e-mail: [email protected]
² Department of Morphology, University of Vienna, Austria; e-mail: [email protected]
Экстраэмбриональное питание (матротрофия) или прямой перенос питательных веществ от родителя к эмбриону во время беременности рассматривается в качестве важнейшего эволюционного приобретения, обеспечивающего повышенную выживаемость потомства. Наиболее сложной
в структурном и физиологическом отношениях формой матротрофии является плацентарное питание. Среди беспозвоночных плацентарные аналоги
на настоящий момент известны у цестод (Корнева, 2007), брюхоногих моллюсков (Tompa, 1984), насекомых (Hagan, 1951), онихофор (Anderson, 1973)
и энтопрокт (Nielsen, 2005). Однако наиболее широко они распространены
у мшанок (Ostrovsky et al., 2009).
Наши исследования показали, что Bryozoa — единственный тип среди беспозвоночных, где экстраэмбриональное питание обнаружено во всех классах. Все представители класса Stenolaemata (отряд Cyclostomata) являются
живородящими организмами, чьи эмбрионы развиваются сначала в оварии,
а затем в целоме специализированных гонозооидов. Для циклостомат характерна полиэмбриония, в ходе которой эмбрионы и личинки получают питание сначала от клеток вторичного фолликула, выполняющего функцию
плацентарного аналога, а затем из целомической жидкости (Reed, 1991). Аналогичный вариант матротрофии известен также у представителей семейства
Epystomiidae (класс Gymnolaemata) (Marcus, 1941; Dyrynda and King, 1982).
Все виды, входящие в класс Phylactolaemata, вынашивают эмбрионы в выводковой сумке — впячивании стенки зооида, чья полость является внешней
по отношению к полости тела материнского зооида. В противоположность
циклостомным мшанкам, ранний эмбрион усваивает питательные вещества
из жидкости выводковой камеры (гистотрофия), впоследствии же между эмбрионом и стенкой выводковой сумки устанавливается кольцевой либо точечный плацентарный контакт.
В пределах класса Gymnolaemata матротрофное питание известно у представителей обоих отрядов — Ctenostomata и Cheilostomata (Ström, 1977; Reed,
1991; Ostrovsky et al., 2008). У хейлостомат оно осуществляется в полости скелетных выводковых камер (овицелл) и во внутренних выводковых сумках.
Как и у филактолемат, в обоих случаях выводковая полость является внешней по отношению к полости тела материнского зооида. Роль плацентарного аналога у хейлостомат выполняет эмбриофор, представленный гипертрофированными клетками стенки выводковой камеры и примыкающими
к ним клетками фуникулярной ткани. Ультраструктурные исследования
показали, что клетки эмбриофора во время вынашивания характеризуются
Ультраструктура плацентарного аналога…
2 55
многочисленными складками, указывающими на наличие экзоцитоза, причем питательные вещества к эмбриону перемещаются через тонкую кутикулу стенки выводковой камеры. Поглощение питательных веществ зародышем осуществляется за счет пиноцитоза в зоне, прилегающей к эмбриофору
(Woollacott and Zimmer, 1975), либо через всю поверхность тела (Hughes, 1987).
У матротрофных ктеностомных мшанок экстраэмбриональное питание
осуществляется в интроверте (ввернутом участке стенке зооида, окружающем втянутую крону щупалец), либо во впячивании стенки тела (Ström,
1977; Reed, 1991; Ostrovsky et al., 2008). Ни анатомических, ни ультраструктурных исследований этого феномена в пределах рассматриваемого отряда
ранее не проводилось. Все, что было известно о матротрофном вынашивании
у Ctenostomata — это факт увеличения размеров эмбриона.
В ходе наших исследований мы впервые получили ультраструктурные
доказательства существования матротрофии у ктеностомат. Вынашивание
у средиземноморского вида Zoobotryon verticillatum (Delle Chiaje, 1828) осуществляется в полости интроверта (щупальцевого влагалища). Полипид после овипозиции (перемещения зиготы в интроверт) дегенерирует, а зооид
по мере увеличения размеров формирующегося эмбриона изменяет форму
(вздувается). Было показано, что во время вынашивания клетки стенки интроверта увеличиваются в размерах, и из плоских становятся кубическими.
Синтетическая активность этих клеток подтверждается наличием мощно развитого шероховатого эндоплазматического ретикулюма. Показано наличие
признаков экзоцитоза — концентрация мелких вакуолей у поверхности плазматической мембраны клеток эмбриофора, прилегающей к тонкой кутикуле,
и слияние этих вакуолей с мембраной. Кроме того, в полости выводковой
камеры, непосредственно у кутикулы интроверта, а также между ресничками
эмбриона, обнаружен рыхлый, но вполне отчетливый слой, условно обозначенный нами, как «питательная слизь». По нашему мнению, данный слой
формируется в результате экзоцитоза и перемещения низкомолеклярных
веществ от клеток эмбриофора через кутикулу в полость интроверта. Показано также наличие эндоцитоза (пиноцитоза) в форме микровпячиваний
поверхностной мембраны клеток эмбриона у основания ресничек. Кроме
того, в цитоплазме клеток эмбриофора обнаружены крупные округлые тела
неясной природы, характеризующиеся многослойной мембранной структурой. Мы предполагаем, что их образование связано с разборкой избыточного
мембранного материала, формирующегося в ходе экзоцитоза.
Полученные нами данные хорошо соотносятся с результатами единственного ультраструктурного исследования плацентарного аналога мшанок, выполненного на представителе отряда Cheilostomata Bugula neritina (Woollacott
and Zimmer, 1975). Тем не менее, у исследованного нами вида микровиллярная структура поверхности клеток эмбриофора и эмбриона отсутствовала.
Кроме того, нами впервые было показано наличие отчетливого слоя, предположительно состоящего из секретируемых клетками эмбриофора питательных веществ.
Исследование выполнено в рамках инициативного гранта РФФИ
(10-04-00085-а).
256
А. Н. Островский, Т. Шваха
Литература
Корнева Ж. 2007. Тканевая пластичность и морфогенезы у цестод. М.: Наука. 186 с.
Anderson D. T. 1973. Embryology and phylogeny in annelids and arthropods. Oxford, N.Y.:
Pergamon Press. 495 p.
Dyrynda P. E. J., King P. E. 1982. Sexual reproduction in Epistomia bursaria (Bryozoa,
Cheilostomata), an endozooidal brooder without polypide recycling // J. Zool. Vol. 198.
P. 337–352.
Hagan H. R. 1951. Embryology of viviparous insects. N.Y.: Ronald Press. 472 p.
Hughes D. J. 1987. Gametogenesis and embryonic brooding in the cheilostome bryozoan
Celleporella hyaline // J. Zool. Vol. 212. P. 691–711.
Marcus E. 1941. Sobre o desenvolvimento do bryozoario Synnotum aegyptiacum // Arqu.
Cirurg. Clin. Exp. Vol. 5. P. 227-234.
Nielsen C. 2005. Trochophora larvae: cell-lineages, ciliary bands and body regions. 2. Other
groups and general discussion // J. Exp. Zool. Part B. Mol. Dev. Evol. Vol. 304B.
P. 401–447.
Ostrovsky A. N., Vavra N., Porter J. S. 2008. Sexual reproduction in gymnolaemate Bryozoa:
history and perspectives of the research // Wyse Jackson P. N., Spencer-Jones M. E.
(eds.). Annals of Bryozoology 2: aspects of the history of research on bryozoans. Dublin:
International Bryozoology Association. P. 117–210.
Ostrovsky A. N., Gordon D. P., Lidgard S. 2009. Independent evolution of matrotrophy
in the major classes of Bryozoa: transitions among reproductive patterns and their
ecological background // MEPS .Vol. 378. P. 113–124.
Reed C. G. 1991. Bryozoa // Giese A. C., Pearse J. S., Pearse V. B. (eds.) Reproduction of
marine invertebrates. VI. Echinoderms and Lophophorates. Pacific Grove: The Boxwood
Press. P. 85–245.
Tompa A. S. 1984. Land snails (Stylommatophora) // Wilbur K. M., Tompa A. S.,
Verdonk N. H., Van Den Biggelaar J. A. M. (eds.). The Mollusca. Vol. 7. Reproduction.
Orlando, San Diego, San Francisco, N.Y., London, Toronto, Montreal, Sydney, Tokyo,
Sao Paulo: Academic Press. P. 47–140.
Woollacott R. M., Zimmer R. L. 1975. A simplified placenta like system for the transport
of extraembryonic nutrients during embryogenesis of Bugula neritina (Bryozoa) //
J. Morph. Vol. 147. P. 355–378.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
2 57
Гистологический анализ прогениторых
клеток целомического эпителия морской
звезды Asterias rubens L.
О. А. Петухова1, Н. С. Шарлаимова1, С. В. Шабельников1
1
Институт цитологии РАН, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
Иглокожие — древнейшие представители вторичноротых — характеризуются повышенной способностью к восстановлению утраченных частей тела
и являются излюбленным объектом для изучения механизмов регенерации
и биологии стволовых клеток (Короткова, 1997; Rinkevich and Matranga, 2009
и др.). Дополнительным преимуществом использования иглокожих в качестве объекта является их широкое распространение и отсутствие этических
запретов. Процесс регенерации предполагает существование в организме
стволовых клеток того или иного уровня, присутствующих в циркулирующих жидкостях или тканях в форме клеток-предшественниц, готовых принять участие в репарации или процессе регенерации. Главные вопросы,
которые надо решить — это характеристика клеток, факторов и генов, принимающих участие в этом процессе. Признаками стволовых клеток являются
способность к пролиферации и дифференцировке в разнообразные линии
клеток. Другие черты стволовых клеток: (1) малые размеры и высокое ядерноцитоплазматическое отношение; (2) незначительное количество в тканях и их
связь с микроокружением; (3) теломеразная активность; (4) асимметричное
деление клеток. Существует также набор молекулярных маркеров, характеризующих стволовые клетки (Rinkevich and Matranga, 2009).
Характерная особенность морской звезды Asterias rubens L., в отличие от
других представителей иглокожих, заключается в сравнительно медленных
темпах регенерации (Anderson, 1965; Синюшкина, 1975; Moss et al., 1998). Быстро восстанавливающейся тканью у A. rubens является аналог кроветворной
системы позвоночных — циркулирующие клетки целомической жидкости
(ЦЖ), восполняющиеся в течение 5–6 часов (Vanden Bossche and Jangoux, 1976;
Pinsino et al., 2007). Несмотря на многолетние исследования, точные механизмы этого процесса до сих пор не выяснены. Регенерация тканей у иглокожих
происходит за счет клеточных делений в зоне повреждения или миграции
дифференцированных или малодифференцированных клеток из клеточных
депо (Rinkevich, 2009). Поскольку пролиферативная активность целомоцитов
(ЦЦ) находится на низком уровне и не увеличивается на ранних сроках (до
7 суток) после травмирования (Moss et al., 1998; Hernroth et al., 2010; Шарлаимова и др., 2010), деление клеток ЦЖ, по-видимому, не является механизмом восполнения популяции. Вероятно, источником клеток ЦЖ являются
некие клеточные депо. В литературе приводятся данные, свидетельствующие
в пользу того, что одним из источников зрелых ЦЦ является целомический
эпителий (ЦЭ) (Vanden Bossche and Jangoux, 1976; Moss et al., 1998; Pinsino et al.,
2007). Участие малодифференцированных клеток в этом процессе и механизмы дифференцировки/трансдифференцировки не исследованы. Состав
258
О. А. Петухова, Н. С. Шарлаимова, С. В. Шабельников
популяции клеток ЦЭ анализировали только на гистологических срезах и
электронномикроскопических препаратах (Moss et al., 1998; Горшков и др.,
2009).
Для клеток ЦЖ A. rubens существуют различные классификации, в которых
авторы выделяют несколько типов, при доминировании типа, называемого
фагоцитами или лимфоцитами, причем изменения состава популяции ЦЦ
после травмирования не выявлено ни по одному типу клеток (Vanden Bossche
and Jangoux, 1976; Pinsino et al., 2007). Собственные исследования выявили изменения в составе популяции клеток через 12 ч после травмирования за счет
увеличения доли клеток с высоким ядерно-цитоплазматическим отношением
(отношение диаметра ядра к диаметру цитоплазмы). Только «тяжелое» поранение — максимальное истощение ЦЖ и последующая промывка полости
тела животного морской водой — приводило к этому результату (Козлова
и др., 2006). Именно клетки этого типа способны включать бромдезоксиуридин (БрдУ), аналог тимидина, что характеризует синтетическую активность
в ядрах, и окрашиваются антителами к H3-фосфогистону, являющегося
маркером митотических клеток. Пролиферативная активность этих клеток
сохранялась при культивировании в течение двух месяцев. Можно предположить, что помимо зрелых клеток ЦЭ этот тип клеток также принимает участие в восполнении пула ЦЦ. На характеристике этих клеток как в составе
ЦЖ так и в составе ЦЭ и их распределения в составе популяции клеток ЦЖ
и ЦЭ мы и сосредоточили наше исследование.
Морфологию малых клеток, включающих БрдУ, анализировали, окрашивая суспензии клеток ЦЖ и ЦЭ ядерным красителем DAPI и родаминфаллоидином для окрашивания фибриллярного актина, характерного для
цитоплазмы. Суспензию ЦЦ получали, спуская ЦЖ после отрезания кончика
луча, в раствор искусственной морской воды без Са2+ и Мg2+ (CMFSS), содержащий ЭДТА для предотвращения агрегации ЦЦ. Суспензии клеток ЦЭ получали в результате ферментативной обработки кусочков ЦЭ, отделенных
с внутренней аборальной части луча звезды. В ЦЭ два типа клеток включают
БрдУ: 1 — округлые (4 × 4 мкм), либо овальные клетки (4 × 6 мкм), характеризующиеся дискретно окрашенным ядром с мембранным прилежанием хроматина; цитоплазма не окрашивается родамин-фаллоидином. Окрашивание
мембраны липофильной краской DIL показывает присутствие тонкого слоя
цитоплазмы. Этот же тип клеток встречается и в ЦЖ; 2 — малые эпителиоциты 2 типа, округлые (2–3 мкм), характеризующиеся плотно окрашенным
ядром, у которых цитоплазма может окрашиваться родамин-фаллоидином,
встречались только в составе ЦЭ. Анализ с помощью контраста Номарского
демонстрирует рельефную поверхность эпителиоцитов 1 типа и гладкую поверхность эпителиоцитов 2 типа.
Показано, что не все малые клетки ЦЭ и ЦЖ включают БрдУ. В ЦЭ содержится 5–10% малых клеток 1 типа и 20% эпителиоцитов 2 типа, тогда как
БрдУ-положительные клетки составляют суммарно 0.1–0.2% клеток. Это говорит о том, что в составе ЦЭ существует готовый пул малых клеток. Была
обнаружена новая субпопуляция клеток ЦЭ, обогащенная этим типом клеток
(ЦЭ с). Процесс выделения суспензии клеток ЦЭ включает шаг промывки
кусочков ЦЭ раствором CMFSS, причем эта процедура сопровождалась выходом в промывные воды значительной доли клеток. Анализ состава после
Гистологический анализ прогениторых клеток…
2 59
окраски азур-эозином показал, что эта субпопуляция клеток ЦЭ обогащена
эпителиоцитами типа 1 (50%), эпителиоциты 2 типа составляют 20% субпопуляции. Включение БрдУ в этой субпопуляции составляло 0.1–0.2%, как
и в популяции клеток ЦЭ. Эти данные наводят на мысль о том, что в составе
ЦЭ существует субпопуляция клеток, слабо связанных с ЦЭ и потенциально способных выходить из состава ЦЭ. Однако сама процедура выделения,
связанная с травмированием ЦЭ, предполагает, что выход клеток связан
просто с травмированием ЦЭ. Чтобы уменьшить вклад травмы мы проследили выход клеток из состава ЦЭ в условно-интактных условиях, наливая
раствор на вырезанную аборальную часть луча без отделения ЦЭ. Поскольку
CMFSS представляет собой морскую воду без Са2+ и Мg2+, это также могло
свидетельствовать об артефактном характере данного явления. Поэтому мы
проверили возможность выхода клеток из состава ЦЭ в морскую воду и ЦЖ
(после удаления ЦЦ центрифугированием). Грубая оценка количества клеток (абсолютное количество на одну звезду) в разных субпопуляциях ЦЭ и Ж
показывает, что клетки могут выходить из ЦЭ в значительном количестве
(6 млн клеток при исходном суммарном количестве клеток в ЦЖ 11 млн).
Причем выход клеток происходил во все предложенные жидкости, максимальное количество в CMFSS и примерно одинаковое количество в морскую
воду и ЦЖ (табл. 1). Анализ состава после окраски азур-эозином показал,
что в условно-интактных ситуациях малые эпителиоциты 1 типа составляют
около 60% среди клеток, выходящих в CMFSS и в морскую воду и около 40%
клеток, выходящих в ЦЖ.
Анализ локализации малых эпителиоцитов 1 типа проводили в составе
случайно выбранных кусочков интактного ЦЭ. Полутонкие срезы ЦЭ после окрашивания 1%-ным раствором метиленового синего демонстрируют
несколько позиций, в которых локализованы эти клетки: (1) как единичные
клетки в слое соединительной ткани; (2) в участках целомического эпителия,
свободных от ресничных клеток; (3) как скопления клеток в свободных от
ресничного эпителия участках. Окрашивание кусочков эпителия антителами
к тубулину и DAPI подтверждают, что малые эпителиоциты 1 типа локализуются в участках ЦЭ, обедненных ресничками.
Полученные данные говорят о том, что малые клетки ЦЭ, характеризующиеся высоким ядерно-цитоплазматическим отношением и способностью
к пролиферации и миграции из состава ЦЭ в ЦЖ, составляют значительную
часть популяции клеток ЦЭ и могут являться тем пулом запасенных недифференцированных клеток, которые служат источником для восполнения
Таблица 1. Абсолютное количество клеток в популяциях ЦЦ, ЦЭ и ЦЭс и доля малых эпителиоцитов 1 типа
ЦЭ с, интактный луч
Суммарное
кол-во (млн)
% малых
клеток
Абс. кол-во
малых клеток
(млн)
ЦЦ
ЦЭ (коллагеназа)
ЦЭ с
CMFSS
SW
ЦЖ к
ЦЖ
5ч
11
60
12
6
2.5
2.5
2.5
2
5
50
65
60
30
40
0.22
3
6
3.9
1.5
0.8
1
260
О. А. Петухова, Н. С. Шарлаимова, С. В. Шабельников
популяции клеток ЦЖ, а ЦЭ является депо не только для дифференцированных клеток, но и малодифференцированных клеток.
Авторы выражают искреннюю благодарность ББС ЗИН РАН за предоставление условий для работы и неоценимую помощь сотрудников станции.
Работа поддержана грантом РФФИ 10-04-00174 и грантом МКБ.
Литература
Горшков А. Н., Блинова М. И., Пинаев Г. П. 2009. Ультраструктура целомического эпителия и целомоцитов морской звезды Asterias rubens L. в норме и после нанесения
раны // Цитология. Т. 51. № 8. С. 650–662.
Козлова А. Б., Петухова О. А., Пинаев Г. П. 2006. Анализ клеточных элементов целомической жидкости на ранних сроках регенерации морской звезды Asterias rubens
L. // Цитология. Т. 48. № 3. С. 175–183.
Короткова Г. П. 1997. Регенерация животных. СПб: Изд-во СпбГУ. 480 с.
Синюшкина Л. С. 1975. Регенерация пилорических выростов у морской звезды Asterias
rubens L. (Echinodermata: Asteroidea) // Вопросы сравн. и эксперим. морфол. морских организмов. Апатиты. С. 95–98.
Шарлаимова Н. С., Пинаев Г. П., Петухова О. А. 2010. Сравнительный анализ поведения и пролиферативной активности в культуре клеток целомической жидкости
и клеток различных тканей морской звезды Asterias rubens L., полученных из нормальных и травмированных животных // Цитология. Т. 52. № 4. С. 317–325.
Anderson J. M. 1965. Studies on visceral regeneration in seastars. II. Regeneration of pyloric
caeca in Asteriida with notes on the source of cells in regenerating organs // Biol. Bull.
Vol. 122. P. 11–23.
Moss C., Hunter A. J., Thorndyke M. C. 1998. Patterns of bromodeoxyuridine incorporation
and neuropeptide immunoreacticity during arm regeneration in the starfish Asterias rubens // Phil. Trans. R. Soc. Lond. B. Vol. 353. P. 421–436.
Pinsino A., Thorndyke M. C., Matranga V. 2007. Coelomocytes and post-traumatic response
in the common sea star Asterias rubens // Cell Stress Chaperones. Vol. 12. P. 331–341.
Rinkevich B., Matranga V. (eds.). 2009. Stem cells in marine organisms. London: SpringerLink.
367 p.
Vanden Bossche J. P., Jangoux M. 1976. Epithelial origin of starfish coelomocytes // Nature.
Vol. 261. P. 227–228.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
261
Особенности строения ЦНС стрекоз семейства
Aeschnidae на примере Aeschna grandis
С. И. Плотникова1, В. Л. Свидерский1
1
Институт Эволюционной Физиологии и Биохимии им. И. М. Сеченова, Санкт-Петербург,
Россия; e-mail: [email protected]
Стрекозы Aeschna grandis являются хищными насекомыми, целыми днями
находящимися в воздухе и ловящими свою добычу (более мелких насекомых)
на лету. Обладая скоростным, высоко маневренным полетом, эти древнейшие насекомые смогли сохранить свой летательный аппарат без существенных изменений до наших дней.
В докладе на основании сравнительно-гистологического исследования
центральной нервной системы саранчи, клопа вредной черепашки и стрекозы обсуждаются структурные особенности, позволяющие стрекозам осуществлять быструю обработку и передачу сигналов и соответственно совершать
быстрые двигательные движения в полете. Огромные глаза и оптические центры с многослойными экранами дают возможность стрекозам различать даже
самых мелких насекомых. При этом волокна, идущие от зрительной системы
оканчиваются почти во всех структурах протоцеребрума. Надглоточный ганглий пронизывают оптические комиссуры, являющиеся сложными нейропилями. При этом отсутствие калексов грибовидных тел позволяет стрекозам
максимально быстро обрабатывать зрительные сигналы и посылать соответствующие импульсы в брюшную нервную цепочку. Этому способствует и наличие у стрекоз прямых нисходящих путей, в которых уменьшено количество
звеньев и синапсических задержек, идущих в туловищный мозг от основных
структур протоцеребрума, а именно от оптических лопастей, центрального
комплекса и грибовидных тел.
В докладе рассматриваются и другие особенности центральной нервной
системы стрекоз, позволяющие этим насекомым осуществлять быстрые маневренные движения в полете. Материал иллюстрирует эволюционный
принцип системности в развитии нервных структур.
262
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
К вопросу о наличии ядер в наружном слое
тегумента спороцист буцефалидных трематод
и их возможном происхождении
И. М. Подвязная1, К. В. Галактионов1
1
Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург, Россия;
e-mail: [email protected] (И. М. Подвязная), [email protected] (К. В. Галактионов)
У трематод, как и у других паразитических плоских червей, составляющих
группу Neodermata, покровы представлены особым типом синцитиального
эпителия, получившим названия «тегумент» или «неодермис». Согласно
классическим представлениям, тегумент всегда образован наружным безъядерным цитоплазматическим слоем и цитонами (тегументальными клетками), расположенными под базальной пластинкой и подкожными мышцами.
Каждый из цитонов соединяется множественными цитоплазматическими
мостиками с наружным слоем тегумента (см. обзоры: Tyler and Tyler, 1997;
Galaktionov and Dobrovolskij, 2003). Также известно, что тегумент формируется в ходе развития и метаморфоза ресничных личинок Neodermata и в конечном итоге заменяет собой их ресничный эпителий. В процессе этого развития наружный слой тегумента образуется в результате разрастания вширь
и слияния цитоплазматических отростков цитонов над базальной пластинкой, подстилающей покровы (Tyler and Tyler, 1997). Необходимо отметить,
что в литературе, посвященной тонкому строению и морфогенезу покровов
у различных поколений трематод, содержится немало сведений, не укладывающихся в рамки вышеперечисленных общепринятых представлений об
организации и развитии тегумента паразитических плоских червей. Такого
рода данные были получены и нами в ходе исследования разветвленных спороцист Prosorhynchoides borealis (Trematoda, Bucephalidae) — паразитов морских
двустворчатых моллюсков Abra prismatica.
Просвечивающая электронная микроскопия достоверно показала, что наружный слой тегумента зрелых спороцист Prosorhynchoides borealis содержит
многочисленные ядра. Строение этих ядер в значительной степени варьирует: они могут различаться формой и размерами, электронной плотностью
нуклеоплазмы, величиной ядрышек и количеством конденсированного хроматина. Распределение ядер в покровах неоднородно. В тонком наружном
синцитии, покрывающем выводковые камеры, ядра встречаются редко, и, как
правило, имеют уплощенную форму. В узких участках трубочек и, особенно,
в терминальных участках спороцисты ядра более многочисленны и нередко
расположены в эпителиальных выростах. В верхушках ветвей такие выросты
могут быть довольно крупными и содержать по нескольку ядер. В остальном строение тегумента у P. borealis вполне типично для спороцист трематод.
Апикальная поверхность наружного слоя тегумента несет короткие ламеллярные выросты, а его базальная плазматическая мембрана образует многочисленные пальцевидные впячивания. Цитоплазма тегумента содержит митохондрии, комплексы Гольджи, круглые электронно-плотные секреторные
К вопросу о наличии ядер…
26 3
гранулы, многочисленные остаточные тельца, и довольно редкие липидные
включения. Цитоны тегумента представлены одним типом секреторно активных клеток. Эти клетки продуцируют электронно-плотные секреторные
гранулы, поступающие по цитоплазматическим мостикам в наружную часть
синцития. В концевых участках спороцисты, наряду с цитоплазматическими
мостиками, наблюдались довольно глубокие и обширные врастания цитоплазмы молодых цитонов в наружный слой тегумента.
Сообщения о наличии ядер в покровах спороцист трематод появлялись
в литературе и ранее. Впервые «ядросодержащий тегумент» был описан
Джеймсом с соавторами (James et al., 1966) у зрелых спороцист другого вида буцефалид — Bucephalus minimus. Согласно этим данным, многочисленные ядра
сконцентрированы в среднем слое довольно толстого покровного синцития
B. minimus, на значительном удалении от его базальной плазматической мембраны. Впоследствии, Попиел и Джеймс (Popiel, 1978; Popiel and James,1978a, b)
описали у дочерних спороцист представителей сем. Microphallidae двухслойное строение тегумента, причем наружный слой имел эпителиальное клеточное строение и содержал ядра. Представления о двухслойном тегументе были
распространены Попиел и Джеймсом на всех дочерних спороцист, не обладающих родильной порой, к которым были причислены и буцефалидные
партениты (Popiel, 1978; Popiel and James, 1978b). Более поздние детальные
ультраструктурные исследования покровов спороцист и зоны их контакта
с хозяином, выполненные, в том числе на тех же видах Microphallus, которые
исследовали Попиел и Джеймс (Popiel and James, 1978a, b), показали, что за
наружный ядросодержащий клеточный слой тегумента эти авторы ошибочно принимали слой гемоцитов моллюска-хозяина, окружающий дочерние спороцисты (Køie, 1987; Галактионов, 1993; Galaktionov and Dobrovolskij,
2003). В литературе этот эпителиоподобный слой клеток хозяинного происхождения получил название «мантии». Полученные нами данные о строении тегумента Prosorhynchoides borealis, вместе с тем, свидетельствуют о том,
что ядросодержащие участки наружного синцития буцефалидных спороцист и «наружный ядросодержащий эпителиальный слой» («outer nucleated
epithelial region») тегумента микрофаллидных спороцист не являются идентичными структурами, как считали Попиел и Джеймс (Popiel, 1978; Popiel
and James, 1978b). Последний, в действительности, образован тканью хозяина,
в то время как первые являются неотъемлемой частью покровов паразита.
Джеймс с соавторами (James et al., 1966) объясняли присутствие ядер в наружном слое тегумента буцефалидных спороцист сохранением у них эмбрионального состояния покровов. В настоящее время известно, что у дочерних
партеногенетических поколений и у церкарий наружный слой тегумента
формируется независимо от цитонов и на ранних стадиях своего развития содержит ядра. В результате подробных электронно-микроскопических исследований, в том числе выполненных нами на представителях микрофаллид,
гимнофаллид и буцефалид (Galaktionov and Dobrovolskij, 2003; Podvyaznaya
and Galaktionov, 2008), было показано, что зачаток наружного слоя тегумента
первоначально выявляется как слой отдельных эмбриональных клеток уплощенной формы, расположенных под первичным эпителием (иногда именуемым «зародышевой мембраной») зародышевых шаров. Затем эти клетки сливаются друг с другом и образуют ядросодержащий синцитий. Последний
264
И. М. Подвязная, К. В. Галактионов
в ходе дальнейшего развития утрачивает ядра и становится цитоплазматической пластинкой тегумента, которая соединяется посредством цитоплазматических мостиков с цитонами, дифференцирующимися в субтегументальной
паренхиме. В отличие от дочерних партенид и церкарий, у материнских спороцист наружный слой тегумента формируется путем разрастания гиподермальных гребней над базальной пластинкой и на ранних стадиях своего развития ядер не содержит (см. обзор: Galaktionov and Dobrovolskij, 2003). Таким
образом, предположение Джеймса с соавторами (James et al., 1966) подразумевает однозначное признание того, что разветвленные спороцисты буцефалид
являются дочерним поколением, появляющимся в результате размножения
материнских спороцист. За более чем вековую историю довольно интенсивных исследований жизненного цикла буцефалидных трематод, у них было
обнаружено лишь одно партеногенетическое поколение, представленное
разветвленными спороцистами. На сегодняшний день большинство исследователей обоснованно склоняются к мнению, что эти спороцисты развиваются
непосредственно из мирацидиев и являются, соответственно, материнскими
партенитами. В этой связи возникает вопрос, является ли трактовка происхождения ядер в наружном синцитии буцефалидных спороцист, предложенная Джеймсом с соавторами (James et al., 1966), единственно возможной.
Наша альтернативная гипотеза была подсказана результатами наблюдений
Корневой и Поддубной (1999) за развитием покровов у личинок цестод. Эти
авторы проследили и документально продемонстрировали такое явление
как миграцию ядер цитонов в наружный слой тегумента у развивающихся
процеркоидов Triaenophorus nodulosus. Вполне возможно, что похожие события
имеют место в процессе роста и развития и у некоторых других Neodermata,
в том числе, у спороцист Prosorhynchoides borealis и Bucephalus minimus. Согласно нашим наблюдениям, рост покровов в терминальных участках спороцист
P. borealis происходит при активном участии молодых цитонов. Можно предположить, что ядра некоторых цитонов перемещаются вслед за цитоплазмой
в растущий покровный эпителий. Предполагаемые нами события отдаленно
напоминают миграцию дифференцирующихся эпителиальных клеток из паренхимы в наружный эпителий, которая сопровождает развитие и регенерацию покровов у многих турбеллярий — свободноживущих предков паразитических плоских червей (Tyler and Tyler, 1997).
Работа поддержана РФФИ (проекты 09-04-01309 и 10-04-00430).
Литература
Галактионов К. В. 1993. Жизненные циклы трематод как компоненты экосистем. Апатиты: Изд-во Карельского научного центра РАН. 190 с.
Корнева Ж. В., Поддубная Л. Г. 1999. Адаптивное значение смены покровов у процеркоидов кариофиллидных и псевдофиллидных цестод // Паразитология. Т. 33.
С. 97–103.
Galaktionov K. V., Dobrovolskij A. A. 2003. The biology and evolution of trematodes.
Dordrecht: Kluwer. 592 p.
James B L., Bowers E. A., Richards J. G. 1966. The ultrastructure of the daughter sporocyst
of Cercaria bucephalopsis haimeana Lacaze-Duthiers, 1854 from the edible cockle, Cardium
edule L. // Parasitology. Vol. 56. P. 753–762.
К вопросу о наличии ядер…
26 5
Køie M. 1987. Ultrastructural study of the host‑parasite relationship, including encapsulation,
of Buccinum undatum (Gastropoda, Prosobranchia) infected with daughter sporocysts of
Zoogonoides viviparus (Trematoda, Zoogonidae) // Dis. Aquat. Organ. Vol. 2. P. 117–125.
Podvyaznaya I. M., Galaktionov K. V. 2008. An ultrastructural study of the early cercarial
development in Prosorhynchoides borealis (Digenea: Bucephalidae) with special reference
to formation of the primitive epithelium // J. Helminthol. Vol. 82. P. 101–108.
Popiel I. 1978. The ultrastructure of the daughter sporocyst of Cercaria littorinae saxatilis V
Popiel, 1976 (Digenea: Microphallidae) // Z. Parasitenkd. Vol. 56. P. 167–173.
Popiel I., James B. L. 1978a. Variations in the ultrastructure of the daughter sporocyst of
Microphallus pygmaeus (Levinsen, 1881) (Digenea: Microphallidae) in chemically defined
media // Parasitology. Vol. 76. P. 349–358.
Popiel I., James B. L. 1978b. The ultrastructure of the tegument of the daughter sporocyst
of Microphallus similis (Jäg., 1900) (Digenea: Microphallidae) // Parasitology. Vol. 76.
P. 359–367.
Tyler S., Tyler M. S. 1997. Origin of the epidermis in parasitic platyhelminths // Int.
J. Parasitol. Vol. 27. P. 715–738.
266
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Альтернативный взгляд на филогенез
паразитических плоских червей (Neodermata)
на основе ультраструктурных характеристик
их протонефридиев и признания парафилии
Monogenea
Л. Г. Поддубная1
1
Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН, Борок, Россия;
e-mail: [email protected]
Монофилия неодерматной группы Platyhelminthes была поддержана как
молекулярными исследованиями, так и кладистическими анализами ряда
ультраструктурных признаков, включая признаки протонефридиальной системы (Ehlers, 1985; Brooks and McLennan, 1993; Rohde, 1990, 2001; Littlewood
and Olson, 2001; Lockyer et al., 2003). Взгляд на монофилию паразитических
плоских червей не получил всеобщего признания; невозможность нахождения ни одной убедительной синапоморфии, которая была бы представлена
во всех группах Platyhelminthes, подчеркивали Иванов (1991) и Мамкаев
(1991). Перкинс с соавторами (Perkins et al., 2010) по результатам молекулярного анализа, выполненного на митохондриальном геноме большой группы
моногеней, констатируют: (1) отсутствие монофилии в классе Monogenea;
(2) парафилию подкласса Monopisthocotylea; (3) наличие полиопистокотилидно-подобного прародителя для Digenea и Cestoda, которые независимо
друг от друга эволюционизировали в их пищевой специализации и местообитании. Также анализ азотистых оснований 28S ДНК у представителей двух
подклассов моногеней (Mollaret et al., 1997) не поддерживает вывод о монофилии моногеней, и прародителем современных Digenea и Cestoda предполагаются полиопистокотилидные моногенеи. Вывод о парафилии группы
Monogenea сделан Жюстином (Justine, 1991) на основе кладограмм, построенных на основе анализа признаков спермиогенеза и строения сперматозоидов
с установлением независимых синапоморфий для Polyopisthocotylea и Monopisthocotylea. Отсутствие общих признаков у двух вышеуказанных групп
Monogenea отмечали Езе и Комбс (Euzet and Combes, 2003), признавая парафилию моногеней. к настоящему времени большинство исследователей признают, что эктопаразитические Monogenea занимают ключевую позицию для
решения вопросов происхождения эндопаразитических червей и выяснения
их филогенетических взаимоотношений, и что эндопаразитизм был вторичным явлением у трематод и цестод. Проанализированы филогенетические
взаимоотношения плоских червей с использованием в качестве маркера строения их протонефридиального терминального органа и ассоциированных
с ним протонефридиальных протоков с привлечением литературного материала и с учетом собственных ультраструктурных данных, полученных для:
аспидогастрид Aspidogaster limacoides Diesing, 1835; дигеней Azygia lucii Müller,
1776 и Phyllodistomum angulatum Linstow, 1907; моногеней Ancyrocephalus paradoxus Сreplin, 1839; гирокотилидей Gyrocotyle urna Grube and Wagener, 1852;
Альтернативный взгляд на филогенез…
267
амфилинидей Amphilina foliacea Rudolphi, 1819; базальных отрядов ленточных
червей Khawia armeniaca Cholodkovski, 1915; Diplocotyle olrikii Krabbe, 1874;
Eubothrium rugosum Batch, 1786; Echinophallus wageneri Monticelli, 1820 и Diphyllobothrium latum Linnaeus, 1758. Суммируя полученные в результате анализа
данные по строению терминального органа моногеней, можно выделить следующие его вариации: (а) терминальный орган с продольной септированной
десмосомой между двумя цитоплазматическими цилиндрами, окружающими ресничное пламя с одной из его сторон и соединенными единым септированным контактом, идущим от смежной капиллярной клетки (см. Rohde
2001); (б) отсутствие продольной септированной десмосомы, наличие одного
цитоплазматического цилиндра (Rohde et al., 1989, 1992, настоящее исследование); (в) терминальный орган формирует только одна клетка (терминальная), наличие одного ряда продольных палочек (Rohde, 1982). Таким образом,
несмотря на незначительное число исследованных видов моногеней (10 видов), по сравнению с приблизительно 10000 видами в классе Monogenea можно отметить достаточно значительные морфологические вариации в строении их терминального органа. По мнению Ю. В. Мамкаева (1991), базовая
группа характеризуется широким спектром формообразования, касающегося фундаментальных систем многоклеточного организма. Исследование терминального органа аспидогастрид (A. limacoides) и дигеней (P. angulatum и A.
lucii) подтверждают литературные данные о морфологическом сходстве их
терминального органа и поддерживают мнение о тесной связи Aspidogastrea
и Digenea (Rohde, 1990, 2001; Lockyer et al., 2003; Zamparo and Brooks, 2003).
Однако результаты настоящего исследования взрослых видов трематод свидетельствуют об отсутствии так называемых «двух цитоплазматических цилиндров», соединенных продольной септированной деcмосомой, простирающейся вдоль стенки капилляров и одной из сторон цитоплазматического
слоя, обрамляющего ресничное пламя, что, по Rohde (2001), является характерной чертой терминального органа всех Trematoda и Monogenea. По нашему мнению, можно говорить о наличии множественных контактных зон
(две разновидности септированных контактов) между мембранами терминальной и капиллярной клетoк. Цитоплазматический цилиндр, окружающий пучок ресничек, представлен продолжением эпителиальной стенки
капилляра и цитоморфологически сходен с ней. Для протонефридиальных
канальцев и более крупных каналов трематод и моногеней характерно клеточное строение их эпителиальных стенок с присутствием многочисленных
септированных контактов; аналогичный септированный контакт пересекает
цитоплазматический цилиндр в области окончания ресничного пламени.
Выявлены новые ультраструктурные детали в строении протонефридиев гирокотилидных червей. По сравнению с более ранним изучением постларв
Gyrocotyle urna (Xylander, 1992) выполненное исследование взрослых стадий
развития данных червей показало: (а) наличие септированных контактов
в эпителиальной стенке всех протонефридиальных каналов и (б) контактных
зон в местах сближения мембран терминальной и капиллярной клеток в области внутренних и наружных палочек фильтрационного аппарата. Подобное строение терминального органа и протонефридиальных каналов выявлено также у ряда исследованных видов моногеней (Rohde et al., 1989, 1992,
настоящее исследование). Впервые дано ультраструктурное описание
268
Л. Г. Поддубная
гигантских терминальных клеток Amphilina foliacea, присутствие которых
у амфилинид отмечено М. Н. Дубининой (1982) и в цитоплазме которых не
одно ресничное пламя, а несколько (от 10 до 30). Как указывает М. Н. Дубинина, подобные протонефридии встречаются еще только у Acanthocephala
из семейства Oligacanthorhynchidae. Нами показано, что каждое ресничное
пламя включает 2–3 реснички, каждая из которых снабжена оригинальным
удлиненным базальным тельцем с грушевидно-расширенными электронноплотными краями, переходящими в два тонких, коротких, лишенных поперечной исчерченности, корешка. В исследовании терминального органа постларв A. foliacea (Xylander, 1992) дано описание трех ресничных пламен,
которые соединяются с одной капиллярной клеткой. Не обнаружено контактных зон между мембранами терминальной и капиллярной клеток. Итак,
по типу строения протонефридиальных каналов можно выделить несколько
групп среди Neodermata: (1) септированные контакты в эпителиальных стенках (Monogenea, Aspidogastrea, Digenea и Gyrocotylidea); (2) синцитиальная
структура (Amphilinidea и базальные Eucestoda); (3) присутствие латеральных
пучков ресничек вдоль протонефридиальных каналов (Aspidogastrea и Gyrocotylidea, часть Monogenea и часть Digenea). По типу строения терминального
органа Neodermata подразделяются на три группы: (1) контактные зоны в местах сближения мембран терминальной и капиллярной клеток вдоль цитоплазматического цилиндра и в области внутренних и наружных палочек
фильтрационного аппарата (часть Monogenea, Aspidogastrea и Digenea);
(2) контактные зоны в местах сближения мембран терминальной и капиллярной клеток только в области внутренних и наружных палочек фильтрационного аппарата (часть Monogenea и Gyrocotylidea); (3) синцитиальная структура строения терминального органа (Amphilinidea и базальные Eucestoda).
Следует также упомянуть об анатомическом строении выделительной системы неодермат. Протонефридиальная система моногеней и гирокотилид имеет два наружных отверстия в передней части тела червей, а у амфилинид
и цестод отверстие одно, локализованное на заднем конце. В то же время,
личиночные формы всех групп паразитических червей имеют два протонефридиальных отверстия. Итак, анализ взаимоотношения паразитических червей с использованием ультраструктурных признаков протонефридиального
терминального органа и протоков поддерживает вывод о базовой группе неодермат, классе Monogenea, и о возможном независимом становлении от
моногенейных прародителей Digenea и Eucestoda. Промежуточным звеном
между моногенейным прародителем для Digenea были Aspidogastrea, а для
Eucestoda — Gyrocotylidea. Амфилинидная линия неодермат в своем становлении от эктопаразитических моногенейных предков, вероятно, имела собственный эволюционный путь развития, независимо от линии
Gyrocotylidea + Eucestoda.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект
№ 09-04-00342).
Альтернативный взгляд на филогенез…
269
Литература
Дубинина М. Н. 1982. Паразитические черви класса Amphilinida (Plathelminthes) //
Тр. Зоол. ин-та. Т. 100. Л.: Наука. 143 с.
Иванов А. В. 1991. О современной систематике Plathelminthes // Зоол. журн. Т. 70.
С. 5–19.
Мамкаев Ю. В. 1991. О морфологических основах системы плоских червей // Тр. Зоол.
ин-та АН СССР. Т. 241. С. 3–25.
Brooks D. R., McLennan D. A. 1993. Macroevolutionary patterns of morphological
diversification among parasitic flatworms (Platyhelminthes: Cercomeria) // Evolution.
Vol. 47. P. 495–509.
Ehlers U. 1985. Phylogenetic relationships within the Platyhelminthes // Conway-Morris S.,
George J. D., Gibson R., Platt H. M. (eds.). The origins and relationships of lower
Invertebrates. Oxford: Oxford University Press. P. 143–158.
Euzet L., Combes C. 2003. Some controversial questions regarding Monogenea // Combes C.,
Jourdane J., Ducreux-Modat A., Pages J. R. (eds.). Taxonomy, Ecology and Evolution of
Metazoan Parasites. T. I. Perpignan: University of Perpignan Press. P. 303–320.
Justine J. L. 1991. Phylogeny of parasitic Platyhelminthes: a critical study of synapomorphies
proposed on the basis of the ultrastructure of spermiogenesis and spermatozoa // Can.
J. Zool. Vol. 69. P. 1421–1440.
Littlewood D. T. J., Olson P. D. 2001. Small subunit rDNA and the Platyhelminthes: signal,
noise, conflict and compromise // Littlewood D. T. J., Bray R. A. (eds). Interrelationships
of the Platyhelminthes. London: Taylor & Francis. P. 262–278.
Lockyer A. E., Olson P. D., Littlewood D. T. J. 2003. Utility of complete large and small
subunit rRNA genes in resolving the phylogeny of the Neodermata (Platyhelminthes):
implications and a review of the cercomer theory // Biol. J. Linn. Soc. Vol. 78. P. 155–171.
Mollaret I., Jamieson B. G. M., Adlard R. D., Hugall A., Leointre G., Chombard C., Justine J. L.
1997. Phylogenetic analysis of the Monogenea and their relationships with Digenea
and Eucestoda inferred from 28S rDNA sequences // Mol. Biochem. Parasitol. Vol. 90.
P. 433–438.
Perkins E. M., Donnellan S. C., Bertozzi T., Whittington I. D. 2010. Closing the mitochondrial
cicle on paraphyly of the Monogenea (Platyhelminthes) infers evolution in the diet of
parasitic flatworms // Int. J. Parasitol. Vol. 40. P. 1237–1245.
Rohde K. 1982. The flame cells of a monogenean and an aspidogastrean, not composed of
two interdigitating cells // Zool. Anz. Bd. 209. P. 311–314.
Rohde K. 1990. Phylogeny of Platyhelminthes, with special refernce to parasitic groups //
Int. J. Parasitol. Vol. 20. P. 979–1007.
Rohde К. 2001. Protonephridia as phylogenetic characters // Littlewood D. T. J., Bray R. A.
(eds.). Interrelationships of the Platyhelminthes. London: Taylor & Francis. P. 203–216.
Rhode K., Watson N., Roubal F. 1989. Ultrastructure of flame bulbs, sense receptors,
tegument and sperm of Udonella (Platyhelminthes) and the phylogenetic position of the
genus // Zool. Anz. Bd. 222. P. 143–157.
Rohde K., Watson N. A., Roubal F. R. 1992. Ultrastructure of the protonephridial system of
Anoplodiscus cirrusspiralis (Monogenea Monopisthocotylea) // Int. J. Parasitol. Vol. 22.
P. 442–457.
Xylander W. E. R. 1992. Investigations on the protonephridial system of post-larval Gyrocotyle urna and Amphilina foliacea (Cestoda) // Int. J. Parasitol. Vol. 22. P. 287–300.
Zamparo D., Brooks D. R. 2003. Phylogenetic systematic assessment of the Aspidobothrea
(Platyhelminthes, Neodermata, Trematoda) // Zool. Scr. Vol. 32. P. 83–93.
270
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Морфологическая дифференциация цестод
Rhinebothriidea gen. Spp. (Plathelminthes: Cestoda) — паразитов Dasyatis pastinaca (L., 1758) (Pisces:
Dasyatidae) в Черном море
Т. А. Полякова1
1
Институт биологии южных морей им. А. О. Ковалевского Национальной академии наук
Украины, Севастополь, Украина; e-mail: [email protected]
Систематика тетрафиллидных цестод в последние годы привлекает большое внимание цестодологов. Наметилась тенденция к разукрупнению отрядов, семейств и родов с выделением новых или восстановлением валидности
«старых» таксонов (Ruhnke, 1994, 1996). Так, результаты молекулярного исследования риноботриидных цестод подтвердили предыдущие гипотезы об их
самостоятельности и независимости от Tetraphyllidea Carus, 1863 и доказали
монофилитичность отряда Rhinebothriidea Healy, Caira, Jensen, Webster, Littlewood, 2009 (Healy et al., 2009). В восстановленный таксон в новой комбинации
включены 8 родов, ранее бывших в отряде Tetraphyllidea: Rhabdotobothrium,
Rhinebothrium, Rhinebothroides, Scalithrium, Spongiobothrium, Anthocephalum, Echeneibothrium и Rhodobothrium. В связи с ревизией этих отрядов появилась необходимость уточнения таксономического статуса большинства видов цестод
рыб Черного моря.
В сборах цестод от Dasyatis pastinaca из Черного моря нами идентифицированы два вида, которые по большинству морфологических признаков
соответствуют описаниям Phyllobothrium lactuca van Beneden, 1850 sensu Pogorelceva, 1960 и P. gracilis Wedl, 1855 sensu Pogorelceva, 1960 от D. pastinaca из
Черного моря (Погорельцева, 1960). Однако сравнение морфологии этих цестод с уточненным описанием типового вида рода P. lactuca от акулы Mustelus
mustelus (L., 1758) из Северного моря (Ruhnke, 1996) выявило существенные
различия. Среди филлоботриид единственный близкий к найденным цестодам вид — P. pastinacae Mokhtar-Mocamouri, Zamali, 1981 от D. pastinaca из Средиземного моря (Mokhtar-Maamouri and Zamali, 1981), но положение полового атриума и отсутствие постпоральной группы семенников у этого вида не
соответствуют современному диагнозу рода Phyllobothrium van Beneden, 1849
(Ruhnke, 1996). Эти несоответствия позволяют предположить, что P. pastinacae, как и виды цестод от черноморского ската, не являются представителями филлоботриид. При этом черноморские виды отличаются от P. pastinacae размером стробилы, отсутствием на сколексе дополнительных присосок,
количеством проглоттид и количеством семенников. С другой стороны, по
комплексу морфологических признаков все эти виды относятся к отряду
Rhinebothriidea, при этом по расположению полового атриума на краю проглоттиды и топографии семенников они наиболее близки к роду Anthocephalum Linton, 1890 (Ruhnke, 1994). Однако сравнение видов от черноморского
ската с описанием Anthocephalum gracile (Wedl, 1855) Ruhnke, 1994 (syn. P. gracile
Wedl, 1855) выявило существенные различия в строении сколекса, а именно,
Морфологическая дифференциация цестод…
271
отсутствие дополнительных присосок на ботридиях и наличие длинного
головного стебелька, что отличает их не только от этого вида, но и от всего рода Anthocephalum. Дальнейший анализ показал, что морфология этих
видов не соответствует полностью диагнозу ни одного рода, известного на
сегодня в отряде Rhinebothriidea. Таким образом, цестоды, паразитирующие
в кишечнике черноморского ската D. pastinaca, отнесены нами к двум видам,
очевидно, нового риноботриидного рода.
Выбор диагностических признаков для видовой идентификации близкородственных видов паразитов — один из главных вопросов систематики. Для
решения вопроса, какие различия и по каким признакам следует считать достаточными для идентификации вида необходимо иметь данные об их вариабельности. Настоящая работа посвящена анализу внутривидовой изменчивости морфологических признаков Rhinebothriidea gen. spp. от D. pastinaca
из Черного моря и выделению наиболее значимых для их видовой дифференцировки признаков. Проанализировано 46 количественных признаков (44
пластических и 2 дискретных) с помощью ANOVA, теста Стьюдента для независимых переменных, корреляционного анализа Пирсона и анализа главных
компонент (РСА) (StatSoft Inc., 2001).
Из 46 признаков Rhinebothriidea gen. sp. 1 достоверно отличается от
Rhinebothriidea gen. sp. 2 по 30 признакам, описывающим размеры стробилы,
сколекса, ботридий, головного стебелька, количество проглоттид, расположение на краю проглоттиды и строение полового атриума, количество семенников, длину цирруса и форму его бурсы, размеры спинитрихий цирруса, размеры яичника и желточных полей. Исходя из коэффициента вариабельности
(CV), достоверности различий (T-test) и корреляций (r) между признаками
Таблица 1. Наиболее значимые признаки для дифференциации видов Rhinebothriidea gen. от
Dasyatis pastinaca из Черного моря
Длина
Ширина
Длина
Ширина
Длина
Ширина
Длина
Диаметр
Rhinebothriidea gen.
sp. 1
122 ± 10*
1 ± 0.06
0.7 ± 0.07
0.6 ± 0.003
0.34 ± 0.02
1.2 ± 0.05
0.8 ± 0.01
0.05 ± 0.01
Rhinebothriidea gen.
sp. 2
182 ± 10
0.7 ± 0.03
8.12 ± 0.4
0.4 ± 0.02
0.5 ± 0.03
0.9 ± 0.05
0.4 ± 0.02
0.026 ± 0.01
Бурса цирруса
Длина
0.22 ± 0.01
0.14 ± 0.01
Спинитрихии цирруса
Длина
Диаметр
0.008 ± 0.002
0.0043 ± 0.0001
0.016 ± 0.0001
0.0028 ± 0.0001
Семенники
Диаметр
0.1 ± 0.004
0.04 ± 0.01
88 ± 2.8
127 ± 1.8
Признаки
Стробила
Головной стебелек
Зрелые проглоттиды
Циррус
Количество семенников
Яичник
Ширина
0.7 ± 0.04
0.5 ± 0.02
Тельце Мелиса
Ширина
0.11 ± 0.005
0.03 ± 0.002
Желточные поля
Ширина
0.25 ± 0.02
0.16 ± 0.01
Оотип
Диаметр
0.1 ± 0.003
0.08 ± 0.003
1029 ± 72
1427 ± 73
Количество проглоттид
* — X, среднее, мм; ± SE, стандартная ошибка
272
Т. А. Полякова
Рис. 1. РСА график расположения 60 экземпляров Rhinebothriidea gen. spр. от Dasyatis pastinaca
из Черного моря в системе координат первых двух
факторов, вычисленных на основе 17 морфологических признаков. Эллипс — 98% доверительного
интервала
выбрано 17 наиболее стабильных
и значимых для дифференциации признаков (табл. 1).
В результате анализа главных
компонент (РСА) по этим признакам все исследованные особи
разделились на два кластера, соответствующие двум видам, выделенным на основе качественных
различий в строении головного
стебелька и половой системы
(рис. 1). Первый фактор (рис. 2),
описывающий 54% общей межвидовой вариабельности, дифференцирует особей Rhinebothriidea
gen. sp. 1 от особей Rhinebothriidea
gen. sp. 2, главным образом, по
общим размерам головного стебелька, спинитрихий цирруса,
количеству семенников и проглоттид. Характеристики полой
системы, такие как размер цирруса, диаметр семенников, размеры
тельца Мелиса, яичника и бурсы
цирруса, дают основной вклад во
второй фактор (рис. 2), однако
описывающий всего 9% общей
вариабильности.
Таким образом, применение
методов многомерной статистики позволяет успешно дифференцировать даже морфологически близкие однородовые виды
цестод.
Рис. 2. РСА график факторных нагрузок
17 признаков, использованных для дифференциации 60 экземпляров Rhinebothriidea gen. spр. от Dasyatis pastinaca из
Черного моря
1, 2 — длина и ширина стробилы; 3 — длина
головного стебелька; 4, 5 — длина и ширина половозрелой проглоттиды; 6, 7 — длина
и диаметр цирруса; 8 — длина бурсы цирруса;
9, 10 — длина и диаметр спинитрихий цирруса; 11 — диаметр семенников; 12 — количество семенников; 13 — ширина яичника;
14 — ширина желточных полей; 15 — диаметр
оотипа; 16 — ширина тельца Мелиса; 17 — количество проглоттид
Морфологическая дифференциация цестод…
273
Литература
Погорельцева Т. П. 1960. Материалы к изучению ленточных червей — паразитов рыб
Черного моря // Труды КБС. Вып. 16. С. 143–159.
Healy C. J., Caira J. N., Jensen K., Webster B. L., Littlewood D. T. J. 2009. Proposal for a new
tapeworm order, Rhinebothriidea // Intern. Journ. Parasitol. Vol. 39. P. 497–511.
Mokhtar-Maamouri F., Zamali Z. 1981. Phyllobothrium pastinacae n. sp. (Cestoda,
Tetraphyllidea, Phyllobothriidae) parasite de Dasyatis pastinaca (Linnaeus, 1758) //
Ann. Parasitol. Hum. Comp. T. 56. P. 375–379.
Ruhnke T. R. 1994. Resurrection of Anthocephalum Linton, 1890 (Cestoda: Tetraphyllidea) and
taxonomic information on five proposed members // Syst. Parasitol. Vol. 29. P. 159-176.
Ruhnke T. R. 1996. Taxonomic resolution of Phyllobothrium van Beneden (Cestoda:
Tetraphyllidea) and a description of a new species from the leopard shark Triakis semifasciata // Syst. Parasitol. Vol. 33. P. 1–2.
StatSoft Inc. 2001. Electronic manual of industrial statistics. Moscow: StatSoft.
(http://www.statsoft.ru/home/portal/textbook_ind/default.htm)
274
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Неклеточная экзоциста метацестод
циклофиллидей
Н. А. Поспехова1
1
Институт биологических проблем Севера ДВО РАН, Магадан, Россия; e-mail: [email protected]
Защитные оболочки цистицеркоидов (экзо- и эндоциста), вместе с хвостовым придатком, составляют ларвальный орган — церкомер, который отбрасывается при попадании паразита в организм дефинитивного хозяина
(Janicki, 1920; Jarecka, 1975; Краснощеков, 1980). В эволюции метацестод циклофиллидей происходит усложнение организации хвостового придатка, в ряде
случаев трансформирующегося в клеточную экзоцисту сложного строения,
как, например, у диплоцист Aploparaksidae (Бондаренко и Контримавичус,
2006). Неклеточная экзоциста долгое время считалась характерной чертой цистицеркоидов семейства Dilepididae (Gabrion, 1975; Gabrion and Gabrion, 1976;
Краснощеков и Томиловская, 1978; Gabrion and Jourdan, 1979; Jarecka et al.,
1984; Гуляев и Корниенко, 1998). Однако авторы, изучавшие эмбриональное
развитие представителей семейства Hymenolepididae, также регулярно отмечали наличие неклеточной наружной оболочки (Котельников, 1971; Краснощеков и Плужников, 1984; Регель, 1986; Максимова, 1990; Grytner-Ziecina,
1994; Регель и Кашин, 1995, Никишин и Лебедев, 2011).
Происхождение и строение наружной неклеточной оболочки метацестод
до сих пор является предметом дискуссий, и ряд авторов трактует ее как капсулу (т. е. производное организма хозяина) (Gabrion, 1975; Jarecka et al., 1984),
либо как оболочку неизвестной природы (Bondarenko and Kontrimavitchus,
2004). Обычно первая трактовка корректируется, когда объект исследуют на
электронно-микроскопическом уровне (Gabrion and Gabrion, 1976; Gabrion
and Jourdan, 1979). В свою очередь, светооптическое изучение метацестод
часто не позволяет выявить уже описанную другими авторами наружную
оболочку (Valkounova, 1985), хотя в работе указывается, что поверхность метацестод покрывает «желатинообразный материал», исчезающий после гистологической обработки.
Нами было изучено тонкое строение наружной неклеточной оболочки (экзоцисты) у двух метацестод подотряда Hymenolepidata: криптоцерка Rauschitaenia ancora (Mamaev, 1959) (семейство Dilepididae) из полости тела промежуточного хозяина, олигохеты Mesenchytraeus sp., и тектацисты Microsomacanthus
paraparvula Regel, 1994 (семейство Hymenolepididae) из гемоцели личинки
ручейника Grensia praeterita Walker, 1852. В обоих случаях зарегистрировано
раннее появление наружной оболочки (экзоцисты) в онтогенезе паразитов:
она отчетливо видна уже на стадии первичной полости (Бондаренко и Томиловская, 1979; Регель и Кашин, 1995). Это обстоятельство позволяет предположить, что формирование неклеточной экзоцисты осуществляется онкосферой сразу после проникновения ее в полость тела промежуточного хозяина
(Кашин, 1986).
Неклеточная экзоциста метацестод циклофиллидей
275
Криптоцерк R. ancora полностью окружен экзоцистой, и отделившийся хвостовой придаток после распада его на фолликулы также остается в полости
экзоцисты. У тектацисты M. paraparvula экзоциста окружает развивающийся
организм до стадии раннего сколексогенеза, после которой хвостовой придаток вырывается за пределы экзоцисты. У инвазионной тектацисты экзоциста
плотно прилегает к поверхности эндоцисты на всем ее протяжении, кроме
переднего и заднего полюсов. На переднем полюсе экзоциста образует подобие пузыря, на заднем полюсе экзоциста перфорируется разрастающимся
хвостовым придатком, и в этой области можно видеть фрагменты внешней
оболочки, отслоившейся от поверхности эндоцисты.
Экзоциста R. ancora имеет толщину 5–8 мкм. Она образована рыхлым гранулярным материалом, уплотненным на внешней поверхности в виде тонкого мембраноподобного слоя. В местах контакта с клетками хозяина этот слой
часто отсутствует. В тех случаях, когда наблюдается проникновение клеток
хозяина в толщу экзоцисты, отмечено усиление секреции везикулярного
и гранулярного материала с поверхности эндоцисты, а также фолликулов
хвостового придатка. Увеличение толщины экзоцисты до 80 мкм происходит,
вероятно, за счет этих процессов и расценивается нами как проявление защитных механизмов метацестоды (Поспехова и Никишин, 2010).
Электронномикроскопическое изучение неклеточной экзоцисты зрелых
метацестод M. paraparvula показало, что ее толщина варьирует от 0.5 до 3 мкм.
Экзоциста образована гранулярным материалом умеренной плотности с небольшим включением везикул и гранул. На внешней поверхности экзоцисты
материал уплотнен в виде тонкого мембраноподобного слоя (Поспехова и Регель, 2011). Участки прилегающей и отслоившейся экзоцисты различаются
по структуре. Экзоциста, прилегающая к поверхности гликокаликса эндоцисты, имеет меньшую толщину (от 0.5 до 1.5 мкм) и большую плотность
слагающего ее гранулярного материала. В толще прилегающей экзоцисты
просматриваются параллельные слои электронноплотного материала. Как
только экзоциста отслаивается от поверхности гликокаликса эндоцисты, ее
структура теряет упорядоченность, гранулярный материал разрыхляется,
наружная поверхность утрачивает четкие границы и экзоциста распадается
на отдельные фрагменты. Толщина разрыхленной отслоившейся экзоцисты
достигает 2.5–3 мкм.
Циклоцерк Microsomacanthus lari имеет тонкую (около 0.5 мкм) пластинчатую экзоцисту, которая предохраняет паразита от проникновения к его поверхности гемоцитов хозяина (Никишин и Лебедев, 2011). Авторы высказывают предположение, что неклеточная экзоциста является в эволюционном
отношении более молодой структурой, нежели эндоциста.
Приведенные нами литературные данные свидетельствуют о широком
распространении неклеточных наружных оболочек в пределах подотряда Hymenolepidata. Кроме того, имеются данные о регистрации подобных
структур у «низших» цестод (Jarecka and Burt, 1984), имеющих другой тип
метацестоды — церкоид. Учитывая предположение о возможности формирования неклеточной экзоцисты самой онкосферой (Кашин, 1986), мы не исключаем, что неклеточные экзоцисты являются универсальным защитным
образованием, которое окружает паразита с момента проникновения в организм промежуточного хозяина. Кажущееся отсутствие наружной оболочки
276
Н. А. Поспехова
может объясняться значительным разнообразием ее строения и механических
свойств, обусловливающих разные сроки жизни этих структур. Вероятно, относительная простота и быстрота формирования неклеточной экзоцисты по
сравнению с более сложной по структуре эндоцистой, объясняет широкое
распространение этой первой преграды на пути иммунных реакций хозяина.
Литература
Бондаренко С. К., Контримавичус В. Л. 2006. Аплопараксиды диких и домашних птиц.
Основы цестодологии Т. XIV. М.: Наука. 443 с.
Бондаренко С. К., Томиловская Н. С. 1979. Новый род дилепидид — Rauschitaenia
gen. nov. и жизненный цикл R. ancora (Mamaev, 1959) comb. nov. — паразита бекасов // Экология и морфология гельминтов позвоночных Чукотки. М.: Наука.
С. 29–37.
Гуляев В. Д., Корниенко С. А. 1998. О морфологическом своеобразии цистицеркоидов Monocercus (Cestoda: Cyclophyllidea: Dilepididae) // Паразитология. Т. 32. № 2.
С. 141–145.
Кашин В. А. 1986. Сравнительная морфология и гистохимия желез проникновения
онкосфер некоторых циклофиллидей // Паразитология. Т. 20. № 2. С. 126–131.
Котельников Г. А. 1971. Типология личиночных форм у цестод семейства гименолепидид // Материалы научн. конф. Всес. об-ва гельминтологов. Вып. 22. С. 116–126.
Краснощеков Г. П. 1980. Церкомер — личиночный орган цестод // Журн. общ. биол.
Т. 41. № 4. С. 615–627.
Краснощеков Г. П., Томиловская Н. С. 1978. Морфология и развитие цистицеркоидов
Paricterotaenia porosa (Cestoda : Dilepididae) // Паразитология. Т. 12. № 2. С. 108–115.
Краснощеков Г. П., Плужников Л. Т. 1984. Ультраструктура цистицеркоидов Fimbriaria
fasciolaris (Hymenolepididae) // Паразитология. Т. 18. № 1. С. 47–51.
Максимова А. П. 1990. Жаброногие рачки (Anostraca) — промежуточные хозяева цестод рода Wardium (Hymenolepididae) // Паразитология. Т. 24. № 1. С. 89–92.
Никишин В. П., Лебедев Д. В. Экспериментальное доказательство защитной роли экзоцисты у метацестоды Microsomacanthus lari Belogurova et Kulikov, in Spasskaja, 1966
(Cestoda : Hymenolepididae) // Биол. моря. Т. 37. № 1. С. 71–74.
Поспехова Н. А., Никишин В. П. 2010. Функциональная морфология защитных оболочек цистицеркоида Rauschitaenia ancora (Cestoda : Dilepididae) // Первые Международные Беккеровские чтения. Т. 1. Волгоград: ТриАС. С. 499–501.
Поспехова Н. А., Регель К. В. 2011. Морфология защитных оболочек метацестоды Microsomacanthus paraparvula Regel, 1994 из личинок ручейника Grensia praeterita Walk. //
Чтения памяти В. Я. Леванидова. Вып. 5. Владивосток: Дальнаука. C. 418–423.
Регель К. В. 1986. Развитие лярвоцист типа циклоцерк // Паразитология. Т. 20. № 3.
С. 188–194.
Регель К. В., Кашин В. А. 1995. Жизненный цикл и тонкая морфология зародышевых
оболочек Microsomacanthus paraparvula (Cestoda: Hymenolepididae) паразита нырковых уток Чукотки // Паразитология. Т. 29. № 6. С. 511–519.
Bondarenko S. K., Kontrimavitchus V. L. 2004. Life-cycles of cestodes of the genus Branchiopodataenia Bondarenko & Kontrimavitchus, 2004 (Cestoda: Hymenolepididae), from
gulls in Chukotka // Systematic Parasitology. Vol. 57. P. 191–199.
Неклеточная экзоциста метацестод циклофиллидей
27 7
Gabrion C. 1975. Étude expérimentale du développement larvaire d’Anomotaenia constricta
(Molin, 1858) Cohn, 1900 chez un Coléoptère Pimelia sulcata Geoffr // Z. Parasitenk.
Bd. 47. S. 249–262.
Gabrion C., Gabrion J. 1976. Étude ultrastructurale de la larve de Anomotaenia constricta
(Cestoda, Cyclophyllidea) // Z. Parasitenk. B. 49. S. 161–177.
Gabrion C., Jourdan J. 1979. Étude ultrastructurale du cysticercoide de Choanotaenia crassiscolex von Linstow, 1890, parasite d’Arion lusitanicus // Haliotis. Vol. 8. P. 121–125.
Grytner-Ziecina B. 1994. The life cycle of Fimbriaria czaplinskii Grytner-Ziecina, 1994 (Cestoda,
Hymenolepididae) // Acta Parasitologica. Vol. 39. P. 141–145.
Janicki C . 1921. Grundlinien einer ‘Cercomer’ — Theorie zur Morphologie der Trematoden
and Cestoden // Festschr . Zschokke. Basel. Bd. 30. S. 1–22.
Jarecka L. 1975. Ontogeny and evolution of cestodes // Acta Parasitol. Polon. Vol. 23.
P. 93–114.
Jarecka L., Bance G. N., Burt M. D. B. 1984. On the life cycle of Anomotaenia micracantha dominicana (Railliet et Henry, 1912) with ultrastructural evidence supporting the definition
cercoscolex for dilepidid larvae (Cestoda, Dilepididae) // Acta Parasitol. Polon. Vol. 29.
P. 27–34.
Jarecka L., Burt M. D. B. 1984. The cercoid larvae of Pseudanthobothrium hanseni Baer, 1956
and Pseudanthobothrium sp. (Cestoda : Tetraphyllidea) from experimentally infected
harpacticoid copepods // Acta Parasitol. Polon. Vol. 29. P. 23–26.
Valkounova J. 1985. Morphology and histochemistry of cysticercoids of four cestode species
of the family Hymenolepididae Fuhrmann, 1907 from planktonic crustaceans (Copepoda,
Ostracoda) // Folia Parasitologica. Vol. 32. P. 333–340.
278
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Влияние белков целомической жидкости
Asterias rubens (L.) На процессы миграции и
пролиферации фибробластов в культуре и на
модели раны у крыс
М. В. Протасов2, Н. С. Шарлаимова1, О. В. Галибин2, Г. П. Пинаев1,
И. В. Воронкина1
1
2
Институт цитологии РАН, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
Научно-исследовательский центр Санкт-Петербургского Государственного медицинского
университета им. И. П. Павлова, Санкт-Петербург; e-mail: [email protected]
Нами были выделены белки, появляющиеся на начальной стадии заживления раны у морской звезды и изучено действие полученных белков на
адгезию и выживаемость клеток позвоночных различного происхождения
в культуре (Воронкина и др., 2000, 2003). В представленной работе активность
полученных белков тестировали на культуре клеток, изучая процессы пролиферации и миграции клеток NCTC клон 929 (фибробласты соединительной ткани, мышь), а также на модели раны у крыс, изучая начальные этапы
заживления раны.
Работу с морскими звездами Asterias rubens проводили на Беломорской
биологической станции «Картеш» Зоологического института РАН. Выделение белков и работу с культурами клеток проводили в Институте цитологии РАН. Моделирование раны на крысах выполняли в научно-исследовательском центре Санкт-Петербургского государственного медицинского
университета.
При работе на культуре клеток индекс пролиферации определяли через
1 сутки после смены среды культивирования на среду с добавками. Степень
пролиферации выражали в процентах, принимая пролиферацию в контроле
с 0.5% сыворотки за 100%. Выводы делали по результатам средних значений
из пяти независимых экспериментов. Исследовали действие белков морской
звезды A. rubens, взятых от интактных животных и от предварительно травмированных животных.
При введении в среду культивирования трех групп белков целомической
жидкости интактных A. rubens наблюдали по меньшей мере три типа клеточного ответа. Для группы I был отмечен адгезионный эффект. Прикрепление
клеток происходило быстрее, чем в других случаях. Был отмечен также «стабилизирующий» эффект белков этой группы — при гибели клеток в остальных лунках клетки в среде с белками группы I оставались жизнеспособными.
При тестировании белков II группы было отмечено стимулирование пролиферативной активности клеток линии L-929. Белки III группы оказывали цитотоксическое действие. При введении в среду белков целомической
жидкости травмированных A. rubens, также было выделено три типа клеточного ответа. Белки группы I обладали адгезивным действием. Наблюдалось
гораздо более сильное, достоверное влияние белков II группы на пролиферативную активность клеток, что позволило провести оценку различий по
Влияние белков целомической жидкости Asterias rubens…
279
активности фракций интактных и травмированных животных. Был проведен
двухфакторный дисперсионный анализ, который показал, что влияние различных белков, полученных от интактных животных, было достоверно при
малом уровне значимости (p<0.016). Влияние белков, полученных от интактных и травмированных животных, было достоверно при уровне значимости
p<0.013, что позволяет утверждать, что белки одинаковых групп, полученных
от разных животных, достоверно обладают различным действием.
Были также поставлены эксперименты по наблюдению за миграционной
активностью клеток при введении в среду культивирования полученных
белков целомической жидкости интактных и травмированных A. rubens.
Миграцию клеток изучали, создавая «рану» на монослое клеток и наблюдая
миграцию клеток на освобожденную поверхность в течение 1 суток. Первоначальную площадь «раны» принимали за 100%, и выводы делали на основании
трех независимых экспериментов. Наиболее активными были белки группы II. Введение белков этой группы, полученных от интактных животных,
приводило к практически полному закрытию «раны», происходившему быстрее, чем в контроле. При введении белков, полученных от травмированных
животных, был отмечен эффект, сходный с влиянием белков, полученных
от интактных животных. При сравнении действия белков, полученных от
интактных и от травмированных животных, было отмечено некоторое снижение миграционной активности при введении белков группы I и существенное повышение при введении белков группы II от травмированных животных
по сравнению с теми же белками от интактных животных.
Изучение действия компонентов целомической жидкости регенерирующей морской звезды на пролиферативную активность и миграцию соматических клеток позвоночных в культуре позволило выделить как минимум две
группы белков — обладающие достаточно сильными адгезивными свойствами (I группа) и цитотоксичными свойствами (III группа), действие которых
было одинаковым для всех клеточных линий. Изучение влияния этих белков
было продолжено на примере заживления ран у млекопитающих.
Ранее нами была разработана модель глубокой раны у крыс, позволяющая
вводить различные вещества в полость раны и проводить биохимический
анализ раневого состава, отделяемого одновременно с гистологическим анализом тканей раны (Галибин и др., 2004). Эксперимент выполняли на 60 особях белых беспородных крыс массой тела 250–300 г, разделенных на 4 группы.
Срок наблюдения составлял 1, 2 и 3 суток. В контроле в полость раны вводили физраствор, в опытных группах вводили белки целомической жидкости
I и III групп соответственно. Эти группы белков были взяты в качестве препаратов, возможно, способных модифицировать течение начальных этапов
раневого процесса.
Нами было выделено несколько морфологических параметров, по изменению которых проводилось сравнение влияния указанных белковых фракций на течение раневого процесса. Этими параметрами являются: (1) динамика лизиса сгустка, выстилающего дно раны; (2) количество поврежденных
мышечных волокон, как показатель выраженности процессов альтерации;
(3) интенсивность лейкоцитарной инфильтрации, характеризующая остроту воспалительной реакции; (4) количество фибробласто-подобных клеток,
280
М. В. Протасов и др.
отражающее пролиферативную активность; (5) количество капилляров грануляционной ткани, характеризующее скорость дифференцировки клеток
на ранних этапах заживления.
Подсчет производили с помощью светового микроскопа, при этом количество клеток и капилляров на каждом микропрепарате определяли в 10 полях
зрения, выбранных случайно в пределах 2000 мкм от дна раны, но выше неизмененных тканей (Протасов и др., 2008).
Полученные данные показали, что в контрольной группе морфологическая картина раны соответствует классическому развитию раневого процесса
(Серов и Шехтер, 1981). Введение белков группы I, обладающих адгезивными
свойствами, вызывало более раннее прекращение экссудации и ускорение
процессов начального этапа регенерации тканей. Введение белков группы III,
обладающих цитотоксическими свойствами, вызывало деструкцию тканей
раны и более выраженную воспалительную реакцию, а также более позднее
заживление. Полученные результаты хорошо согласовывались с данными,
полученными на клеточных культурах.
Можно сделать вывод, что белки целомической жидкости морской звезды,
вводимые в полость раны крыс, способны изменять течение начальных этапов процесса заживления раны. При этом действие различных групп белков
целомической жидкости морских беспозвоночных на заживление ран млекопитающих аналогично их влиянию на те свойства клеток позвоночных in vitro, которые необходимы для заживления ран.
Литература
Воронкина И. В., Сакута Г. А., Шарлаимова Н. С., Блинова М. И., Пинаев Г. П. 2000.
Факторы целомической жидкости морской звезды Asterias rubens и их биологическая активность // Цитология. Т. 43. С. 330–331.
Воронкина И. В., Шарлаимова Н. С., Блинова М. И., Пинаев Г. П. 2003. Изменение
пролиферативной и миграционной активности соматических клеток млекопитающих под действием фракций целомической жидкости регенерирующей морской
звезды Asterias rubens зависит от присутствия матриксных металлопротеиназ //
Цитология. Т. 45. С. 86.
Галибин О. В., Воронкина И. В., Прокопчук С. Н., Протасов М. В., Соловьева М. А.,
Пинаев Г. П. 2004. Комплексная оценка течения раневого процесса на модели глубокой раны у крыс и имплантацией полихлорвиниловой камеры // Цитология.
Т. 46. № 12. С. 1073–1079.
Протасов М. В., Смагина Л. В., Галибин О. В., Пинаев Г. П., Воронкина И. В. 2008. Зависимость активности ММП в раневом экссудате крыс от состояния тканей раны
на начальных этапах раневого процесса // Цитология. Т. 50. № 10. С. 882–888.
Серов В. В., Шехтер А. Б. 1981. Соединительная ткань (функциональная морфология
и общая патология). М.: Медицина. 312 с.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
2 81
Эволюционная пластичность
катехоламинергических систем
продолговатого мозга костистых рыб
Е. В. Пущина1
1
Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского ДВО РАН, Владивосток, Россия;
e-mail: [email protected]
У рыб различные формы поведенческой активности: агрессия, социальное
доминирование, ухаживание, половое поведение зависят от уровня синтеза
биогенных аминов. Катехоламины представляют собой класс нейроактивных
соединений оказывающих модулирующее влияние на поведение позвоночных. Известно, что в продолговатом мозге костистых рыб количество катехоламинергических (КЕ) клеточных групп невелико, они представлены дофаминергическими либо норадренергическими нейронами (Smeets and Gonzalez,
2000). В настоящее время у низших позвоночных фрагментарно исследованы
проекционные области КЕ клеток и клеточных групп продолговатого мозга.
Целью настоящей работы явились морфологическая характеристика и исследование проекционных особенностей КЕ клеточных групп продолговатого
мозга представителя карпообразных рыб горчака Rhodeus sericeus. На основании исследования морфологических и проекционных особенностей дана
оценка функциональной специализации КЕ медуллярных нейронов горчака
и проведен сравнительный анализ с медуллярными нейронами А и С групп
млекопитающих.
Исследование проводили на 5 взрослых особях амурского обыкновенного
горчака Rhodeus sericeus. Выявление КЕ нейронов в продолговатом мозге горчака проводили методом иммунопероксидазного маркирования тирозин гидроксилазы (TH) на свободноплавающих срезах. На основе локализации тирозингидроксилаза-иммунореактивных (ТН-ир) нейронов, морфологии их
дендритов и траектории аксональных проекций в продолговатом мозге горчака было выделено три группы клеток: I — межпучковые (рис. 1A), II — расположенные на территории блуждающего нерва (рис. 1B) и III — связанные
с нейросекреторной областью area postrema (рис. 1C, D). Выделенные группы
нейронов рассматриваются как часть дорсальной ретикулярной формации
на уровне ядер блуждающего нерва и area postrema. ТН-ир скопления клеток
(рис. 1) расположены между медиальным продольным пучком (МПП), волокнами нисходящего тракта тройничного нерва (Нтр) и вторичного вкусового
тракта (ВВТ).
Учитывая морфологию и распределение ТН-ир нейронов и характер формируемых ими проекций в продолговатом мозге горчака был предположен
ряд функций у таких клеток. Наиболее важными представляются следующие
морфофункциональные критерии специализации: проприобульбарная природа КЕ нейронов, варикозная микроцитоскульптура волокон, контактирование отростков клеток с просветом мозгового желудочка и наличие связей
с первичными и вторичными сенсорными центрами продолговатого мозга.
282
Е. В. Пущина
Рис. 1. Иммуноморфология тирозин-гидроксилазо- (ТН) позитивных клеток в продолговатом
мозге амурского обыкновенного горчака Rhodeus sericeus. A — клетки межпучковой области
(ограничены прямоугольником), B — нейроны, расположенные на территории блуждающего
нерва (обозначены черными стрелками), C — клетки нейросекреторной области area postrema
(ограничены прямоугольником), D — те же клетки на большом увеличении, белой стрелкой
обозначен апикальный отросток клетки), Д — ТН-иммунопозитивные клетки с основными
отростками в горизонтальной проекции продолговатого мозга, F — нейрон межпучковой области, образующий 5 дендритов (а–д), E и F — зарисовки с помощью рисовального аппарата.
Масштаб: A, B, C, E — 200 мкм, D — 50 мкм, F — 500 мкм
IV — четвертый желудочек; АП — area postrema; БСТ — бульбо-спинальный тракт; ВВТ — вторичный
вкусовой тракт; ВДВ — внутренние дугообразные волокна; Вк — клетки, расположенные на территории
блуждающего нерва; ДX — доля блуждающего нерва; ЛПП — латеральный продольный пучок; МПК —
межпучковая клетка; МПП — медиальный продольный пучок; Нтр — нисходящий путь тройничного
нерва; ЦК — центральный канал
Эволюционная пластичность катехоламинергических систем… 2 8 3
Весьма вероятно, что в составе медуллярных нейрональных сетей КЕ клетки могут функционировать как локальные интернейроны, проекционные
длинноаксонные, нейросекреторные или сенсорные нейроны. Мы предполагаем, что клетки I группы (межпучковые) являются локальными, межсегментарными интернейронами, поскольку их дендриты формируют высокоразветвленную сеть (рис. 1A, B, E, F). Все три группы нейронов проецируются
в продольный КЕ тракт, и могут рассматриваться как длинноаксонные нейроны, афференты которых распространяются в ростральную ретикулярную
формацию, достгая ядер перешейка и вторичного вкусового ядра. Поскольку
апикальные отростки клеток III типа имеют доступ к IV желудочку (рис. 1D),
такие клетки вероятно имеют хемосенсорную специализацию, связывая продолговатый мозг с церебро-спинальной жидкостью. Особый интерес вызывает высокий уровень активности фермента синтеза катехоламинов — тирозингидроксилазы в клетках II и III типов, что вполне согласуется с ранее
высказанной гипотезой о том, что эти клетки могут экскретировать дофамин в спинномозговую жидкость. Иммуногистохимическое маркирование
тирозингидроксилазы позволяет детально охарактеризовать морфологию
клеточных тел, дендритов и аксонов, выявляя детали микроцитоскульптуры
и клеточной оорганизации, как при импрегнации по Гольджи. Особенности
морфологической организации КЕ нейронов горчака позволяют предполагать, что КЕ нейроны всех типов обеспечивают не менее двух вышеперечисленных функций, а клетки III типа могут совмещать все три функции.
Для понимания работы КЕ нейронов в ЦНС горчака наиболее принципиален вопрос о том, как отдельные нейроны выделяют или координируют эти
функции.
Особый интерес вызывает связь всех трех групп КЕ нейронов с сенсорными системами продолговатого мозга. Клетки II и III типов обеспечивают иннервацию комиссурального ядра Кахаля — главного висцерального центра
продолговатого мозга (Morita and Finger, 1987) и вагусной доли. Все типы КЕ
клеток горчака проецируются на вторичное вкусовое ядро, представляющее вторичную висцеральную структуру, и ядро перешейка, являющегося
релейным центром продолговатого мозга. КЕ нейроны I типа иннервируют
мотонейроны в ядрах IX и X пар черепномозговых нервов. Сведения о функциональной специализации выявленных нами КЕ окончаний отсутсвуют,
в частности, не известно, какой тип окончаний преобладает — возбуждающий или тормозной, а также являются ли окончания пресинаптическими или
постсинаптическими. Из-за отсутствия этих данных значение выявленного
типа иннервации у горчака остается малопонятным. Тем не менее, мы предполагаем, что у горчака клетки II и III типов локализованы в областях, осуществляющих связь различных бульбарных центров с церебро-спинальной
жидкостью. Все три типа клеток могут участвовать в осуществлении нейросекреторной и сенсорной функций, связанных с оценкой положения пищи
в пространстве и обеспечивать местную либо удаленную переключательную
релейную деятельность для координации механосенсорной, зрительной и
вкусовой функций.
Несомненный интерес вызывают сравнительные эволюционно-морфологические аспекты функционирования КЕ структур продолговатого мозга высших позвоночных и рыб. У позвоночных скопления КЕ нейронов обнаружены
284
Е. В. Пущина
в областях прилежащих к одиночному пути и моторному ядру блуждающего
нерва (Smeets and Gonzalez, 2000). В мозге крысы такие клетки образуют А2
группу дофаминергических нейронов. Для исследования возможных путей
эволюции медуллярных КЕ клеток в различных группах позвоночных необходимо унифицировать номенклатуру структур этой области у рыб и млекопитающих. Оказалось, что имеющиеся данные о топографии медуллярных
КЕ нейронов идентифицированные в этих группах позвоночных довольно
трудно интерпретировать. За исключением голубоватого места, содержащего
норадренергические нейроны, КЕ нейроны рыб не являются очевидными
гомологами клеток, найденных в мозге млекопитающих. Согласно данным
разных авторов, у Danio rerio клетки дорсальной части продолговатого мозга,
включающие межпучковые КЕ, вагусные КЕ нейроны и постоберкулярную
группу клеток были отнесены к группе А2 млекопитающих (Hornby and Piekut, 1988). Такая схема определения частично основана на наблюдении, что
некоторые нейроны Danio rerio расположены рядом с блуждающим нервом
(вагусные КЕ летки), а остальные медуллярные КЕ нейроны представляют
ростральное (межпучковые КЕ клетки) и каудальное (КЕ клетки area postrema)
продолжение этой группы. Сравнительные исследования показали, что у рыб
только КЕ нейроны, расположенные около ядер X пары черепно-мозговых
нервов могут рассматриваться в качестве гомологов А2 группы млекопитающих. Межпучковые КЕ клетки и КЕ клетки area postrema не соответствуют КЕ
эргическим нейронам А или С группы млекопитающих. Поскольку линия телеостей дивергировала от эволюционной ветви, приведшей к возникновению
тетрапод, мозг костистых рыб содержит многие специализированные клеточные группы, не найденные у других позвоночных. Таким образом, КЕ нейроны в продолговатом мозге горчака участвуют в обеспечении хемосенсорных,
нейросекреторных, сенсорных проекционных функций; также при участии
КЕ межпучковых клеток осуществляются локальные межсегментарные связи,
обеспечивающие интеграцию в многокомпонентных сенсорных цепях продолговатого мозга. Эти особенности КЕ системы продолговатого мозга могут
являться результатом высокой нейрохимической пластичности и обеспечивать максимальную адаптацию дпанного вида рыб к среде обитания.
Литература
Hornby P. J., Piekut D. T. 1988. Immunoreactive dopamine-β-hydroxylase in neuronal
groups in the goldfish brain // Brain Behav. Evol. Vol. 32. P. 252–256.
Morita Y., Finger T. E. 1987. Topographic representation of the sensory and motor roots
of the vagus nerve in the medulla of goldfish, Carassius auratus // J. Comp. Neurol.
Vol. 264. P. 231–249.
Smeets W. J., Gonzalez A. 2000 Catecholamine systems in the brain of vertebrates: new
perspectives through a comparative approach // Brain Res. Rev. Vol. 33. P. 308–379.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
285
Polypodiozoa — новый класс книдарий?
Е. В. Райкова1
1
Институт цитологии РАН, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
Polypodium hydriforme — внутриклеточный паразит ооцитов осетрообразных
рыб (черной икры) и привлекает внимание прежде всего как объект, имеющий важное практическое значение. Промысловая икра осетра, севрюги,
стерляди, шипа, белуги и калуги довольно сильно заражена этим паразитом
(Raikova, 1994). Однако этот объект интересен и уникальными адаптациями
к паразитизму (поскольку это редкий и единственный у книдарий случай,
когда многоклеточный организм долгое время развивается внутри одной
клетки), и необычными чертами организации. Знание его особенностей необходимо и для решения проблемы филогении низших животных и Bilateria
(Zrzavý and Hypša, 2003) и др.
Polypodium был открыт академиком Ф. В. Овсянниковым в икре волжской
стерляди (Owsjannikow, 1871), видовое название ему дал М. М. Усов (1885),
и с тех пор P. hydriforme считался гидроидом. Позже В. М. Шимкевич (1890)
отнес его к отряду наркомедуз класса Нydrozoa. Наибольший вклад в изучение биологии этого животного внес А. Н. Липин, который пришел к выводу
о принадлежности Polypodium к классу Scyphozoa (Lipin, 1925). Однако это
мнение не прижилось, и в большинстве учебников зоологии и руководств по
книдариям P. hydriforme до сих пор считают отдельным семейством в отряде
наркомедуз класса Нydrozoa. Несовершенство этой классификации выявляется при анализе его признаков и констатации их несоответствия таковым
наркомедуз и даже класса Hydrozoa в целом (Raikova,1994).
Изучая цитоморфологические особенности P. hydriforme на протяжении его
жизненного цикла, мы пришли к выводу, что ряд уникальных признаков его
организации позволяет выделить его в ранг отдельного класса книдарий —
Polypodiozoa (Райкова,1988). Это мнение было поддержано в печати лишь
в 2000 г. авторитетными специалистами по книдариям (Bouillo and Boero,
2000). Однако, признавая класс Polypodiozoa, они все-таки рассматривают его
в составе Hydrozoa, повышая Hydrozoa в ранг надкласса. В настоящее время
Polypodiozoa как самостоятельный класс уже включается в некоторые руководства по книдариям (Bouillon et al., 2003).
В молекулярно-филогенетических исследованиях Polypodium обычно не
«вписывался» в группу Hydrozoa (Zrzavý and Hypša, 2003). Данные по секвенированию 18S рДНК показали, что Polypodium приходится сестринской
группой миксоспоридиям, и вместе они обнаруживают большее сходство
с билатеральными животными, чем с книдариями (Siddall et al.,1995). Однако
эти результаты были подвергнуты критике и рассматривались как артефакт,
вызванный явлением «long-branch attraction». Потребовались новые молекулярно-биологические данные, чтобы прояснить филогенетическое положение Polypodium и подтвердить «валидность» наших цитоморфологических
данных о том, что Polypodium — действительно книдария в ранге отдельного
класса и не относящаяся к Hydrozoa.
286
Е. В. Райкова
Нами был проведен молекулярно-биологический анализ большой выборки метазойных животных вместе с Polypodium и другими книдариями (Evans et al., 2008). Результаты секвенирования 18S рДНК показали, что
Polypodium не «билатерия», а действительно вписывается в тип Cnidaria. Удаление же из данных секвенирования 18S рДНК видов Myxozoa также подтвердило как положение Polypodium среди книдарий, так и то, что выводы
Сиддела и соавторов о близости Polypodium и Myxozoa обусловлены явлением
«long-branch attraction». Отношение же Polypodium к классу Hydrozoa пока не
вполне яcно. Тем не менее, основываясь на собственных цитоморфологических данных, и предваряя окончательные молекулярные доказательства, мы
продолжаем считать Polypodiozoa самостоятельным классом книдарий, хотя
и оставляем знак вопроса в заглавии.
Каковы же особенности класса Polypodiozoa? Это — пресноводные книдарии с длительным жизненным циклом, включающим паразитическую и свободноживущую фазы. На паразитической фазе выявлены следующие стадии:
двуядерной клетки, «клетки в клетке», стадии дробления, инвертированных
планулы и столона. Инверсия зародышевых пластов, т. е. положение эктодермы внутри, а эктодермы снаружи — характерная особенность развития
Polypodium внутри осетровой икринки. Столон внутри икринки растет, в нем
увеличивается количество почек, внутри которых развиваются щупальца. Все
паразитические стадии изолированы от окружающего желтка полиплоидной
клеткой-оболочкой — трофамнионом. Перед нерестом рыбы трофамнион
разрушается, столон внутри зараженной икринки выворачивается эктодермой наружу и выметывается вместе со здоровой икрой.
Свободноживущая фаза представлена фрагментирующимся столоном
(очень короткая стадия) и отдельными особями с 12 щупальцами. Свободноживущие особи размножаются продольным делением надвое. В середине
лета у полиподиев образуются энтодермальные гонады двух типов, женские
и мужские. Женские гонады сложно устроены, снабжены выводными протоками, полиплоидными железистыми питающими клетками, но, по-видимому,
не дают зрелых яиц. Гонады второго типа — «мужские», без выводных протоков, производят двуядерные клетки, из которых и развивается следующее,
уже паразитическое поколение, т. е. оно развивается из клеток, продуцируемых морфологически «мужской» гонадой. Такие гонады становятся гаметофорами, которые могут активно откладываться свободноживущими особями
Polypodium на покровы предличинок осетровых (Смольянов и Райкова, 1961).
Уникальные особенности класса Polypodiozoa в значительной степени
обусловлены внутриклеточным паразитизмом. Это — инверсия зародышевых листков, наличие высокополиплоидной трофической клетки-оболочки
(трофамниона — деривата полярного тельца второго мейотического деления), самое длительное у книдарий (несколько лет) эмбриональное развитие. Стадия личинки (планула), обычно расселительная у свободноживущих
книдарий, здесь также паразитическая, с инверсией зародышевых листков.
У свободноживущих форм не обнаружено органов чувств. Следствием паразитизма оказывается также переход к партеногенезу (отсутствие настоящих
яиц и спермиев, образование гонад – гаметофоров и изменение гаметогенеза в них с мужского типа на женский, т. е. становление андрогенеза в ходе
эволюции).
Polypodiozoa — новый класс книдарий?
2 87
Однако класс Polypodiozoa демонстрирует целый ряд признаков, не связанных с паразитизмом, но отличающих его от остальных книдарий. Это вегетативное размножение путем деления надвое (паратомия), начинающееся
не в области рта, а на аборальном полюсе; образование рта на месте отрыва
почки от столона, гонады с гонодуктами, отсутствие способности к регенерации и целый ряд цитологических признаков. В первую очередь к ним относится полное разделение эпителиальных и мышечных клеток, образование
субэпителиального мышечного слоя, что делает Polypodium по существу трехслойным животным на большей части его жизненного цикла (Raikova et al.,
2007). Уникальны и стрекательные клетки Polypodium, у которых книдоциль
закреплен на крышечке стрекательной капсулы, а не сбоку от нее, так что при
выстреливании нити он сбрасывается (Raikova, 1990). В отличие от представителей класса Hydrozoa P. hydriforme имеет энтодермальные гонады с выводными протоками. Внутри ротового конуса выражен глоточный отдел, выстланный воротничковыми клетками (Raikova, 1995). Эпидермальные клетки и их
производные не имеют жгутиков, но обладают центриолями, окруженными
фрагментами ядерной оболочки. В мезоглее полиподия обнаружены пакеты
микротрубочек. Митохондрии на всех стадиях цикла Polypodium имеют трубчатые кристы. Сочетание всех этих уникальных признаков позволяет предположить, что этот организм не аберрантная книдария, как мы считали прежде,
а реликт большой группы книдарий, претерпевшей регрессивную эволюцию
в связи с переходом к паразитизму (Райкова, 2005).
Пока что этот класс представлен всего одним видом P. hydriforme, морфологически изученном в основном на материале из зараженных ооцитов
волжской стерляди Acipenser ruthenus. Что же касается полиподиев из ооцитов
остальных 15 видов зараженных осетрообразных, то они изучены недостаточно. Принимая во внимание это обстоятельство, логично предположить,
что найдутся какие-нибудь цитоморфологические или молекулярно-биологические отличия, которые позволят глубже разобраться в видовой принадлежности Polypodium.
Кроме того, P. hydriforme имеет несомненное цитоморфологическое сходство с Myxozoa — паразитами рыб и некоторых беспозвоночных (Райкова,
2005).
Всестороннее изучение класса Polypodiozoa важно с эволюционной точки
зрения, ибо здесь сочетаются признаки двуслойных и трехслойных животных; по-видимому, в этом классе впервые у Metazoa появляются независимые
мышечные и эпидермальные клетки. Полиплоидные клетки, редко встречающиеся у других книдарий, играют большую роль в жизненном цикле Polypodium и, насколько нам известно, P. hydriforme — единственный пример естественного андрогенеза. Необходимо изучение его генома, экспрессии генов
на последовательных стадиях его цикла.
В заключение хочется благодарно вспомнить проф. А. В. Иванова за постоянное внимание и живой интерес к изучению P. hydriforme, ценные советы и
обсуждение многих данных.
288
Е. В. Райкова
Литература
Райкова E. В. 1988. O систематическом положении Polypodium hydriforme Ussov
(Cnidaria) // Губки и книдарии. Современное состояние и перспективы исследования. Л.: ЗИН АН СССР. C. 116–122.
Райкова Е. В. 2005. Цитоморфологические особенности Polypodium hydriforme и проблема филогении Myxozoa и Cnidaria // Цитология. Т. 47. № 10. С. 933–939.
Смольянов И. И., Райкова Е. В. 1961. Нахождение половозрелых Polypodium hydriforme
Ussov (Coelenterata) на личинках осетровых рыб // Докл. АН СССР. Т. 141 № 5.
С. 1271–1274.
Усов М. М. 1885. Polypodium hydriforme — новая форма пресноводных целентерат //
Труды Казанского общ. естествоисп. Т. 14. № 6. С. 75–103.
Шимкевич В. М. 1890. Очерк современного состояния вопроса о развитии Hydrozoa //
Вестник естествознания. № 4. С. 171–176.
Bouillon J., Boero F. 2000. The Hydrozoa: a new classification in the light of old knowledge //
Thalassia Salientina. Vol. 24. P. 3–296.
Bouillon J., Medel M. D., Pagès F., Gili J. M., Boero F., Gravili C. 2004. Fauna of the
Mediterranean Hydrozoa // Scientia Marina. Vol. 68 (Suppl. 2). P. 3–449.
Evans N. M., Lindner A., Raikova E. V., Collins A. G., Cartwright P. 2008. Phylogenetic
placement of the enigmatic parasite, Polypodium hydriforme, within the Phylum
Cnidaria // BMC Evolutionary Biology. Vol. 8. P. 139.
Lipin A. N. 1925. Geschlechtliche Form, Phylogenie und systematische Stellung von Polypodium hydriforme Uss. // Zool. Jahrb. (Anat.). Bd. 47. S. 541–635.
Owsjannikow Ph. 1871. Ueber einen neuen Parasiten in den Eiern des Sterlets // Mélanges
biologiques tirés du Bull. Acad. Sci. St. Petersburg. T. 8. P. 334–338.
Raikova E. V. 1990. Fine structure of the nematocytes of Polypodium hydriforme Ussov
(Cnidaria) // Zool. Scr. Vol. 19. P. 1–11.
Raikova E. V. 1994. Life cycle, cytology, and morphology of Polypodium hydriforme,
a coelenterate parasite of the eggs of Acipenseriform fishes // J. Parasitol. Vol. 80. P. 1–22.
Raikova E. V., Ibragimov A. Yu., Raikova O. I. 2007. Muscular system of a peculiar parasitic
cnidarian Polypodium hydriforme: a phalloidin fluorescence study // Tissue and Cell.
Vol. 39. P. 79–87.
Siddall M. E., Martin D .S., Bridge D., Desser S. S., Cone D. K. 1995. The demise of a phylum
of protists: phylogeny of Myxozoa and other parasitic Cnidaria // J. Parasitol. Vol. 81.
P. 961–967.
Zrzavý J., Hypša V. 2003. Myxozoa, Polypodium, and the origin of the Bilateria: the
phylogenetic position of “Endocnidozoa” in light of the rediscovery of Buddenbrockia //
Cladistics. Vol. 19. P. 164–169.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
2 89
Уникальные мышечные клетки книдарии Polypodium hydriforme
Е. В. Райкова1, О. И. Райкова2,3
Институт цитологии РАН, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
3
СПбГУ, Кафедра зоологии беспозвоночных, Санкт-Петербург, Россия
1
2
Polypodium hydriforme — единственная книдария — эндопаразит, и к тому
же внутриклеточный паразит, ооцитов осетровых рыб. Паразитическая фаза
ее жизненного цикла включает эмбриональные стадии, планулу и столон
(Raikova, 1994). Планула и столон имеют обратное расположение зародышевых листков (Lipin, 1911). Перед нерестом рыбы столон паразита внутри зараженного ооцита выворачивается эктодермой наружу, и вместе со здоровой
икрой в воду попадает и Polypodium. Начинается свободноживущая фаза цикла. В воде столон распадается на отдельные особи, которые делятся продольно. Полиподии снабжены щупальцами двух типов — двумя парами опорных
и четырьмя парами осязательных. Перед делением число щупалец удваивается, поэтому наряду с 12-щупальцевыми встречаются особи с 24 щупальцами.
В середине лета у полиподиев образуются гонады двух типов. Гонады-гаметофоры, заполненные половыми клетками, активно откладываются полиподиями на предличинок осетровых (Raikova, 1994). Свободноживущие полиподии — бентические организмы, двигающиеся с помощью щупалец по дну
водоема и могущие переноситься с током воды. Их биология в природе не
изучалась. В аквариумах они нападают на олигохет Tubifex tubifex и питаются
ими. Органов чувств у Polypodium не обнаружено. Щупальца у полиподиев
находятся в постоянном движении, ими они ощупывают пространство вокруг себя, ловят добычу и подносят ее ко рту, а с помощью опорных щупалец передвигаются по дну. Щупальца снабжены продольными мышечными
клетками. Уникальность мышечных клеток состоит в том, что, в отличие от
мышечных клеток всех остальных книдарий, они полностью отделены от
эпителиальных. Polypodium — единственная книдария, совсем не имеющая
эпителиально-мускульных клеток и обладающая только самостоятельными
как эпителиальными, так и мышечными клетками.
Мышечные клетки исследовались методами световой, электронной и конфокальной микроскопии (Райкова, 1961; Raikova, 1984; Райкова и Напара,
1999; Raikova et al., 2007). Они впервые обнаруживаются на ранней стадии
паразитического столона, когда эктодермальные i-клетки мигрируют в мезоглею и там, в области закладки щупалец, постепенно образуют веретеновидные тяжи, соединяясь специализированными контактами, похожими на
таковые типа интеркалярных дисков сердечной мышцы позвоночных. Мышечные тяжи расположены непосредственно под эпидермисом, часто плотно
примыкая к нематоцитам. Под электронным микроскопом видно, что каждая мышечная клетка имеет центральный тяж, состоящий из микротрубочек,
который служит как бы ее скелетом. Миозиновые фибриллы уложены параллельно этому тяжу. Конфокальный микроскоп позволил четко показать,
290
Е. В. Райкова, О. И. Райкова
Рис. 1. Кончик осязательного щупальца Polypodium hydriforme, окраска фаллоидином. Видны
параллельно лежащие в мезоглее под эпидермисом (е) толстые, в состоянии сокращения (clf),
и более тонкие спиралевидные (slf) расслабленные мышечные тяжи. Показаны анастомозы (а)
между толстыми тяжами. В. Срез близко от поверхности середины осязательного щупальца,
показывающий поперечные тонкие филаменты (cif), содержащие F-актин, а также толстые
сократившиеся(clf) и спиралевидные расслабленные (slf) мышечные тяжи. Окраска фаллоидином
что в каждом щупальце имеются более толстые и гладкие мышечные тяжи
толщиной около 2.5 мкм и более тонкие (около 1 мкм) тяжи в расслабленном
состоянии (рис. 1A); расслабленные мышцы выглядят как завитки спирали.
Мышечные тяжи не закреплены на концах, но в местах отхождения щупалец
от тела полиподия можно видеть как плавный переход мышц из тела в щупальце, так и расширенные «треугольные» концы мышечных клеток, уходящих в щупальце. Наиболее интересная особенность щупальцевых мышц
полиподия — наличие связывающих их поперечных, очень тонких (около
0.3 мкм), также окрашивающихся фаллоидином филаментов (рис. 1В), расположенных ближе к поверхности щупальца. Наличие таких филаментов,
по-видимому, позволяет координировать работу мышц.
Рот у свободноживущих особей появляется примерно через неделю, когда
они израсходуют захваченный еще в процессе выворачивания внутри икринки желток и переходят к самостоятельному питанию. Мускулатура рта (по
крайней мере, у особей, только что переваривших желток) развита намного
слабее, чем в щупальцах: мышечные тяжи не столь мощны, не обнаружены
ни спиралевидные расслабленные тяжи, ни поперечные тонкие филаменты.
В то же время рот у полиподиев, в противоположность их щупальцам, очень
сильно растяжим, что позволяет им заглатывать большие куски пищи — иногда даже целых червей (тубифексов). В теле полиподия мускулатура развита
очень слабо.
Наличие субэпителиального слоя мышечных клеток на протяжении большей части жизненного цикла по существу делает Polypodium hydriforme трехслойным животным. Кроме этого, Polypodium обладает целым набором морфологических и цитологических признаков, представляющих собой либо
его уникальные черты, связанные с адаптациями к паразитизму, либо не
Уникальные мышечные клетки книдарии Polypodium…
291
связанные с ним, а просто не вписывающиеся в характеристики других классов Cnidaria (Райкова, 2005).
Поэтому еще в 1988 г. мы предложили выделить Polypodium hydriforme в отдельный класс Polypodiozoa (Райкова, 1988). Это предложение было поддержано ведущими специалистами по книдариям (Bouillon and Boero, 2000). Не
окончательно решен пока этот вопрос молекулярными биологами, они часто
получали противоречивые выводы (Zrzavý et al., 2003) и даже сомневались, относится ли Polypodium hydriforme к типу Cnidaria (Evans et al., 2009). Во всяком
случае, это говорит о непохожести полиподия на других книдарий. И уникальность Polypodium hydriforme, по нашему мнению, наиболее ярко выражена
в организации его мышечных клеток.
Работа поддержана грантом РФФИ–09-04-01309.
Литература
Райкова Е. В. 1961. Цитологические особенности свободноживущих стадий Polypodium
hydriforme // Цитология. Т. 3. C. 396–408.
Райкова Е. В. 1988. К вопросу о систематическом положении Polypodium hydriforme Ussov (Coelenterata) // Губки и Книдарии. Coвременное состояние и перспективы
исследований. Ленинград: Зоологический институт АН СССР. С. 116–122.
Райкова Е. В. 2005. Цитоморфологические особенности Polypodium hydriforme и проблемы филогении Myxozoa и Cnidaria // Цитология. Т. 47. № 10. С. 933–939.
Райкова Е. В., Напара Т. О. 1999. Ультраструктурное исследование мышечных клеток паразитической книдарии Polypodium hydriforme // Цитология. Т. 41. № 5.
С. 425–431.
Bouillon J., Boero F. 2000. The Hydrozoa: a new classification in the light of old knowledge // Thalassia Salientina. Vol. 24. P. 3–296.
Evans N. M., Lindner A., Raikova E. V., Collins A. G., Cartwright P. 2008. Phylogenetic
placement of the enigmatic parasite, Polypodium hydriforme, within the Phylum Cnidaria // BMC Evolutionary Biology. Vol. 8. P. 139.
Lipin A. N. 1911. Die Morphologie und Biologie von Polypodium hydriforme Uss. // Zool.
Jahrb. (Anat.). Bd. 31. S. 317–426.
Raikova E. V. 1984. Ultrastructure of the stolon of Polypodium hydriforme Ussov (Coelenterata) parasitic in oocytes of acipenserid fishes // Monitore Zool. Ital. Vol. 18. P. 1–24.
Raikova E. V. 1994. Life cycle, cytology, and morphology of Polypodium hydriforme, a coelenterate parasite of the eggs of Acipenseriform fishes // J. Parasitol. Vol. 80. P. 1–22.
Raikova E. V., Ibragimov A. Ju., Raikova O. I. 2007. Muscular system of a peculiar parasitic cnidarian Polypodium hydriforme: a falloidin fluorescence study // Tissue and Cell.
Vol. 39. P. 79–87.
Zrzavý J., Hypša V. 2003. Myxozoa, Polypodium, and the origin of the Bilateria: the phylogenetic position of “Endocnidozoa” in light of the rediscovery of Buddenbrockia //
Cladistics. Vol. 19. P. 164–169.
292
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Hовейшая филогения Acoela
О. И. Райкова1,2
1
2
Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
СПбГУ, Биолого-почвенный факультет, Кафедра зоологии беспозвоночных, СанктПетербург, Россия
Молекулярно-филогенетические исследования показали, что группа
Acoela, или бескишечные турбеллярии, является самой древней ветвью древа
Bilateria, независимой от Plathelminthes (Ruiz-Trillo et al., 1999). В связи с повышением интереса к Acoela стал актуальным и пересмотр филогении и систематики внутри группы. Современная система Acoela (Tyler et al., 2006–2010)
нуждается в ревизии, поскольку во многом базируется на устаревшей системе
Дорьеса (Dörjes, 1968), построенной на единственном признаке — строении
мужского совокупительного органа. Мелкие размеры Acoela ранее не позволяли систематикам получать достаточное для построения естественной
системы количество признаков. Только с началом применения электронной
микроскопии, иммуноцитохимии, конфокальной микроскопии и, наконец,
молекулярной филогении, стало возможным пересмотреть систему Acoela.
Для построения нового филогенетического древа Acoela (Jondelius et al., 2011)
нами было закодировано 37 морфологических признаков примерно у трети
(126) из 380 известных видов Acoela. Методом total evidence approach, с использованием двух ядерных рибосомальных генов и одного митохондриального гена в комбинации с морфологическими признаками, реконструирована филогения и эволюция признаков Acoela, представленная в сокращенном
виде на рисунке 1.
Новая классификация Acoela доведена до уровня семейств, причем несколько прежних семейств были сведены в синонимы (Haploposthiidae и
Polycanthiidae вошли в Proporidae; Childiidae вошли в Mecynostomidae;
Anaperidae и Sagittiferidae вошли в Convolutidae; остатки семейства Otocelididae (Philocelis, Philactinoposthia и Notocelis) перенесены в Dakuidae. К сожалению, не удалось исследовать достаточное количество представителей
Actinoposthiidae Hooge 2001, чтобы провести ревизию этого семейства, и его
положение в системе нестабильно.
Интересно отметить, что Diopisthoporidae оказались сестринской группой
всех других Acoela (Bitesticulata), что полностью подтверждает сравнительно-анатомическую точку зрения об их примитивности (Беклемишев, 1964).
Ротовое отверстие книдарий и низших билатерий гомологично бластопору, который закладывается на заднем, вегетативном, полюсе зародыша,
и Diopisthoporidae — единственная группа Acoela, представители которой
сохранили примитивное заднее терминальное положение рта. Группы с передним положением рта (Hofsteniidae, Proporidae) также оказались недалеки
от корня Acoela, причем переднее положение рта было достигнуто в этих
группах параллельно. Вентральное положение рта характерно для дивергентных групп Acoela.
Hовейшая филогения Acoela
293
Рис. 1. Упрощенная филогения Acoela (по: Jondelius et al., 2011, с изменениями). Серые
кружки маркируют признанные семейства, черные — новые группы, белый кружок и звездочка показывает группу с нестабильным положением, состоящую из Actinoposthiidae
и части Isodiametridae. Основные новые группы: Bitesticulata (парные или фолликулярные
семенники, вентральный гонопор); Bursalia (копулятивная бурса чаще всего присутствует);
Prosopharyngida (мускулистая глотка в передней части тела); Crucimusculata (присутствие
вентральных диагональных мышц); Aberrantospermata (аксонемы спермиев со строением 9+1
или 9+0)
Любопытен и вопрос с глотками, которые у присутствуют у большинства
групп низших Acoela и, как правило, отсутствуют у высших, за исключением
Convolutidae. Филогенетический анализ показал, что глотки у Acoela, несмотря на их многообразие являются гомологичнами образованиями. Впрочем,
вероятно, гомологично только глубокое вворачивание мускулатуры стенки
тела, а уникальные для каждой группы глоточные мышцы, описанные в работе Тодт (Todt, 2009), развивались параллельно в разных группах Acoela,
таких как Diopisthoporidae, Paratomellidae, Hofsteniidae, Solenofilomorphidae,
Proporidae и Convolutidae. Становится вероятной и гомология глоток Acoela
с таковыми Nemertodermatida, учитывая сходство последних с глотками Paratomellida, отмеченное Тодт (Todt, 2009).
Архитектоника мускулатуры тела оказалась важным филогенетическим
признаком. Подтвердилась гипотеза Хуге (Hooge, 2001) о том, что развитие
мускулистой глотки компенсируют слабое развитие мускулатуры стенки
тела, представленное в соответствующих группах ортогональной решеткой. У форм без глотки, кроме обычных кольцевых и продольных мышц,
294
О. И. Райкова
на вентральной стороне развиваются 1–2 слоя диагональных мышц (группа
Crucimusculata), также появляются специализированные мышцы вокруг рта.
У таких форм вся вентральная сторона тела участвует в заглатывании пищи.
Строение спермиев наиболее точно отражает филогению группы
(Raikova et al., 2001; Hooge et al., 2002). Спермии Acoela всегда имеют две инкорпорированные аксонемы с инвертированной ориентацией: центриоли
находятся на конце, противоположном ядру. Большинство Acoela имеют
нормальное строение аксонем жгутиков спермиев (9+2), но высших Acoela —
Aberrantospermata — характерны модификации строения аксонем жгутиков:
9+1 у Mecynostomidae или 9+0 у Convolutidae.
Различные типы мужских копулятивных органы Acoela, таких как стилеты или мускулистые пенисы, явно возникали параллельно и независимо
много раз, поэтому использовать их в систематике Acoela надо с большой
осторожностью. Хотя, внутри каждого семейства, когда гомология копулятивных органов доказана, они дают прекрасный филогенетический сигнал
(Raikova et al., 2006). Практически то же самое можно сказать и о нервной
системе (Raikova et al., 2004).
Присутствие или отсутствие бурсы в классификации Вестблада (Westblad, 1948) считалось важным систематическим признаком. В следующей
классификации Дорьес (Dörjes, 1968) счел этот признак несущественным, по
сравнению со строением мужского копулятивного аппарата. Наш филогенетический анализ показывает, что бурсы у большинства Acoela (Bursalia) гомологичны и первично отсутствуют только у Diopisthoporidae и Paratomellidae.
Но тут необходимо добавить, что случаи редукции бурс встречаются достаточно часто и, по-видимому, случайно, например у одного из двенадцати
видов рода Childia — Сh. groenlandica.
Таким образом, полученные данные позволяют провести оценку морфологических признаков, использующихся в систематике Acoela и выявить признаки крупных систематических групп (такие как строение аксонем спермия, характер гонад, положение гонопоров, присутствие бурсы, признаки
мускулатуры стенки тела), признаки семейств (строение нервной системы
и мужских копулятивных органов) и отдельных родов и видов. Полученные
данные важны для понимания филогении билатеральных животных и реконструкции морфологии их общего предка. К сожалению, в настоящее время именно самая дивергентная группа Acoela — Convolutidae — включают
большинство видов, которые используются как модели организации Acoela
и низших Bilateria в целом. Такое положение необходимо исправить, выбирая
как модели базовые виды Acoela.
Работа поддержана грантом РФФИ-09-04-01309.
Литература
Беклемишев В. Н. 1964. Основы сравнительной анатомии беспозвоночных. М.: Наука.
Т. 1. Проморфология. 432 с.
Dörjes J. 1968. Die Acoela (Turbellaria) der Deutschen Nordseeküste und ein neues system
der Ordnung // Z. Zool. Syst. Evolutionsforsch. Bd. 6. S. 56–452.
Hовейшая филогения Acoela
295
Hooge M. D. 2001. Evolution of body-wall musculature in the Platyhelminthes
(Acoelomorpha, Catenulida, Rhabditophora) // J. Morphol. Vol. 249. P. 171–194.
Hooge M. D., Haye P., Tyler S., Litvaitis M. K., Kornfield I. 2002. Molecular systematics of
the Acoela (Acoelomorpha, Platyhelminthes) and its concordance with morphology //
Mol. Phylogenet. Evol. Vol. 24. P. 333–342.
Jondelius U., Wallberg A., Hooge M., Raikova O. I. 2011. How the worm got its pharynx:
phylogeny, classification and Bayesian assessment of character evolution in Acoela //
Syst. Biol. (In press).
Raikova O. I., Reuter M., Justine J. L. 2001. Contributions to the phylogeny and systematics
of the Acoelomorpha // Littlewood D. T. J., Bray R. A. (eds.). Interrelationships of the
Platyhelminthes. The Systematics Association Special Volume 60. London, N.Y.: Taylor
& Francis. P. 13–23.
Raikova O. I., Reuter M., Gustafsson M. K.S, Maule A. G, Halton D. W., Jondelius U. 2004.
Evolution of the nervous system in Paraphanostoma (Acoela) // Zool. Scr. Vol. 33.
P. 71–88.
Raikova O. I. Tekle Y. I., Reuter M., Jondelius U. 2006. Copulatory organ musculature in Childia (Acoela) as revealed by phalloidin fluorescence and confocal microscopy // Tissue
and Cell. 2006. Vol. 38. P. 219–232.
Ruiz-Trillo I., Riutort M., Littlewood T. J., Herniou E. A., Bagunà J. 1999. Acoel flatworms:
earliest extant Bilaterian Metazoans, not members of Platyhelminthes // Science.
Vol. 283. P. 1919–1923.
Todt C. 2009. Structure and evolution of the Pharynx Simplex in acoel flatworms (Acoela) //
J. Morphol. Vol. 270. P. 271–290.
Tyler S., Schilling S., Hooge M., Bush L.F. (comp.). 2006–2010. Turbellarian taxonomic
database. Version 1.5 (http://turbellaria.umaine.edu)
Westblad E. 1948. Studien über skandinavische Turbellaria Acoela. V // Ark. Zool. Bd. 41.
S. 191–273.
296
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
О формообразовании морских пауков (Arthropoda: Pycnogonida) путем сохранения
ювенильных признаков
А. К. Райский1
1
Институт океанологии РАН, Москва, Россия; e-mail: [email protected]
Педоморфоз как эволюционно закрепленное естественным отбором явление физического недоразвития половозрелых форм неоднократно отмечался для ряда систематических групп живых организмов. В большей или
меньшей степени это явление известно у земноводных, членистоногих, моллюсков и иглокожих (Шмальгаузен, 1983). Случаи проявления педоморфоза
у глубоководных морских пауков дополняются сохранением ювенильных
признаков. Молодые особи Colossendeis angusta в Северном море имеют трехчленистую первую конечность с небольшой клешней, которая, как правило, отсутствует у взрослых экземпляров. Описаны половозрелые особи этого вида, проникшие в Японский желоб, которые обладают трехчленистой
первой конечностью и клешней (рис. 1). Здесь проявление глубоководного
педоморфоза связано не с утратой, а с сохранением ювенильного признака,
что свидетельствует о задержке физического развития у половозрелых форм
(Турпаева, 1989).
Недавно был обнаружен представитель семейства Ammotheidae, в результате педоморфоза сохраняющий ювенильные признаки. Взрослый экземпляр
Рис. 1. Передний конец тела Colossendeis angusta: A — молодой экземпляр из Северного моря
(из: Шимкевич, 1929); B — половозрелый экземпляр из Японского желоба с глубины 5450 м.
Сохранены клешни на I паре конечностей (из: Турпаева, 1989)
О формообразовании морских пауков…
297
Рис. 2. Половозрелый экземпляр Ascorhynchus abyssi с подножия глубоководного хребта Ломоносова с глубины 4447 м. Сохранены клешни на I паре конечностей
Рис. 3. Развитие Achelia borealis: A — Протонимфон (из Богомолова и Малахов, 2004); B —
Личинка 2 стадии (из Богомолова и Малахов, 2004); C — Личинка 3 стадии (из Богомолова
и Малахов, 2004); D — Молодой экземпляр из коллекции ЗИН РАН; E — Половозрелый экземпляр из коллекции ЗИН РАН; F — Половозрелый экземпляр Achelia borealis neotenica из сборов
НИС «Академик Мстислав Келдыш», 54-й рейс, 2007 г.
Ascorhynchus abyssi, пойманный во время экспедиции 2007 г. на судне «Polarstern» в Северном Ледовитом океане на подводном хребте Ломоносова,
сохраняет клешни на хелифорах (рис. 2). При заселении Арктики другим
298
А. К. Райский
представителем этого семейства — видом Achelia borealis — происходило активное формообразование, связанное с педоморфозом. В литературе описаны три подвида Achelia borealis: A. borealis borealis Schimkewitsch, A. borealis
neotenica Krapp и A. borealis japonica Losina-Losinsky. Два первых подвида очень
близки между собой, но отличаются строением двучленистых хелифор. Они
обитают в Арктических морях России. Третий подвид — A. borealis japonica —
отмечен в Японском море в заливе Петра Великого.
У молодых особей A. borealis borealis хелифоры имеют небольшую клешню,
которая редуцируется во время индивидуального развития особи (рис. 3).
В конце прошлого века Ф. Крапп (Krapp, 1986) описал A. neotenica по единственному экземпляру, который отличается от типичных A. borealis более
крупными размерами и наличием клешни на 2-м членике хелифор. Следует
отметить, однако, что в работах В. П. Шимкевича (1929) и Л. К. Лозина-Лозинского (1923, 1933) имеются указания на наличие у некоторых экземпляров
A. borealis развитой и, по-видимому, функционирующей клешни. Мы считаем
описанную Краппом форму подвидом A. borealis — A. borealis neotenica. В сентябре 2007 г. экспедицией 54-го рейса НИС «Академик Мстислав Келдыш»
в Карском море в районе Обской губы было собрано 5 самцов (3 с личинками
на яйценосных ножках), принадлежащих к подвиду A. borealis neotenica. Судя
по имеющимся данным о нахождении, этот подвид обитает в Южных районах Карского моря в условиях несколько пониженной солености (Райский,
2010).
Вслед за Лозина-Лозинским (1933) мы считаем A. borealis japonica исходной
формой A. borealis, проникшей в северные моря и сформировавшей там два
подвида с педоморфными признаками, из которых главные: более длинные
хелифоры, 2-е членики которых имеют рудименты пальцев клешни (у A. borealis borealis) или развитую клешню (у A. borealis neotenica), отсутствие перистых
шипов на яйценосных ножках (у A. borealis borealis) и более длинные главные
и придаточные коготки у представителей обоих подвидов. Высокоширотные
условия Арктического бассейна и изменчивость гидрологических характеристик (Фролов, 2008), по-видимому, способствуют педоморфному формообразованию у морских пауков. Увеличение размеров арктических подвидов
арктическо-бореального вида A. borealis можно рассматривать как результат
большей продолжительности жизни особей в условиях холодных вод при сохранении ими отдельных ювенильных морфологических признаков. Увеличение размеров и продление жизни особей И. И. Шмальгаузен (1969, стр. 426)
рассматривал как один из возможных результатов отбора на максимальную
экономичность обмена в поздних фазах онтогенеза.
Литература
Богомолова Е. В., Малахов В. В. 2004. Тонкая морфология личинок морских пауков
(Arthropoda, Pycnogonida) Белого моря // Зоол. беспозвон. Т. 1. № 1. С. 3–28.
Лозина-Лозинский Л. К. 1923. К познанию фауны Pantopoda Белого моря // Известия
Петроградского Научного Института им. П. Ф. Лесгафта. Т. 7. С. 39–48.
Лозина-Лозинский Л. К. 1933. Pantopoda восточных морей СССР // Исследования
морей СССР. Вып. 17. С. 43–80.
О формообразовании морских пауков…
29 9
Райский А. К. 2010. О педоморфном формообразовании у морских пауков (Pycnogonida), связанном с вселением в Арктический бассейн // Российский журнал биологических инвазий. № 2. С. 56–64.
Турпаева Е. П. 1989. Некоторые морфологические черты глубоководных пикногонид // Труды ИО АН СССР. Т. 123. С. 127–133.
Фролов И. Е. (ред.) 2008. Обзор гидрометеорологических процессов в Северном Ледовитом океане за 2007 г. СПб: ААНИИ. 80 с.
Шимкевич В. П. 1929. Многоколенчатые (Pantopoda) // Фауна СССР и сопредельных
стран. Ленинград. Вып. 1. С. 1–224.
Шмальгаузен И. И. 1969. Проблемы дарвинизма. Л.: Наука. 493 с.
Шмальгаузен И. И. 1983. Пути и закономерности эволюционного процесса. Избранные труды. М.: Наука. 360 с.
Krapp F. 1986. Achelia borealis (Schimkewitsch, 1895) und Achelia neotenica sp. n. — ein Vergleich (Pantopoda, Pycnogonida) // Bonner zoologische Beiträge. Bd. 37. S. 301–310.
300
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Популяционно-генетический анализ
представителей семейства осетровых
(Acipenseridae), выловленных в 2009 г. В АзовоЧерноморском бассейне
И. С. Резникова-Галашевич1, В. Г. Спиридонов1, П. П. Табака1,
С. Д. Мельничук1
1
Украинская лаборатория качества и безопасности продукции АПК, Киев, Украина;
e-mail: [email protected]
Осетровые рыбы представляют собой уникальное с биологической точки зрения явление. Это одни из самых древних «живых ископаемых», эволюционный возраст которых соответствует возрасту динозавров и которые,
несмотря на такую давность и сравнительно примитивные признаки морфологической организации, сумели не только выжить, но и занять большой
ареал — почти все Северное полушарие. Особенно богаты осетровыми рыбами как по численности, так и по видовому разнообразию были водоемы бывшего Советского Союза, где было сосредоточено около 95% мировых запасов
осетровых и обитало 13 из 26 известных науке видов осетрообразных. В Бассейне Каспийского моря, в частности, существует 6 видов осетровых, которые
до недавнего времени давали 90% от общего мирового вылова этих рыб.
В последние десятилетия одним из ведущих объектов молекулярной генетики рыб стала митохондриальная ДНК (мтДНК) (Войнова и др., 2002;
Корниенко и др., 2004). Однако в литературе крайне мало фактической
информации, обобщающей материал, накопленный в области структурно-функциональной организации мтДНК у различных объектов, особенно
у рыб.
Генетические исследования обнаружили, что кариотипическая эволюция
осетровых рыб сопровождалась ограниченным числом изменений в хромосомах (Birstein et al., 1997). Скорость молекулярной эволюции осетров на уровне
белков и последовательностей митохондриальной и ядерной ДНК тоже оказалась пониженной (Birstein et al., 1997). Недавнее открытие у видов Acipenser
множественных копий ядерного гена 18S рРНК делает осетров уникальной
группой среди позвоночных. Все осетровые являются полиплоидами (4n-8n16n) и обладают большим (120–500) числом хромосом (Birstein et al.., 1993).
Эти факторы, возможно, явились причиной относительно простой межвидовой и межродовой гибридизации, усугубляемой перекрытием зон нереста.
Гибридизация делает систематику Acipenseridae весьма запутанной (Birstein,
2002). Статус редких видов, высокий эволюционный возраст, особенности
морфологической и молекулярной эволюции делают эту группу особенно
привлекательной для всестороннего изучения, и, прежде всего — для ее сохранения в природе во всем генетическом разнообразии.
Цель работы — по данным секвенирования последовательности гена Cyt b
мтДНК русского осетра и данным EMBL GenBank провести анализ филогенетических связей изучаемой популяции.
Популяционно-генетический анализ…
301
Рис. 1. Дендрограмма популяции русского осетра, построенная при помощи алгоритма
UPGMA. A, B, C, D, E, F, G — гаплотипы
Acipenser gueldenstaedtii GenBank: NC_012576, Acipenser ruthenus GenBank: GU647225.1 —
референтные последовательности участка Cyt b
В качестве митохондриального ДНК-маркера для исследования популяции русского осетра (Acipenser gueldenstaedtii Brandt) Азово-Черноморского
бассейна в наших исследованиях был использован ген Cyt b мтДНК. Секвенирование гена Cyt b мтДНК у 18 особей русского осетра Азово-Черноморского
бассейна выявило 7 различных вариантов мтДНК-гаплотипов, 6 из которых
представлены в EMBL GenBank. Гаплотипы различаются между собой по 2–5
нуклеотидным позициям.
Анализ структуры гена Cyt b мтДНК показал, что исследуемый участок
является полиморфным регионом. Однако изменчивость в нем не определяется наличием повторов, а является результатом точечных мутаций. Полиморфизм исследуемого участка Cyt b представлен в основном транзициями
C14703T, A14748G, C14775T, A14859G, A14928G, T15084A, T15108C, T15270C.
Результаты филогенетического анализа подтверждают данные о том, что
данная популяция распалась на 7 кластеров (рис. 1). Согласно проведенным
расчетам генетических дистанций, среди 7 группировок русского осетра
мтДНК-филогруппы C–D, C–F, G–A, G–B, G–E, G–C демонстрируют наибольшее сходство друг с другом. Филогруппы D–A, D–B, D–E, F–A, F–B, F–E наиболее удалены друг от друга. На филогенетическом дереве, полученном при
302
И. С. Резникова-Галашевич и др.
помощи алгоритма UPGMA мтДНК-филогруппы A, B, E, G составили одну
кладу. Группы гаплотипов D и F заняли базальное место.
Существование у русского осетра высокого внутривидового полиморфизма участка мтДНК, соответствующего гену Cyt b, отмечено и в работе
Бирштейна (Birstein et al., 1993; Birky, 1995). Это явление оказывает сложную,
а часто и невозможную видовую идентификацию осетровых по последовательности мтДНК, однако дает ценный материал для анализа генетических
процессов в популяциях рыб.
Таким образом, филогенетический анализ показал достоверные генетические взаимоотношения между исследуемыми видами, которые обитают
в Азово-Черноморском бассейне. Приведенные данные позволяют использовать участки Cyt b для биогеографических реконструкций и исследований
филогенетических связей между видами осетровых рыб.
Литература
Birky C. W. 1995. Uniparental inheritance of mitochondrial and chloroplast genes:
mechanisms and evolution // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Vol. 92. P. 11331–11338.
Birstein V. J., Poletaev A. I., Goncharov B. F. 1993. The DNA content in Eurasian sturgeon
species determined by flow cytometry // Cytometry. Vol. 14. P. 377–383.
Birstein V. J., Doukakis P., De Salle R. 2002. Molecular Phylogeny of Acipenseridae:
Nonmonophyly of Scaphirhynchinae // Copei. Vol. 2. P. 287–301.
Birstein V.J., Hanner R, De Salle R. 1997. Phylogeny of the Acipenseriformes: cytogenic and
molecular approaches // Env. Biol. Fish. Vol. 48. P. 127–155.
Войнова Н. В., Тимогикина Н. Н., Чистяков В. А., Барминцев В. А., Абрамова А. Б., Чудите О. С. Генетическая паспортизация производителей осетровых рыб // Материалы Международной конференции «Новые технологии в защите биоразнообразия
в водных экосистемах». М. 2002. С. 91.
Корниенко И. В., Брень А. Б., Войнова Н. В., Гуськов Е. П. 2004. Структурная организация митохондриальной ДНК позвоночных животных // Усп. совр. биол. Т. 124.
№ 1 С. 17–27.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
30 3
Компьютерное моделирование
пространственной организации клеточных
пластов
Г. А. Савостьянов1, Н. М. Грефнер2, Е. Г. Магницкая1, А. А. Налимов3,
А. Сидоровская3
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова РАН, Санкт
Петербург, Россия; e-mail: [email protected] (Г. А. Савостьянов)
2
Институт цитологии РАН, Санкт Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
3
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, Санкт Петербург,
Россия
1
Закономерности морфогенеза, т. е. перехода от линейно записанной генетической информации к формированию трехмерных структур организма,
остаются неизвестными, а прогнозирование его возможностей — ограниченным. Это делает актуальным возвращение к старинному вопросу, поставленному еще Гете и Геккелем, о разработке теоретической морфологии,
которая, подобно кристаллографии, была бы способна вычислять множество
возможных форм организмов, описывать законы преобразования этих форм
и прогнозировать направления их развития (Беклемишев, 1925; Thompson,
1942; Любищев, 1982; Webster and Goodwin 1984 и др.). Примером успешной
разработки такой морфологии может служить так называемая структурная
биология, которая возникла в результате развития молекулярной биологии,
геномики и протеомики и, по сути, является морфологической дисциплиной.
Она опирается на развитую теорию, располагает современными средствами компьютерного моделирования и визуализации и способна вычислять
и предсказывать различные варианты трехмерного строения макромолекул
(Schutt and Lindberg, 2000).
Однако пока биологическая и медицинская морфология остается, в основном, описательной дисциплиной, не способной к вычислению и прогнозированию возможных вариантов строения животных и растительных организмов
и их частей. В полной мере это относится и к пространственной организации
биологических тканей, в частности, клеточных пластов. Cуществующие представления об их строении являются плоскостными, трехмерная же их организация остается неизвестной. Мы не знаем форму клеток в объеме и число
сторон, которыми клетки соприкасаются с ближайшими соседями. Но главное — неизвестен характер клеточных взаимодействий внутри пласта. Совокупность таких взаимодействий позволяет рассматривать ткань как единую
систему в виде клеточной сети. Важность такого рассмотрения состоит в том,
что функциональные свойства ткани определяются не только клетками как
таковыми, но и составом и структурой сети в целом.
Одна из причин отмеченного незнания заключается в том, что существующая эмпирическая методика реконструкции трехмерной структуры тканей
по серийным срезам, даже при использовании современных видов микроскопии и компьютерных технологий (Буданцев и Айвазян, 2005), остается сложной, трудоемкой и не обладает необходимой разрешающей способностью.
304
Г. А. Савостьянов и др.
Вторая причина заключается в недостаточном развитии формализованной
теории строения биологических тканей, описывающей топологию и геометрию клеточных пластов (Смолянинов, 1980; Маресин, 1990). В существующем виде эта теория описывает лишь по одному варианту пространственной
организации однослойных и многослойных клеточных пластов и не может
служить базой для построения семейства их компьютерных моделей.
Для преодоления указанных затруднений был разработан новый подход
к исследованию пространственной организации тканей и выяснению структуры их клеточных сетей. Он базируется на концепции, названной структурной гистологией (Савостьянов, 2005). В ее основе лежат две идеи: (1) представление об элементарных единицах многоклеточности — гистионах как
морфофункциональных единицах тканей и (2) представление о тканях как
регулярных клеточных сетях, возникающих в результате полимеризации
гистионов.
Гистионы — это клеточные группы из одной, двух и более клеток, возникающие в результате их специализации и интеграции (т. е. разделения
труда между клетками). Благодаря формализованному описанию такого разделения была разработана теория, способная вычислять состав и структуру
множества гистионов и строить семейства их двух- и трехмерных моделей.
Показано, что развитие гистионов подчиняется периодическому закону, а их
классификация принимает вид периодической таблицы, параметры которой
имеют биологический смысл и пригодны для измерения прогрессивного развития (Савостьянов 2010а, б). Кроме того, теория впервые дала объяснение неизбежности возникновения стволовости как следствия разделения труда. Таким образом, гистионы можно рассматривать как своеобразные «молекулы»
многоклеточности. Они представляют собой самостоятельный, упускаемый
до сих пор уровень биологической организации, располагающийся между
уровнями клеток и тканей.
В соответствии со сказанным предполагается, что ткани построены не из
клеток как таковых, а из гистионов, служащих элементарными морфофункциональными тканевыми единицами. Тогда ткань — это регулярная клеточная сеть, возникающая в результате полимеризации гистионов. При изучении
клеточных сетей возможны локальный и глобальный подходы. При локальном подходе исследуется микроокружение клеток и, тем самым, строение
внутриэпителиальных клеточных ниш. Предметом глобального подхода
должны служить состав и строение клеточной сети в целом. Рассмотрение
тканей как полимеризованных гистионов открывает возможность вычисления множества вариантов пространственной организации клеточных пластов. Так, зная состав и структуру гистионов и правила их полимеризации,
можно вычислять варианты строения клеточных сетей и строить семейства
их топологических и геометрических моделей, которые можно представлять
в виде решеток и мозаик (Савостьянов, 2005). Построенные таким путем модели прогнозируют возможные варианты трехмерного строения эпителиев
и ориентируют исследование на поиск этих вариантов.
Компьютерная реализация этих моделей с помощью специальных программ Гистоарх и Гисторед дает возможность визуализировать форму клеток и их взаимосвязи, определяя характер как клеточного микроокружения и строения внутриэпителиальных клеточных ниш, так и структуру
Компьютерное моделирование…
30 5
клеточных сетей пласта в целом. Кроме того, Гистоарх позволяет получать
сечения моделей в любых направлениях (Савостьянова и др., 2007).
Построенные модели и их сечения служат базой для разработки нового
подхода к изучению пространственной организации реальных эпителиев.
Его суть сводится к сравнению физических или оптических тканевых срезов
с сечениями моделей и выбору той из них, которая совпадает с реальностью.
Эта модель и будет отражать трехмерное строение эпителия и топологию его
клеточной сети. Новый подход радикально повышает разрешающую способность и результативность методики изучения пространственной организации эпителиев при одновременном ее упрощении.
С помощью этого подхода была проведена реконструкция трехмерного
строения ряда покровных и сенсорных эпителиев (Савостьянов, 2005). Впервые установлено трехмерное строение их клеточных сетей, а также структура
внутриэпителиальных клеточных ниш. Модели позволили также предсказать, а затем обнаружить новые варианты пространственной организации
клеточных пластов. Кроме того, с их помощью удалось подтвердить наличие
у тканей ряда таких новых свойств, как трансляционная симметрия, стехиометрия состава, анизотропия, аллотропия, а для трехмерных моделей —
и слайсовое строение. Установлен также характер перестройки тканей при
регенерации (Магницкая и др., 2009). Такие изменения можно рассматривать как изменение структуры гистионов и клеточных сетей по типу фазовых
переходов.
Таким образом, гистионы и клеточные сети представляют собой самостоятельные, упускаемые до сих пор уровни биологической организации.
Предложенные представления составляют основу номогенетической теории,
позволяющей измерять развитие тканей, описывать гипотетические варианты пространственной организации клеточных пластов, прогнозировать возможность их обнаружения и проводить их целенаправленный поиск. Предлагаемая теория и компьютерное моделирование составляют новый подход
к изучению трехмерной структуры различных тканей и перестройки их клеточных сетей в ходе нормального развития и в патологии.
Литература
Беклемишев В. Н. 1925. Морфологические проблемы животных структур (к критике
некоторых из основных понятий гистологии) // Изв. Биол. НИИ при Пермском
ун-те. Пермь: Изд-во Совета ин-та. Т. 3. Прил. 1. 74 с.
Буданцев А. Ю., Айвазян А. Р. 2005. Компьютерная трехмерная реконструкция биологических объектов с использованием серийных срезов // Морфология. Т. 127.
№ 1. С. 72–78.
Любищев А. А. 1982. Понятия сравнительной анатомии // Проблемы формы, систематики и эволюции организмов. М.: Наука. С. 199–218.
Маресин В. М. 1990. Пространственная организация эмбриогенеза. М.: Наука. 169 с.
Магницкая Е. Г., Грефнер Н. М., Голубева Т. Б., Воробьев А. В., Левченко В. Ф., Савостьянов Г. А. 2009. Трансформация трехмерного строения эпителия в развитии на
примере рецепторного эпителия слухового сосочка птиц // Сенсорные Системы.
Т. 23. № 4. С. 334–345.
306
Г. А. Савостьянов и др.
Савостьянов Г. А. 2005. Основы структурной гистологии. Пространственная организация эпителиев. СПб: Наука. 375 с.
Савостьянов Г. А. 2010а. На пути к теоретической биологии развития многоклеточности // «Чарльз Дарвин и современная биология». Труды Международной научной
конференции (21–23 сентября 2009 г., Санкт-Петербург). СПб.: Нестор-История.
С. 534–541.
Савостьянов Г. А. 2010б. Моделирование процессов специализации и интеграции как
основы развития многоклеточности // Журн. эвол. биохим. физиол. Т. 46. № 6.
С. 514–521.
Савостьянова Е. Г., Воробьев А. В., Грефнер Н. М., Левченко В. Ф., Савостьянов Г. А.
2007. На пути к трехмерной гистологии. Применение компьютерных моделей к реконструкции трехмерной структуры биологических тканей на примере анализа
строения слухового эпителия птиц // Морфология. Т. 131. № 1. С. 8–17.
Смолянинов В. В. 1980. Математические модели биологических тканей. М.: Наука.
368 с.
Schutt C. E., Lindberg U. 2000. The new architectonics: an invitation to structural biology //
Anatomical Records (New Anat.). Vol. 261. P. 198–216.
Thompson A. W. 1942. On growth and form. Cambridge: Cambridge University Press.
1116 p.
Webster G., Goodwin B. C. 1984. A structuralist approach to morphology // Riv. Biol.
Vol. 77. P. 503–531.
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
307
Механизмы регуляции эмбриогенеза на
узловых (критических) стадиях развития
Е. А. Северцова1, А. С. Северцов1
1
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Москва, Россия;
e-mail: [email protected]
Исторически понятие «критический период развития» зародилось на рубеже XIX и ХХ веков в экспериментально-эмбриологических работах по изучению влияния повреждающих факторов окружающей среды на развитие
организма. Классическими работами признаны труды П. Г. Светлова (1960,
1978), согласно которым эмбриологический смысл критических периодов заключается в том, что в это время происходит детерминация процессов развития до конечного состояния, достигаемого теми или иными единицами
развивающейся системы к концу данного этапа онтогенеза. Внешние факторы, к которым особенно велика чувствительность в эти периоды, могут ускорять, замедлять или совсем приостанавливать развитие (Токин, 1987). Однако,
выявление этих периодов проводилось на основе оценки увеличения числа
проявляющихся в фенотипе нарушений морфогенеза в ответ на воздействие
факторов окружающей среды. Иной подход был применен В. Г. Черданцевым, в чьих работах был введен термин «узловые стадии развития» (Дорфман
и Черданцев, 1977). И хотя, по мнению авторов, «они (т. е. узловые стадии)
должны соответствовать так называемым «критическим периодам развития»
(стр. 167), их выделение основано на оценке вариабельности нормального
развития зародышей». В современной англоязычной литературе эта тематика нашла отражение в работах, посвященных изучению так называемых
филотипических периодов развития (Richardson, 1995). Применяя морфометрический анализ и оценку изменчивости по значениям коэффициентов
вариации, нами была предпринята попытка выделения критических периодов и/или узловых стадий развития остромордой лягушки (Rana arvalis Nills.)
в период с начала дробления яйцеклетки до стадии почки задней конечности
(с 0 до 39 стадии, согласно таблицам Дабагян и Слепцовой (1975). Было показано, что критические периоды увеличения размеров эмбрионов соответствуют стадиям поздней гаструлы (18–20 стадии), стадии вылупления личинок из оболочек (32–33 стадии) и, по-видимому, стадии начала метаморфоза
(39 стадия). Эти стадии характеризуются сужением пределов варьирования
признака, что отражается в уменьшении различий в значениях Cv при межкладочном сравнении. Кроме того, на таких стадиях развития наблюдаются значения коэффициентов внутриклассовой корреляции, близкое к 50%.
Однако не для всех признаков наблюдается столь закономерная картина.
Процесс формирования хвостовой пластины, в частности, значимость ее
ширины, становится критическим на 34-й стадии развития, когда происходит переход головастиков от прикрепленного к свободноплавающему образу
жизни. «Длина морды» и «ширина головы» характеризуются минимальным межкладочным различием коэффициентов вариации на 36-й стадии; «длина головы» на 34-й стадии, а признак «ширина присоски» — на 33-й стадия развития.
308
Е. А. Северцова, А. С. Северцов
Рис. 1. Постадийный анализ изменения значений обобщенных коэффициентов вариации
(Cvобщ) (по оси Х) от коэффициента детерминации (R2) (по оси Y)
Цифрами обозначены номера стадий для признаков: • — «общая длина зародыша», «длина туловища»,
«длина хвостовой пластины», «ширина хвостовой пластины»; ■ — для признаков «длина морды», «длина
головы», «ширина присоски», «ширина головы» и ▶ — для признаков «высота морды», «высота присоски»,
«ширина ротового отверстия», «расстояние между глаз»
Однако для некоторых головных структур исследования изменчивости не позволило выявить критические стадии развития в эмбриогенезе. к числу этих
признаков относятся «высота морды», «высота присоски», «ширина ротового отверстия» и «расстояние между глазами». При их анализе следует учитывать,
что рассматриваемый в данной работе период развития головастиков оказался непродолжительным: фактически от момента закладки анализируемых
структур до стадии почки задней конечности. Возможно, узловые стадии будут наблюдаться на более поздних этапах развития. На межузловых стадиях
развития мы наблюдали различия в уровне вариабельности эмбриогенеза
между кладками.
На основании такого подхода, все 12 признаков, изучаемые с 27-й (а для
ряда признаков с 33-й и даже с 36-й стадий) по 39-ю стадии развития, были
разделены на три группы. к первой мы отнесли признаки: «общая длина тела»,
«длина туловища», «длина хвостовой пластины» и «ширина хвостовой пластины»,
ко второй: «длина морды», «длина головы», «ширина головы» и «ширина присоски», а к третьей — признаки, не имеющие узловых стадий: «высота морды»,
«высота присоски», «ширина ротового отверстия» и «расстояние между глаз».
Как видно из рисунка 1, между этими группами признаков наблюдаются
различия. Признаки первой группы, характеризующие ростовые процессы
демонстрируют несущественное, по мере развития, снижение общей вариабельности при значительном увеличении коррелированности. При этом коррелированность ростовых процессов резко возрастает с 29-й по 32-ю стадии
и с 34-й по 36-ю, т. е. как раз на предузловых и узловых стадиях. Вторая группа
признаков характеризуется незначительными колебаниями вариабельности
Механизмы регуляции эмбриогенеза…
309
(снижением значений коэффициентов вариации с 33-й по 34-ю стадии и увеличением с 37-й по 38-ю стадии). При этом наблюдается увеличение значений
коэффициентов корреляции на стадиях с 34-й по 36-ю, и с 38-й по 39-ю. Признаки третьей группы, не имеющие узловых стадий, характеризуются увеличением вариабельности развития при низкой ее согласованности. Аналогичное увеличение морфологических корреляций было показано для Danio rerio
на стадиях, которые авторы интерпретировали как филотипические стадии
развития (Schmidt and Starck, 2010). Было показано, что число взаимодействий
увеличивалось значительно по сравнению с более ранними и более поздними эмбриональными стадиями (подразумевается большее число корреляций
между характеристиками и высокий уровень морфологических взаимодействий. Таким образом, изменение вариабельности процесса формирования
структур зародыша регулируется усилением или ослаблением их коррелированности. Поскольку изменение вариабельности и коррелированности мы
наблюдаем для всех признаков, для которых мы можем выделить узловые
стадии, то этот механизм, по-видимому, является универсальным для ростовых процессов и процессов дифференциации. Эти данные позволяют предположить, что адаптивные преобразования в эмбриогенезе происходят как
раз во время критических периодов развития (в понимании П. Г. Светлова)
или на узловых стадиях (в понимании В. Г. Черданцева) и могут определять
эволюцию не только всего зародыша в целом, но и его отдельных структур,
несущих самостоятельную функциональную нагрузку.
Литература
Дабагян Н. В., Слепцова Л. А. 1975. Травяная лягушка (Rana temporaria L.) // Объекты
биологии. М.: Наука. С. 442–462.
Дорфман Я. Г., Черданцев В. Г. 1977. Роль силы тяжести в раннем развитии // Мицкевич М. С. (ред.). Внешняя среда и развивающийся организм. М.: Наука. С. 140–173.
Светлов П. Г. 1960. Теория критических периодов развития и ее значение для понимания принципов действия среды на онтогенез // Полянский Ю. И. (ред.). Вопросы
цитологии и общей физиологии. М., Л.: Изд-во АН СССР. С. 263–285.
Светлов П. Г. 1978. Физиология (механика) развития. Л.: Наука. Т. 1. Процессы морфогенеза на клеточном и организменном уровнях. 279 с.; Т. 2. Внутренние и внешние
факторы развития. 263 с.
Токин Б. П. 1987. Общая эмбриология. М.: Высшая школа. 480 с.
Richardson M. K. 1995. Heterochrony and the phylotypic period // Dev Biol. Vol. 172.
P. 412–421.
Schmidt K., Starck J. M. 2010. Developmental plasticity, modularity, and heterochrony
during the phylotypic stage of the zebra fish, Danio rerio // J. Exp. Zool. B. Mol. Dev.
Evol. Vol. 15. P. 166–78.
310
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Некоторые особенности использования
индекса отолитов анчоуса при определении
популяционной принадлежности
Е. А. Седельникова1
1
Институт биологии южных морей, Севастополь, Украина; e-mail: [email protected]
Вид Engraulis encrasicolus имеет сложную внутривидовую структуру, широкое распространение и является одним из основных промысловых видов
в Азово-черноморском бассейне. Признано существование двух форм анчоуса, отличающиеся по многим морфологическим признакам, которые были
выделены в два подвида: E. encrasicolus ponticus Aleksandrov и E. encrasicolus
maeoticus Puzanov (Световидов, 1964). Однако были проведены работы, показавшие более сложную видовую структуру европейского анчоуса. На основе
полученных результатов было сделано предположение, что структура анчоуса в Черном море, представляет собой: группировки азовской популяции,
черноморской популяции, азово-черноморских гибридов и черноморской
популяции с механической или генетической примесью атлантического анчоуса (Калнин и Калнина, 1985).
В настоящее время для идентификации рас используется индекс отолитов
l/d (Сказкина, 1965). Этот критерий позволяет оперативно и одновременно
с определением возраста анчоуса по отолитам устанавливать и популяционную принадлежность особей. Однако использование данного индекса в качестве различительного внутривидового признака порождает ряд проблем,
требующих критического анализа. Значения l/d для различных популяций
анчоуса достаточно близки по значению и существует вероятность сильного
перекрытия нормальных кривых распределения. Следует обратить внимание
и на различные значения углового коэффициента в уравнениях регрессии
между длиной и высотой отолитов и линейными размерами рыбы (Гетьман,
2005). С учетом вышесказанного является целесообразным проанализировать
параметры сагиттальных отолитов (длина и ширина) и изменение их с возрастом и увеличением длины особи.
Материалом для исследования послужили пробы черноморского анчоуса
(E. encrasicolus ponticus Aleksandrov), собранные в Черном море в районе Севастополя в ноябре–декабре 2010 г. Возраст рыб определяли по сагиттальным
отолитам. В дальнейшем их анализировали в возрасте от года и выше. Отолиты доставали из свежемороженой рыбы, просветляли в глицерине и измеряли при помощи окулярмикрометра бинокуляра МБС-10. У каждой особи
измеряли стандартную длину тела (SL) с точностью до 1 мм, а также длину
(l) и ширину (d) отолита с точностью до 0.025 мм. По этим данным рассчитывали индекс отолитов, как отношение длины отолита к его ширине. Исследовалась зависимость параметров отолитов (длина и ширина) от линейных
размеров рыбы. Статистическая обработка и графическое оформление полученных результатов проведены с применением стандартного пакета Microsoft Excel 2003. Достоверность различий оценивали при помощи t-критерия
Некоторые особенности использования индекса отолитов…
311
Рис. 1. Распределение по частотам индекса отолитов (1 — эмпирическое распределение, 2 —
теоретическое распределение)
Стьюдента. Проверка нормального закона распределения проводилась методом хи-квадрат, теоретические частоты рассчитывались с помощью функции
Лапласа.
Всего было изучено 346 отолитов: 121 — ноябрь, б. Стрелецкая, Севастополь; 224 — декабрь, м. Лукул. Необходимо отметить, что ноябрьская выборка была крупнее декабрьской. Это может быть вызвано различными условиями жизни. Индивидуальные значения SL варьировали для двухлеток от
62 мм до 115 мм, трехлеток — от 78 мм до 117 мм и четырехлеток — от 70 мм
до 115 мм. Индивидуальные значения длины отолита варьировали от 1.9 мм
до 3.43 мм, ширина — от 0.9 мм до 1.63 мм. С возрастом все три параметра
увеличиваются.
При анализе особенностей распределения значений l/d все группы рассматривались в качестве одного массива данных. Распределение данного параметра представлено на рис. 1.
Кривая распределения имеет три вершины, что может говорить либо о наличии других групп, либо это — просто отклонение от теоретической кривой. С помощью критерия Пирсона (хи-квадрат) была подтверждена нормальность распределения: χ2эмпир = 16.99; χ2крит.= 33.4; среднее значение индекса
отолитов l/d = 2.15; σ = 0.12. Полученное среднее значение l/d соответствует значению данного параметра для черноморской популяции (Сказкина,
1965). Таким образом, данная выборка представляет собой черноморскую
популяцию.
На основе литературных данных было выделено четыре группы со следующими значениями индекса отолитов: (1) черноморская хамса: l/d = 2.15;
(2) азовская хамса: l/d = 1.96; (3) прибрежная форма: l/d = 2.04; (4) неизвестная
группа, выловленная около берегов Крыма: l/d = 2.41. С учетом правила 3 σ
все вышеприведенные значения попадают в область нормального распределения для черноморской популяции с определенной вероятностью. Для
уменьшения ошибки при определении популяционной принадлежности
312
Е. А. Седельникова
Рис. 2. Зависимости между линейными размерами рыбы и длиной и шириной отолитов (1 —
длина отолита, 2 — ширина отолита)
необходимо дальнейшее комплексное исследование нормального распределения данного индекса отолитов у всех популяций хамсы. Особенное внимание следует уделять пограничным областям.
Между длиной (l) и шириной (d) отолитов и линейными размерами рыбы
была установлена линейная зависимость (рис. 2). Данные зависимости описываются уравнениями:
l = 0.02SL +0.51; r2=0,76
d=0,01SL+0,35; r2=0,67
В уравнениях наблюдается различие углового коэффициента в два раза.
Отличие углового коэффициента наблюдалось и в других работах (Гетьман,
2005). Данная зависимость говорит о различной скорости увеличения длины
и ширины отолита, что в свою очередь приводит к изменению значения l/d
в зависимости от линейных размеров. Уравнение, описывающее зависимость
индекса отолитов от стандартной длины:
l/d=0,0024SL+1,9286; r2=0,07
Несмотря на небольшое значение углового коэффициента и слабовыраженную зависимость, значение параметра l/d варьирует в достаточных
пределах. Так, в соответствии с уравнением, при значении SL, равном 75 мм,
l/d = 2.11; при SL, равном 120 мм, l/d = 2.22. Разница между полученными
значениями индекса отолитов в зависимости от длины составляет 0.11, в то
время как различие данного параметра для азовской и черноморской рас составляет 0.19. Таким образом, разброс значений l/d, обусловленный линейными размерами особей, будет достаточно сильно влиять на определение
популяционной принадлежности европейского анчоуса в Азово-черноморском регионе.
С учетом того, что длина рыбы пропорциональна возрасту, следует также учитывать возрастной состав выборки. Нужно отметить, что зависимость
индекса отолитов от возраста наблюдалась и в других исследованиях (Зуев
Некоторые особенности использования индекса отолитов…
313
и др., 2001). Авторами было сделано предположение, что рассматриваемая
выборка являлась биологически неоднородной и состояла из двух различных совокупностей, образующих смешанную группировку. Однако с учетом
полученных уравнений, наблюдаемое ранее отличие индекса отолитов в возрастных группах может быть обусловлено различной степенью прироста отолита по длине и ширине с общим ростом особи.
В результате проведенных исследований было показано, что из-за близких значений для различных популяций данного индекса недостаточно для
однозначного определения популяционной принадлежности особей, однако
его можно использовать для предварительного анализа состава выборки. При
этом необходимо учитывать зависимость l/d от линейных размеров и возраста рыбы. Данный анализ был сделан только для черноморской популяции,
поэтому необходимо продолжить исследовать сагиттальные отолиты из других районов.
Литература
Гетьман Т. П. 2005. Морфология отолитов некоторых видов рыб Азово-черноморского
бассейна // Морской экологический журнал. Отд. вып. Вып. 1. С. 13–22.
Зуев Г. В., Гуцал Д. К., Болтачев А. Р., Чесалин М. В., Мельникова Е. Б. 2001. Популяционный подход к изучению некоторых промысловых видов черноморских рыб
как основа сохранения и рационального использования их ресурсов // Экология
моря. № 57. С. 44–50.
Калнин В. В., Калнина О. В. 1985. Интрогрессивная гибридизация рас и популяционная структура анчоуса Черного моря // Генетика. Т. 21. № 8. С. 1352–1360.
Световидов А. Н. 1964. Рыбы Черного моря. Определитель по фауне СССР. М.: Наука.
Вып. 86. 550 с.
Сказкина Е. П. 1965. Различие азовской и черноморской хамсы (Engraulis encrasicolus
maeoticus Puzanov, Engraulis encrasicolus ponticus Aleks.) по отолитам // Вопр. ихтиологии. Т. 5. № 4. С. 600–605.
314
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Классификация рода Siboglinum caullery
(Annelida: Pogonophora) на основании
данных сравнительно-морфологического и
кладистического анализа
Р. В. Смирнов1
1
Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
Погонофоры представляют собой группу свободноживущих тубикольных червей, открытую около века назад, морфологическое изучение и обоснование высокого таксономического статуса которых акад. А. В. Ивановым
составило славу отечественной науки. Их наиболее яркие черты это — отсутствие кишки, эндосимбиотическое питание, обитание в глубоководных
биотопах и запутанная таксономическая история. Таксономический ранг
и филогенетические связи этой группы животных менялись в истории их
изучения много раз, пока, наконец, не вернулись к тому, с чего начались —
к семейству многощетинковых кольчатых червей (McHugh, 1997; Rouse, 2001;
Halanych et al., 2001). На мой взгляд объединение всех погонофор в одно семейство Siboglinidae и включение его в класс Polychaeta не имеет достаточных
оснований, хотя родство погонофор и полихет сомнений не вызывает. Поэтому я предпочитаю здесь рассматривать Pogonophora как группу высокого
таксономического статуса (класса) в составе типа Annelida. Отличительными
чертами морфологии всех погонофор, в особенности френулят, являются,
с одной стороны, ярко выраженная сложная регионализация тела, которая
выражается прежде всего в дифференциации различных органов и систем
вдоль сильно вытянутого тела и в разнообразных проявлениях метамерии, а,
с другой стороны, нестабильность и неопределенность границ между этими
отделами и сильная индивидуальная и популяционная изменчивость большинства их морфологических признаков. Дело осложняется еще тем, что для
разных таксонов изменчивость и значимость одних и тех же признаков неодинакова. В данной работе принята трактовка сегментарного состава тела погонофор по Иванову (Ivanov, 1994 и ранее), а терминология в основном следует
за Southward (1988 и др.). Филогения и классификация погонофор-френулят
в настоящее время разработана явно недостаточно. Одной из самых больших
проблем является систематика рода Siboglinum Caullery, 1914. Этот род в настоящий момент объединяет 72 вида мелких однощупальцевых погонофор.
Род Siboglinum является крупнейшим среди погонофор и составляет почти
51% объема п/кл. Frenulata и более 44% объема всего класса Pogonophora. Автор первого научного описания погонофор проф. М. Коллери использовал
названия семейства Siboglinidae и рода Siboglinum в двух коротких сообщениях в 1914 г. (Caullery, 1914a, b). Другой выдающийся исследователь погонофор
акад. А. В. Иванов в 1951 г. обосновал объединение Siboglinum и Lamеllisabella,
описанной Ушаковым (1933), как представителей одной группы животных,
и создал первые формальные диагнозы этих родов и семейств (Иванов, 1951,
1957, 1960). Система рода Siboglinum остается до сих пор наиболее сложной
Классификация рода Siboglinum caullery…
315
и запутанной среди всех родов погонофор. Эта работа является первой попыткой детальной ревизии рода. Основанием для этого послужило изучение материала из уникальной и крупнейшей в мире коллекции погонофор
ЗИН РАН, собранной за время существования лаборатории в основном усилиями ее основателя и инициатора изучения погонофор в нашей стране
акад. А. В. Иванова, а также литературные данные по всем остальным видам
Siboglinum, примерно половина из которых была описана и изучена А. В. Ивановым. Ревизия основана на классическом сравнительно-морфологическом
подходе. Кроме того сделана попытка проверить эти выводы методами кладистического анализа, что является первым опытом применения его для разработки внутренней систематики погонофор. Род Siboglinum принадлежит
семейству Siboglinidae, диагностические признаки которого это — наличие
более или менее развитых папилл вместо единых кожно-мускульных валиков
в передней части туловища и расположение многоклеточных желез в этом
же регионе в один или зачаточно в два ряда с каждой стороны дорсального
желобка. Несмотря на значительное морфологическое разнообразие сибоглинумов, имеется один специфический признак, объединяющий все виды
рода, а именно наличие единственного щупальца. Два других однощупальцевых рода, Unibrachium и Polarsternium, относятся к семейству Oligobrachiidae
(Southward, 1972; Smirnov, 1999). Актуальная проблема подразделения рода
Siboglinum на несколько подродов до сих пор в литературе не обсуждалась,
хотя существование неких подгрупп внутри рода признавалось многими
специалистами (Ivanov, 1971; Southward, 1972; Flügel, 1990 и др.). Очевидно,
ревизия Siboglinum сделала бы систему рода более регулярной и таким образом значительно облегчила бы определение видов. На мой взгляд следующие
признаки наиболее значимы и пригодны для различения подродов: форма
и расположение железистых участков эпидермиса на переднем отделе, наличие и относительное развитие (занимаемая площадь и размер) передних
зубцов на головках щетинок поясков, число, форма и расположение поясков
щетинок, форма сегментарной борозды на переднем отделе, длина и детали
строения сперматофора, цвет трубки, наличие на ней сегментов (отдельно
или в сочетании с кольцами), характер колец, относительная толщина щупальца, наличие пиннул. Эти признаки в различных сочетаниях позволили
мне выделить в роде Siboglinum 9 дискретных подгрупп. Подгруппы с типовыми видами S. subligatum и S. mergophorum характеризуются наличием двух или
одной своеобразной полосы железистого эпидермиса на переднем отделе.
Диагностическим признаком подгруппы с типовым видом S. caulleryi является
своеобразная косая форма сегментарной борозды на переднем отделе. Спиральные передние пояски щетинок определяют подгруппу с типовым видом
S. callosum. Остальные подгруппы диагностируются различными сочетаниями признаков. Виды подгруппы типа S. fulgens обладают специфической белой или бесцветной трубкой, сперматофорами с очень толстым основанием
филамента и лишены передних зубцов на головках щетинок поясков, или же
зубцы рудиментарны. Крупнейшая наиболее примитивная и наиболее вариабельная подгруппа с типовым видом S. weberi характеризуется несегментированной трубкой с цветными кольцами, хорошо развитыми передними зубцами головок щетинок, тонкими и короткими сперматофорами, отсутствием
косой сегментарной борозды. Диагностический набор признаков подгруппы
316
Р. В. Смирнов
типа S. variabile следующий:
тонкое щупальце, лишенное
пиннул, одна группа из двух
кольцевых поясков щетинок,
слабо развитые передние
зубцы головок щетинок, сегментированная и кольчатая
трубка. Подгруппа с типовым
видом S. minutum отличается
отсутствием передних зубцов
на головках щетинок и своеобразным красно-коричневым
цветом кольчатой несегментированной трубки. ПодгрупРис. 1. Кладограмма рода Siboglinum Caullery. Цифра- па с типовым видом S. ekmani
ми обозначены синапоморфии: 1 — увеличение диахарактеризуется тремя кольметра тела, по­лимеризация многоклеточных желез туловищных валиков, сердечное тело в спинном сосуде; цевыми или зачаточно спи2 — увеличение длины головной лопасти, папиллы ральными поясками щетинок,
в метамерном отделе; 3 — усложнение поясков, вы- расположенными по схеме
раженные папиллы; 4 — редукция правого щупальца, 2+1, очень хорошо развитыми
зачаточная полимеризация желез, слабая выраженпередними зубцами на головность папилл; 5 — цветные кольца трубки, среднее
развитие передних зубцов головок щетинок поясков; ках щетинок, толстым щупаль6 — слабое развитие передних зубцов, усложнение цем с пиннулами, сегментиросперматофоров; 7 — сегментация трубки; 8 — кольце- ванной трубкой с цветными
вая сегментальная борозда переднего отдела; 9 — ко- кольцами. Для проверки этих
сая сегментальная борозда, усложнение сперматофовыводов была предпринята
ров; 10 — редукция передних зубцов, очень жесткая
кольчатая темная трубка; 11 — слабая кольчатость и попытка провести кладистиокраска трубки; 12 — белая или бесцветная трубка, ческий анализ. Были созданы
сперматофоры с утолщенным основанием филамента, матрицы признаков, самая
редукция или рудиментация передних зубцов; 13 — полная из которых включала
полосы железистого эпидермиса на переднем отделе;
в себя 100 признаков. Были вы14 — две полосы; 15 — одна полоса; 16 — усложнение
поясков, сильное развитие передних зубцов, утолще- браны из каждой подгруппы
ние щупальца, пиннулы; 17 — ослабление передних самый типичный и несколько
зубцов; 18 — поясков 3 или 4, расположены 2+1 или наиболее уклоняющихся ви2+2, передние спиральные, кольца трубки регулярно дов, общее количество видов
перфорированы; 19 — поясков 3, расположены 2+1
в анализе составило 39. В ряде
матриц подгруппа типа S. weberi была взята целиком. В качестве аутгрупп
были взяты Oligobrachia dogieli (Oligobrachiidae) и Siboglinoides caribbeanus (Siboglinidae). Расчет проводился программой NDE. В результате во всех кладограммах аутвиды оказывались внутри анализируемой группы, кроме того
сами кладограммы были лишены всякого смысла, виды группировались хаотично. Попытка убрать из матриц весь полиморфизм признаков путем их ордеризации и выделения плезиоморфных признаков не привел к улучшению
результатов. Вероятно, в систематике погонофор очень большое значение
имеет вес признаков, который не учитывается при программных расчетах.
Кладограмма, составленная методом «пера и бумаги» представлена на рис. 1.
Классификация рода Siboglinum caullery…
317
Литература
Иванов А. В. 1951. О включении рода Siboglinum Caullery в класс Pogonophora // Докл.
АН СССР. Т. 76. С. 739–742.
Иванов А. В. 1960. Погонофоры. М.: Фауна СССР, н. сер. Т. 75. 272 с.
Смирнов Р. В. 1999. Новый род и два новых вида погонофор из Северного Ледови­того
океана // Биол. моря. Т. 25. № 4. С. 281–287.
Caullery M. 1914a. Sur les Siboglinidae, type nouveau d’invertébrés recueilli par l’expédition
du Siboga // C.R. Acad. Sci., Paris. T. 153. P. 2014–2016.
Caullery M. 1914b. Sur les Siboglinidae, type nouveau d’invertébrés recueilli par l’expédition
du Siboga // Bull. Soc. zool. Fr. T. 39. P. 350–353.
Flügel H. J. 1990. A new species of Siboglinum (Pogonophora) from the North Atlantic and
notes on Nereilinum murmanicum Ivanov // Sarsia. Vol. 75. P. 233–241.
Halanych K. M., Feldman R. A., Vrijenhoek R. C. 2001. Molecular evidence that Sclerolinum brattstromi is closely related to Vestimentiferans, not to Frenulate Pogonophorans
(Siboglinidae, Annelida) // Biol. Bull. Vol. 201. P. 65–75.
Ivanov A. V. 1957. Neue Pogonophora aus dem nord-westlichen Teil des Stillen Ozeans //
Zool. Jahrb. Abt. Syst., Ökol. Geogr. Tiere. Bd. 85. S. 431–500.
Ivanov A. V. 1971. New Pogonophora from the Atlantic and Pacific Oceans // J. Zool.
Vol. 164. P. 271–304.
Ivanov A. V. 1994. On the systematic position of Vestimentifera // Zool. Jahrb. Abt. Syst.,
Geogr. Biol. Tiere. Bd. 121. S. 409–456.
McHugh D. 1997. Molecular evidence that echiurans and pogonophorans are derived
annelids // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. Vol. 94. P. 8006–8009.
Rouse G. W. 2001. A cladistic analysis of Siboglinidae Caullery, 1914 (Polychaeta, Annelida):
formely the phyla Pogonophora and Vestimentifera // Zool. J. Linn. Soc. Vol. 132.
P. 55–80.
Southward E.C. 1972. On some Pogonophora from the Caribbean and the Gulf of Mexico //
Bull. Mar. Sci. Vol. 22. P. 739–776.
Southward E. C. 1988. Development of the gut and segmentation of newly settled stages
of Ridgeia (Vestimentifera): implications for relationship between Vestimentifera and
Pogonophora // J. Mar. Biol. Ass. UK. Vol. 68. P. 465–487.
Ushakov P. V. 1933. Eine neue Form aus der Familie Sabellidae (Polychaeta) // Zool. Anz.
Bd. 104. S. 205–208.
318
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Pазвитие копулятивного аппарата
у моллюсков семейства Planorbidae (Gastropoda: Pulmonata) и его значение в систематике
группы
Е. В. Солдатенко1
1
Смоленский государственный университет, Смоленск, Россия; e-mail: [email protected]
Семейство Planorbidae Rafinesque, 1815 считается одной из наиболее разнообразных групп Pulmonata (86 родов и подродов по данным Тейлора и Соля
(Taylor and Sohl, 1962)), представители которой широко распространены
в пресных водоемах всего мира. Однако, при рассмотрении разнообразия
конхологических и анатомических признаков у представителей этого семейства возникают определенные сомнения в целостности этой таксономической
группы. Строение копулятивного аппарата является одним из таких изменчивых признаков. В то же время, в литературе неоднократно отмечалась ведущая роль морфологических признаков полового аппарата в диагностике
семейств и родов у легочных моллюсков (Старобогатов, 1967; Шилейко, 1979;
Meier-Brook, 1983; Brown, 2001). Его особенности были положены в основу построения системы семейства Planorbidae многими авторами (Soos, 1935; Baker,
1945; Hubendick, 1955; Старобогатов, 1958, 1967; Hudec, 1967; Nordsieck, 1992
и др.). Строение копулятивного аппарата традиционно изучают у половозрелых особей, в то же время важная информация о родственных отношениях
между группами скрыта также в деталях закладки и в этапах развития его отделов и структур в онтогенезе. Работ, в которых приводятся подобные сведения по данной группе, немного (Richards, 1962; Chin-Tsong Lo, 1967; Jong-Brink
M. et al., 1976; Meier-Brook, 1983; Максимова и Солдатенко, 2004; Солдатенко,
2009).
Проведенные исследования позволили проследить развитие копулятивных аппаратов в постэмбриогенезе у представителей 8 родов — Anisus
vortex (Linnaeus, 1758), Choanomphalus amauronius Bourguignat, 1862 , Gyraulus
аlbus (O.F. Мüller, 1774), Hippeutis complanatus (Linnaeus, 1758), Planorbis planorbis (Linnaeus, 1758), Planorbarius соrneus (Linnaeus, 1758), Planorbella (Seminolina)
duryi (Wetherby, 1879) и Segmentina oelandica (Westerlund, 1885). Систематическое положение не всех родов четко определено, из перечисленных выше
наибольшие споры возникали по статусу родов Choanomphalus Gerstfeldt, 1859,
Planorbarius Dumeril, 1806 и Planorbella Haldeman, 1842, которые иногда исключали из состава семейства Planorbidae.
Развитие копулятивного аппарата у представителей родов Anisus Studer, 1820,
Choanomphalus, Gyraulus Agassiz in Charpentier, 1837 и Planorbis Geoffroy, 1767
протекает сходно (Максимова и Солдатенко, 2004; Солдатенко, 2009). Дифференцировки органа на отделы на самом раннем этапе нет. В проксимальной
части мешковидного зачатка копулятивного аппарата имеется утолщение —
будущий пенис. Дальнейший рост копулятивного аппарата приводит к увеличению его размеров и формированию массивной внутренней мышечной
Pазвитие копулятивного аппарата…
319
складки (саркобеллума), которая разделяет мешок на 2 отдела: проксимальный — мешок пениса и дистальный — препуциум. Уже на этой стадии на
конце пениса формируется стилет и определяются его окончательные размеры (Soldatenko et al., 2011). Пропорции отделов копулятивного аппарата
в процессе развития значительно меняются в зависимости от родовой принадлежности моллюсков. На следующих этапах развития формируются саркобеллумный сосочек, велюм, расширяются мышечные стенки (особенно
препуциума), пенис втягивается в полость мешка и завершается хитинизация
стилета. Примерно на 70–80 день после выхода моллюсков из кладки пропорции отделов стабилизируются, размеры могут несколько увеличиваться, что
связано с ростом моллюсков.
Особенности развития копулятивного аппарата Segmentina Fleming, 1817
и Hippeutis Charpentier, 1837. На ранней стадии развития внешняя дифференцировка мешковидного зачатка копулятивного аппарата на отделы отсутствует, но на тотальных препаратах хорошо видны внутренние образования
– пенис, два зачатка пилястр и вздутие в средней части — зачаток розетки
препуциального органа. На вершине мешковидного зачатка у основания семяпровода выделяется бугорок — зачаток придатков мешка пениса (будущие
флагеллумы). С ростом копулятивного аппарата его структуры все больше
дифференцируются. Формируются саркобеллум и велюм, первый образует
маленький сосочек — внутреннюю границу между мешком пениса и препуциумом (у Hippeutis мышечные складки развиты плохо и образуют скорее сфинктер, чем сосочек). Велюм остается в виде недоразвитой структуры.
Пенис не имеет зачатка стилета, зато на его конце формируется массивная
папилла. Железистые придатки увеличиваются и становятся асимметричными. Препуциальная розетка срастается с пилястром, образуя препуциальный орган. Размеры и положение последнего влияют на форму препуциума.
Примерно к 60-65 дню копулятивный аппарат приобретает окончательные
пропорции.
Особенности развития копулятивного аппарата Planorbarius и Planorbella.
У наиболее ранних зачатков полового аппарата, которые удалось обнаружить, внешней дифференцировки нет, внутри различимы 2–3 образования
– зачаток пениса (у Planorbella уже со стилетом), зачаток препуциального органа, а у Planorbarius, кроме того, зачаток препуциальной железы. С увеличением размеров полового аппарата намечается разделение его на отделы (мешок
пениса и препуциум) за счет внешней центральной кольцевой перетяжки.
У Planorbella в средней части копулятивного аппарата снаружи обособляется
проток, соединяющий два отдела между собой. Последующая дифференцировка структур и увеличение размеров копулятивного аппарата приводят
к разрастанию препуциума вверх и в ширину, что вызывает смещение мешка
пениса относительно препуциума из терминального положения в субтерминальное для более компактного расположения в полости тела. Пропорции
отделов у обоих родов сильно отличаются: у Planorbella отделы сопоставимы
по размеру, и рост препуциума не сильно опережает рост мешка пениса,
у Planorbarius мешок пениса настолько мал, что Максимова и Яковлева (1991)
принимали его и находящийся внутри пенис за рудиментарные образования. Примерно к 120 дню структура приобретает окончательные пропорции.
320
Е. В. Солдатенко
Результаты проведенной работы, основанные на особенностях морфологии и формирования копулятивного аппарата, позволяют выделить два возможных способа его развития в постэмбриогенезе у изученных представителей семейства:
1. Разделение. Этот способ развития наблюдается у 6 родов (Anisus, Gyraulus,
Choanomphalus, Planorbis, Segmentina, Hippeutis). Образование отделов (мешка
пениса и препуциума) происходит за счет разрастания внутренних стенок
и формирования мышечных складок на границе отделов. Отсутствие железистых и препуциальных структур, а также формирование стилетов, которые
закладываются очень рано, демонстрируют более близкое родство родов Anisus, Gyraulus, Choanomphalus и Planorbis, образующих первую группу. А наличие железистых придатков мешка и препуциальных структур характерно для
родов Segmentina и Hippeutis, образующих вторую группу.
2. Перетяжка. Второй способ развития характерен для родов Planorbarius
и Planorbella. Образование отделов происходит за счет внешней центральной
кольцевой перетяжки, разграничивающей мешок пениса и препуциум. Однако, наличие у рода Planorbarius препуциальной железы и специфика дифференцировки, что отражается на пропорциях отделов копулятивного аппарата, свидетельствуют о его отдаленном родстве с Planorbella.
Таким образом, несмотря на общие черты ранних этапов развития у представителей 8 изученных родов, следует признать, что роды Planorbarius и Planorbella не могут принадлежать к семейству Planorbidae, а являются представителями семейства Helisomatidae F. C. Baker, 1928, либо представителями
самостоятельных семейств Camptoceratidae Dall, 1870 и Helisomatidae соответственно, в рамках одного надсемейства. Другие 6 родов, на основании полученных данных, следует оставить в рамках семейства Planorbidae. Однако,
учитывая весь комплекс морфологических признаков, возможно отнесение
этих родов к двум самостоятельным семействам (Planorbidae и Segmentinidae
F. C. Baker, 1945), принадлежащим одному надсемейству.
Литература
Максимова Т. И., Яковлева Ж. А. 1991. Морфофункциональные аспекты физиологии копуляции моллюсков рода Planorbarius (Gastropoda, Pulmonata, Bulinidae) //
Тр. Зоол. ин-та АН СССР. Т. 228. С. 49–60.
Максимова Т. И., Солдатенко Е. В. 2004. Функциональная морфология и онтогенез копулятивного аппарата некоторых пресноводных гастропод // Круглов Н. Д. (ред.).
Сборник докладов по материалам Четвертой научной конференции «Чтения памяти В. В. Станчинского». Смоленск: СГПУ. С. 414–420.
Солдатенко Е. В. 2009. Развитие копулятивного аппарата в постэмбриогенезе у представителей трех родов семейства Planorbidae (Gastropoda: Pulmonata) // Тр. Зоол.
ин-та РАН. Т. 313. С. 168–182.
Старобогатов Я. И. 1958. Система и филогения Planorbidae (Gastropoda Pulmonata) //
Бюлл. Мос. общ. испыт. природы. Т. 63. С. 37–53.
Старобогатов Я. И. 1967. К построению системы пресноводных легочных моллюсков // Тр. Зоол. ин-та АН СССР. Т. 42. С. 280–304.
Шилейко А. А. 1979. Система отряда Geophila (=Helicida) (Gastropoda Pulmonata) //
Тр. Зоол. ин-та АН СССР. Т. 80. С. 44–69.
Pазвитие копулятивного аппарата…
321
Baker F. C. 1945. Molluscan family Planorbidae. Urbana: University of Illinois Press. 530 p.
Brown D. 2001. Taxonomy, biography and phylogeny of the non-lacustrine African
freshwater snails belonging to the genera Ceratophallus and Afrogyrus (Mollusca:
Planorbidae) // J. Zool. Vol. 255. P. 55–82.
Chin-Tsong Lo. 1967. Life history of the snail, Segmentina hemisphaerula (Benson), and
its experimental infection with Fasciolopsis buski (Lankester) // J. Parasitol. Vol. 53.
P. 735–738.
Hubendick B. 1955. Phylogeny in the Planorbidae // Trans. Zool. Soc. Lond. Vol. 28.
P. 453–542.
Hudec V. 1967. Bemerkungen zur Anatomie von Arten aus der Gattung Anisus Studer, 1820,
aus slowakischen Populationen (Mollusca, Pulmonata) // Biologia (Bratislava). Bd. 22.
S. 345–364.
Jong-Brink M. de, Wit A. de, Kraal G., Boer H. H. 1976. A light and electron microscope study
on oogenesis in the freshwater pulmonate snail Biomphalaria glabrata // Cell Tissue Res.
Vol. 171. P. 195–219.
Meier-Brook C. 1983. Taxonomic studies on Gyraulus (Gastropoda: Planorbidae) //
Malacologia. Vol. 24. P. 1–113.
Nordsieck H. 1990. Phylogeny and system of the Pulmonata (Gastropoda) // Arch. Moll.
Vol. 121. P. 31–52.
Richards C. S. 1962. Related development of the male reproductive system in a Floride Gyraulus // Trans. Amer. Microsc.Soc. Vol. 81. P. 347–351.
Soldatenko E., Shatrov A., Shumeev A. 2011. Stylet formation in Anisus vortex (Linnaeus,
1758) (Gastropoda: Planorbidae) // Acta Zoologica (In press).
Soos A. 1935. Morphologie and Histologie des Geschlechtsapparates der ungarischen
Planorbis-Arten // Allattani Közlemények (Budapest). Bd. 32. S. 21–46.
Taylor D. W., Sohl N. F. 1962. An outline of gastropod classification // Malacologia. Vol. 1.
P. 7–32.
322
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Функциональная морфология ядерных
эритроцитов гидробионтов (рыбы, моллюски)
в условиях внешней гипоксии и аноксии
А. А. Солдатов1, В. Н. Новицкая1, И. А. Парфенова2
Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского НАН Украины, Севастополь,
Украина; e-mail: [email protected]
2
Севастопольский национальный технический университет, Севастополь, Украина
1
Зоны экстремальной гипоксии широко представлены в Мировом океане
(Joyce, 2000). Их населяют организмы, для которых внешний дефицит кислорода является функциональной нормой. Установлено, что они имеют
специфику в организации систем кислородного обеспечения и тканевого
метаболизма (Chew et al., 2005; Waarde, 1988). Особое внимание уделяется
функционированию клеточных систем. Удобным объектом являются ядерные эритроциты морских рыб и моллюсков. У них обнаружены митохондрии
и ферменты цикла Кребса (Phillips et al., 2000), что делает их ближе к клеткам
соматических тканей. Как показывают исследования, эти клеточные системы
непосредственно вовлечены в адаптационные процессы и претерпевают выраженные морфофункциональные изменения в условиях внешней гипоксии
(Солдатов и др., 2010; Jensen, 2004).
В условиях эксперимента исследовали влияние гипоксии — 1.7–1.8 мг O2 л-1
(20% насыщения) на морфофункциональные характеристики циркулирующих эритроцитов донной рыбы Scorpaena porcus (L., 1758) и аноксии на эритроидные элементы гемолимфы двустворчатого моллюска Anadara inaequivalvis (Bruguière, 1789).
Кровь у рыб получали путем отсечения хвостового стебля. У моллюсков
образцы гемолимфы брали пункцией из экстрапаллиарного пространства.
В обоих случаях в качестве антикоагулянта применяли гепарин. Затем изготавливали мазки, которые окрашивали по комбинированному методу
Паппенгейма. При помощи окуляр-микрометра на мазках измеряли большой и малый диаметры зрелых эритроцитов и их ядер. Объем выборки —
100 клеток на один мазок. На основании полученных значений рассчитывали
объем и площадь поверхности у отдельных клеток (Vc, Sc) и их ядер (Vn, Sn)
(Hoachin et al., 1958). Это позволяло оценить также удельные поверхности этих
структур — (Sc/Vc,) и (Sn/Vn) соответственно, а также рассчитать величину
ядерно-плазменного отношения (Vn/Vc). Результаты представлены в виде
x ± S x̅ . Достоверность различий оценивали при помощи t-критерия Стьюдента. Объем выборочных совокупностей — 7–13 особей.
Эксперименты с S. porcus. Просмотр препаратов контрольной группы рыб
под микроскопом показал, что зрелые эритроциты скорпены, как и у большинства морских костистых рыб, являются эллипсоидными клетками с вытянутым ядром темно-фиолетового цвета. Ядерный хроматин был сильно
конденсирован, что позволяет говорить о низкой функциональной активности ядра. Цитоплазма представляла собой прозрачную, гомогенную среду
светло-розовой или серовато-розовой окраски.
Функциональная морфология ядерных эритроцитов…
32 3
Таблица 1. Морфо-функциональные характеристики эритроцитов Scorpaena porcus и Anadara
inaequivalvis в условиях внешнего дефицита кислорода
Показатели
Sc, мкм2
Vc, мкм3
Sc/Vc, мкм-1
Sn, мкм2
Vn, мкм3
Sn/Vn, мкм-1
Vn/Vc
Scorpaena porcus
Нормоксия
Гипоксия
397.86 ± 12.01
420.29 ± 14.99
257.36 ± 10.25
294.81 ± 10.49
1.480 ± 0.019
1.422 ± 0.013
56.96 ± 3.59
68.73 ± 2.23
39.84 ± 3.88
52.17 ± 2.61
1.491 ± 0.048
1.339 ± 0.023
0.163 ± 0.019
0.173 ± 0.011
Anadara inaequivalvis
Нормоксия
Аноксия
315.95 ± 14.66
333.70 ± 9.23
202.55 ± 9.98
218.35 ± 5.37
1.567 ± 0.012
1.532 ± 0.007
37.76 ± 1.99
43.89 ± 1.32
21.97 ± 1.63
27.20 ± 0.79
1.831 ± 0.056
1.696 ± 0.016
0.112 ± 0.006
0.127 ± 0.005
В условиях экспериментальной гипоксии у эритроцитов бычка визуально
не отмечали изменения окраски цитоплазмы и наличие каких-либо деформаций. Однако клетки при этом становились более крупными и приобретали
более округлую форму. Явно увеличивался объем их ядер. Отмеченные изменения побудили нас провести цитометрические исследования, результаты
которых представлены в таблице 1.
Содержание особей скорпены при концентрации кислорода в воде 1.7–
1.8 мг л-1 (20% насыщения) в течение 40 суток сопровождалось увеличением
объема эритроцитов (Vc) на 14.6% (p<0.05). Одновременно отмечали тенденцию увеличения Sc, однако она не была статистически выражена. Удельная
поверхность клеток красной крови (Sc/Vc,) при этом уменьшалась на 3.9%
(p<0.05). Свеллинг клеток красной крови происходил на фоне роста объема
их ядер (Vn) — 30.9% (p<0.02) (табл. 1). Эти процессы были количественно
сопоставимы, о чем свидетельствует отсутствие статистически значимых
различий Vn/Vc между контрольной и опытной группами рыб. Площадь поверхности ядер (Sn) увеличивалась менее значительно — 20.7% (p<0.02), что
приводило к снижению удельной поверхности (Sn/Vn) данной структуры на
10.0% (p<0.02).
Эксперименты с A. inaequivalvis. Зрелые эритроидные элементы гемолимфы
моллюска имеют практически округлую форму. Цитоплазма ацидофильная,
что связано с высоким содержанием гемоглобина в клетке. Эритроидные
элементы моллюска содержат ядро. Оно небольшое, имеет эллипсоидную
форму. Содержимое ядра компактное с высоко концентрированным хроматином, цвет резко базофильный, что свидетельствует о низкой функциональной активности данной структуры. Отличительной чертой эритроцитов
гемолимфы анадары явилось наличие базофильной зернистости. Зерна размером 0.33–0.66 мкм располагаются вблизи ядра в количестве 21.8±0.7 единиц
на клетку. Функциональное назначение этих структур пока не ясно.
Аноксия не вызывала заметных изменений в морфологии эритроидных
элементов гемолимфы анадары. В условиях аноксии отмечали тенденции
роста площади клеточной поверхности (Sc) и объема клеток (Vc). Последнее
было более выражено. Это определило статистически значимое снижение
удельной поверхности (Sc/Vc,) клеток на 2.3% (p<0.02). Сходные изменения
претерпевали и клеточные ядра. Объем и площадь поверхности этих структур повышались соответственно на 23.8 и 16.0% (p<0.02), при этом удельная
поверхность понижалась на 7.4% (p<0.05). Ядерно-плазматическое отношение
324
А. А. Солдатов, В. Н. Новицкая, И. А. Парфенова
(Vn/Vc) в отличии от рыб уменьшалось на 7.4% (p<0.05). Существенно возрастало число зернистых включений в цитоплазме на 36.7% (p<0.001). Количество эритроцитарных теней (разрушенные клетки) на мазках было в 4.2 раза
выше, чем у контрольной группы моллюсков.
Как видно из представленных результатов, реакция ядерных эритроцитов
рыб и моллюсков на внешний дефицит кислорода была близкой. Она выражалась в росте объема клеток и их ядер при одновременном уменьшении
удельных поверхностей этих структур.
Случаи свеллинга клеток красной крови в условиях внешней гипоксии
были описаны ранее для многих рыб (Baldisserotto et al., 2008; Chapman and
Renshaw, 2009). В основе данного явления лежит трансмембранный обмен
Na+/H+, который индуцируется повышением концентрации катехоламинов
в крови (Perry and Thomas, 1991). Выход H+ из клетки предотвращает значительное изменение рН эритроцита в условиях плазматического ацидоза,
что способствует нормальному функционированию его молекулярных систем, прежде всего гемоглобина. Одновременно происходит поступление Na+
в клетку, что повышает осмотическое давление и сопровождается оводнением
эритроцита. По-видимому, эти процессы и определяли увеличение объема
клеток красной крови у обоих видов в условиях дефицита кислорода. Следует отметить, что гидратация цитоплазмы должна ухудшать диффузионные
процессы и негативно влиять на течение обменных процессов в клетке. Об
этом свидетельствует отмеченное нами ранее явление «метаболического ареста», которое развивается у данного типа клеток в условиях острого дефицита
кислорода (Солдатов и др., 2010; Jensen, 2004).
Литература
Солдатов А. А., Парфенова И. А., Новицкая В. Н. 2010. Содержание одновалентных
катионов и АТР в эритроцитах морских рыб при экспериментальной гипоксии //
Укр. биохим. журн. Т. 82. № 2. С. 36–41.
Baldisserotto B., Chippari-Games A. R., Lopes N. P., Bicudo J. E. P. W., Paula-Silva M. N.,
Almaida V. M. F., Val A. L. 2008. Ion fluxes and haematological parameters of two teleosts
from the Rio Negro, Amazon exposed to hypoxia // Brazil. J. Biol. Vol. 68. P. 336–345.
Chapman C. A., Renshaw G. M. 2009. Hematological responses of the grey carpet shark
(Chiloscyllium punctatum) and the epaulette shark (Hemiscyllium ocellatum) to anoxia and
re-oxygenation // J. Exp. Zool. Part A. Vol. 311. P. 422–438.
Chew S. F., Gan J., Ip Y. K. 2005. Nitrogen metabolism and excretion in the swamp eel,
Monopterus albus, during 6 or 40 days of estivation in mud // Physiol. Biochem. Zool.
Vol. 78. P. 620–629.
Hoachin D. N., Munn J. I., Parnell B. L. 1958. A method for the measurement of red cell
dimensions and calculation of mean corpuscular volume and surface area // Blood.
Vol. 13. P. 1185–1191.
Jensen F. B. 2004. Red blood cell pH, the Bohr effect, and other oxygenation-linked
phenomena in blood O2 and CO2 transport (review) // Acta Physiol. Scand. Vol. 182.
P. 215–227.
Joyce S. 2000. The dead zones: oxygen-starved coastal waters // Environ. Health Perspective.
Vol. 108. P. A120-A125.
Функциональная морфология ядерных эритроцитов…
32 5
Perry S. F., Thomas S. 1991. The effects of endogenous of exogenous catecholamines on
blood respiratory status during acute hypoxia in rainbow trout // J. Comp. Physiol.
Vol. 161B. P. 489–497.
Phillips M. C. L., Moyes C. D., Tufts B. L. 2000. The effects of cell ageing on metabolism in
rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) red blood cells // J. Exp. Biol. Vol. 203. P. 1039–1045.
Waarde A. 1988. Biochemistry of non-protein nitrogenous compounds in fish including
the use of amino acids for anaerobic energy production // Comp. Biochem. Physiol.
Vol. 91B. P. 207–228.
326
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Серотонин и fmrf-амидергические нейроны
в ганглии брюшной нервной цепочки
у полихет Platynereis dumerilii и Phyllodoce
groenlandica
В. В. Старунов1, О. Б. Лаврова1
1
Санкт-Петербургский Государственный Университет, Сaнкт-Петербург, Россия;
e-mail: [email protected] (В. В. Старунов)
Изучение организации брюшного мозга у полихет имеет весьма длинную
историю. У представителей семейств Nereididae и Phyllodocidae методом
прижизненного окрашивания метиленовой синью были детально изучены
нейрональные отношения (Smith, 1957; Лагутенко, 1981; Лагутенко, 1992).
В то же время знания о химической специфичности нейронов и распределении нейромедиаторов до сих пор остаются обрывочными. Развитие иммунохимических методов и конфокальной микроскопии позволило решить
эту проблему. Наиболее часто этими методами исследуют распределение
нейронов, содержащих серотонин и нейропептид FMRF-амид. На данный
момент в этом отношении изучены главным образом представители олигохет и некоторых мелких форм полихет (Hessling et al., 1999; Orrhage and
Müller, 2005). Целью данной работы было исследование распределения серотонин- и FMRF-амидергических нейронов в ганглиях представителей двух
семейств полихет — Platynereis dumerilii (Nereididae) и Phyllodoce groenlandica
(Phyllodocidae).
По строению ганглии Platynereis dumerilii — вытянутые, слитые, коннективы короткие. От каждого ганглия отходит по четыре пары отростков, при
этом передняя часть ганглия и первая пара отростков заходят в предыдущий
сегмент тела. У Phyllodoce groenlandica ганглий округлой формы, имеет шесть
пар отростков и залегает в пределах одного сегмента тела. Коннективы —
длинные, отделенные друг от друга. При основании параподий у представителей обоих видов находятся параподиальные ганглии.
В туловищном ганглии Platynereis dumerilii было выявлено двадцать две
пары серотонин-иммунореактивных нейронов (рис. 1А). Все они сосредоточены на вентральной стороне ганглия и расположены билатерально-симметричными парами. Их можно условно разделить на две группы: переднюю
и заднюю. Разделение это весьма условно, так как форма ганглия и взаимное
расположение нейронов до определенной степени зависят от степени деформации червя. Поскольку расположение ганглия несколько сдвинуто относительно сегмента, первые несколько пар серотонин-положительных нейронов
лежат на территории предыдущего сегмента.
Большое количество волокон серотонинергических нервов расположено
в стволах брюшной нервной цепочки в главных стволах нейропиля. Кроме
того, отростки серотонин-положительных нейронов входят в состав непарного ствола, расположенного на дорзальной стороне ганглия. Ствол этот состоит из двух симметричных серотонин-положительных пучков. Отростки
Серотонин и fmrf-амидергические нейроны…
327
Рис. 1. Схема распределения серотонинергических (черные) и FMRF-амидергических (серые)
нейронов в ганглиях брюшной нервной цепочки Platynereis dumerilii (A) и Phyllodoce groenlandica (B). Пунктиром обозначена граница между сегментами тела у Platynereis dumerilii
серотонинергических нейронов главным образом входят в состав третьей
пары сегментарных нервов ганглия — так называемых параподиальных нервов. В параподиальном ганглии серотонин-положительные нейроны выявлены не были. На выходе из параподиального ганглия нерв разделяется на
две ветви, в составе каждой из которых идут отростки серотонин-положительных нейронов.
Также единичные отростки серотонин-положительных нейронов обнаружены и в остальных трех парах сегментарных нервов, однако количество их
крайне невелико.
В ганглии Phyllodoce groenlandica все серотонин-положительные нейроны
расположены, как и у Platynereis dumerilii, на вентральной стороне (рис. 1В).
Их всего восемь пар, сгруппированных в две группы: переднюю и заднюю.
Отростки серотонин-положительных нейронов можно различить как в составе продольных нервных стволов брюшной нервной цепочки, так и в составе
всех шести пар сегментарных нервов. Непарный нерв отсутствует, однако
наиболее хорошо различима пара крупных волокон на внутренней стороне
стволов.
В сегментарных нервах отростки серотонин-положительных нейронов различимы весьма отчетливо. Отростки, входящие в состав первой пары нервов,
у основания изгибаются и контактируют с отростками второй пары. Подобным образом происходит и объединение волокон второй, третьей, а также
шестой и четвертой пар. Отростки третьей и четвертой пар тоже объединяются, но несколько более латерально. Таким образом, получается нервный
тяж, который идет параллельно брюшным нервным стволам по вентральной
части ганглия. Возможно, он соответствует нерву, описанному ранее Лагутенко (1992).
328
В. В. Старунов, О. Б. Лаврова
Таким образом, пространственная организация серотонинергических нейронов в составе брюшного мозга Platynereis dumerilii подобна таковой у Phyllodoce groenlandica. Тем не менее, количество нейронов различается почти в три
раза. Кроме того, в ганглии Ph. groenlandica отсутствует медиальный серотонин-положительный нерв, что, согласно последним данным, является вторичным упрощением (Orrhage and Müller, 2005).
Ганглий зрелого сегмента Platynereis dumerilii содержит около двадцати
пяти пар FMRF-амидергических нейронов (рис. 1А). Большая часть нейронов сосредоточена в вентральной и вентро-латеральных частях ганглия, однако несколько пар имеют латеральное и даже дорзолатеральное положение.
Главной особенностью распределения FMRF-амид-положительных нейронов является отсутствие их в передней части ганглия. Все они расположены
в пределах одного сегмента. То есть находящаяся в предыдущем сегменте
передняя часть ганглия не содержит FMRF-амидергических нейронов; наиболее антериорные из них находятся на уровне отхождения второй пары
сегментарных нервов. Таким образом, распределение FMRF-амидергических
и серотонинергических нейронов по ганглию различается.
Отростки FMRF-амидергических нейронов в брюшном нервном стволе
образуют два хорошо обособленных пучка. В непарном нерве FMRF-амидиммунореактивных структур обнаружено не было. Во всех парах сегментарных нервов были обнаружены отростки FMRF-амидергических нейронов.
Наиболее богат ими параподиальный нерв. Обе ветви этого нерва содержат
отростки FMRF-амид-положительных нейронов. Кроме того, сам параподиальный ганглий зрелого сегмента содержит в своем составе три FMRF-амидположительных нейрона.
У Phyllodoce groenlandica в брюшном ганглии можно выявить до 17 пар
FMRF-амид-положительных нейронов (рис. 1B). Они расположены главным
образом в задней части ганглия на вентральной и латеральных сторонах его.
При этом большая часть нейронов расположена в латеральных частях ганглия и даже несколько дорзо-латерально. Латерально расположенные FMRFамид-позитивные нейроны присутствуют на всем протяжении ганглия. Все
вентрально и вентро-медиально расположенные нейроны залегают на задней
половине ганглия. Параподиальный ганглий, также как и у Platynereis dumerilii, имеет FMRF-амид-положительные нейроны.
Характер расположения волокон FMRF-амид-положительных нейронов во
всех отростках ганглия Phyllodoce groenlandica практически идентичен таковому для серотонин-положительных нейронов.
Таким образом, распределение FMRF-амидергических нейронов в брюшных ганглиях Platynereis dumerilii и Phyllodoce groenlandica сходно. Сравнимо
и количество нейронов. Однако у Ph. groenlandica относительно большее их
количество расположено латерально и дорзолатерально.
Данное исследование дает возможность предположить, что пространственная организация моноаминергических и пептидергических нейронов в брюшном ганглии Platynereis dumerilii и Phyllodoce groenlandica принципиально не различается. Распределение серотонинергических нейронов
по вентральной стороне всего ганглия и тяготение FMRF-амидергических
нейронов к постериорной части ганглия позволяет предположить некую
функциональную неоднородность ганглия как в дорзо-вентральном, так
Серотонин и fmrf-амидергические нейроны…
329
и в антериорно-постериорном направлениях. Причем эта неоднородность
проявляется сходным образом у представителей двух разных групп полихет.
Работа выполнена с использованием оборудования, предоставленного
ЦКП «Хромас». Исследование поддержано грантами РФФИ 09-04-01309-а
и 10-04-01033-а.
Литература
Лагутенко Ю. П. 1981. Структурная организация туловищного мозга аннелид. Л.: Наука. 128 с.
Лагутенко Ю. П. 1992. Клеточная организация нейросомита филлодоцид (Polychaeta:
Phyllodocidae) // Исследования фауны морей. Т. 43. № 51. С. 25–31.
Hessling R., Muller M. C., Westheide W. 1999. CLSM analysis of serotonin-immunoreactive
neurons in the central nervous system of Nais variabilis, Slavinia appeniculata and Stylaria
lacustris (Oligochaeta: Naididae) // Hydrobiologia. Vol. 406. P. 223–233.
Orrhage L., Müller M. C. M. 2005. Morphology of the nervous system of Polychaeta
(Annelida) // Hydrobiologia. Vol. 535/536. P. 79–111.
Smith J. E. 1957. The Nervous Anatomy of the Body Segments of Nereid Polychaetes // Phil.
Trans. R. Soc. Lond. Ser. B. Vol. 240. P. 135–196.
330
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Цитологические аспекты начальных этапов
эволюции эпителиальных систем
М. В. Столярова1
1
Санкт-Петербургская государственная педиатрическая медицинская академия, СанктПетербург, Россия; e-mail: [email protected]
Эволюция эпителиальных тканей является актуальной проблемой эволюционной гистологии и сравнительной цитологии. Внеклеточному матриксу
придается особое значение — участие в регуляции формообразовательных
процессов (Албертс и др., 1987), а эпителиальные ткани рассматриваются как
первичные тканевые системы Metazoa (Tyler, 2003). Согласно теории параллелизмов А. А. Заварзина (1934), развитие нервной системы, соединительной
ткани, крови и мышечных тканей происходило параллельно в ряду беспозвоночных и в ряду хордовых. Однако теорию параллелизмов не удавалось
применить к эпителиям, которые отличаются большим разнообразием.
Н. Г. Хлопин, на основании изучения особенностей функционирования эпителиальных тканей млекопитающих, создал теорию дивергентной эволюции
тканей (Хлопин, 1934). В настоящее время имеется большой материал по строению эпителиев, указывающий на дивергентное развитие эпителиальных
тканей. В то же время на клеточном и тканевом уровнях отмечаются черты
сходства, возникающие параллельно и независимо в разных систематических
группах (Заварзин, 2000).
Недостаточно в этом отношении изучены эпителии представителей групп,
которые можно назвать ключевыми для понимания начальных этапов и путей эволюции эпителиальных тканей. К ним относятся, прежде всего, бескишечные турбеллярии (Acoela, Turbellaria) — наиболее примитивные из
современных билатерально-симметричных животных. По данным молекулярно-филогенетических исследований (Ruiz-Trillo et al., 1999; Telford et al.,
2003 и др.), Acoela представляют собой независимую группу, образующую
самую древнюю ветвь Bilateria. По определению Беклемишева (1964), организация бескишечных турбеллярий близка к дотканевому, паренхимному уровню. У высших турбеллярий (Turbellaria, Plathelmintes) и немертин
(Nemertini) появляются дифференцированные ткани, в связи с чем исследование эпителиев этих животных также представляет существенный интерес.
Особое положение в системе животного царства занимают кишечнодышащие
(Enteropneusta, Hemichordata), стоящие у основания ветви хордовых и из современных животных наиболее близкие к их предкам. Уникальный эволюционный феномен представляют щетинкочелюстные (Chaetognatha), обладающие многослойным кожным эпителием — единственный случай среди
беспозвоночных. А. В. Иванов (1976) выделяет щетинкочелюстных в качестве
особой отдельной ветви Procoelomata, произошедшей от Archibilateria.
В настоящей работе с целью выяснения основных особенностей начальных этапов эволюции эпителиальных систем изучены методами световой
и электронной микроскопии кожный покров и центральная паренхима Convoluta convoluta (Acoela), кожный и кишечный эпителии Amphiporus lactifloreus
Цитологические аспекты начальных этапов эволюции…
331
(Nemertini), Saccoglossus mereschkowskii (Enteropneusta) и Aidanosagitta macilenta
(Chaetognatha), а также целомический эпителий S. mereschkowskii и A. macilenta.
Кожный и кишечный эпителии всех изученных животных, за исключением
A. macilenta, представлены мерцательными и железистыми клетками. Мерцательные клетки кожного эпителия имеют реснички и слой микроворсинок на
апикальной поверхности. Присутствие микроворсинок, а также выявленные
признаки эндоцитозной активности свидетельствуют о способности к поглощению веществ из внешней среды через кожный покров. В то же время мерцательные клетки отличаются деталями строения у разных видов. Реснички
кожного покрова C. convoluta обладают необычной особенностью — они часто
имеют на своей поверхности регулярно расположенные в ряд небольшие выступы правильной формы. Можно предположить, что клетки с ресничками,
имеющими такую специализацию, участвуют в рецепции или регуляции
тока воды. Базальные тельца ресничек у разных видов выступают над апикальной поверхностью клетки: у C. convoluta — на 0.1 мкм, у A. lactifloreus — на
0.3 мкм, у S. mereschkowskii — на 0.3–0.5 мкм. Есть и некоторые отличия в их
внутреннем строении. Система корневых нитей отличается у разных видов
количеством корневых нитей и их расположением. Установлено, что у A. lactifloreus и S. mereschkowskii корневые нити ресничек образуют соединения с соседними корневыми нитями и с областью межклеточных контактов. В формировании связей между корневыми нитями, а также между ними и областью
межклеточных контактов у изученных видов участвуют цитоплазматические
филаменты диаметром 10 и 7 нм. Можно констатировать, что в клетках с развитым мерцательным аппаратом существует сложная система связей между
корневыми нитями, по-видимому, обеспечивающая стабилизацию положения ресничек. У мерцательных клеток кожного покрова C. convoluta и S. mereschkowskii выявлены признаки секреции. Цитоплазма мерцательных клеток
кожного эпителия S. mereschkowskii отличается содержанием большого количества фагосом. Мерцательные клетки кожного эпителия A. lactifloreus обладают уникальной особенностью — в разных участках цитоплазмы они содержат
многочисленные базальные тельца ресничек и центриоли, проявляя способность к интенсивному центриологенезу (Атаманова, 1980; Столярова, 2007).
Это можно связать с высокой способностью немертин к регенерации. Мерцательные клетки кожного эпителия изученных видов содержат миофиламенты, и, следовательно, представляют собой эпителиально-мышечные клетки.
Однако расположение пучков миофиламентов у разных видов отличается.
У C. convoluta они располагаются в отростках, отходящих от основания клеток
(Атаманова, 1980; Столярова, 2008), у A. lactifloreus — в центральных частях
цитоплазмы, а у S. mereschkowskii — в апикальной части клеток в ассоциации
с промежуточными межклеточными контактами. Наличие эпителиально-мышечных клеток описано и другими авторами в кожном покрове у C. convoluta
(Попова, 1987; Райкова, 1988) и эпителии глотки у S. mereschkowskii (Ежова и Малахов, 2007). Микроворсинки мерцательных клеток отличаются длиной у разных видов. Таким образом, мерцательные клетки кожного эпителия у разных
животных имеют специфические особенности, обусловленные, очевидно, как
генетическим статусом, так и влиянием внешней среды. В целом по функции их можно характеризовать как мультифункциональные мерцательные
секреторно-всасывающие эпителиально-мышечные клетки. Мерцательные
332
М. В. Столярова
клетки кишечного эпителия также мультифункциональны. Они содержат
миофиламенты в базальной части цитоплазмы и являются эпителиально-мышечными. Кроме того, они образуют микроворсинки и выполняют функцию
всасывания, а также способны к секреции.
Железистые клетки также проявляют признаки мультифункциональности. Железистые клетки кожного эпителия S. mereschkowskii имеют отдельные
микроворсинки, встречаются базальные тельца и корневые нити ресничек.
Зернистые железистые клетки кожного и кишечного эпителиев S. mereschkowskii выделяют секрет как по экзокринному, так и по эндокринному типу.
Железистые клетки кожного эпителия A. lactifloreus в разных участках цитоплазмы содержат базальные тельца. Наличие микроворсинок и базальных
телец ресничек указывает на родство железистых и мерцательных клеток.
Рецепторные клетки выявлены в кожном эпителии C. convoluta. Регуляторные
эндокриноподобные клетки обнаружены в кожном и кишечном эпителиях
A. lactifloreus и S. mereschkowskii. Получены морфологические данные о нейрональной регуляции функций эпителиальных клеток в кожном и кишечном
эпителиях S. mereschkowskii.
Целомический эпителий S. mereschkowskii и A. macilenta образован эпителиально-мышечными клетками с единичными ресничками. Базальные мембраны изученных эпителиев сходны по своему строению, но у S. mereschkowskii
появляется усложнение: во внутреннем слое имеются регулярно расположенные гранулы, предположительно, адгезивного значения.
Совокупность полученных данных позволяет заключить, что эпителиальные ткани на ранних этапах эволюции представляют собой слабо детерминированные комплексы, состоящие из мультифункциональных клеток, объединенных и функционально связанных примитивными регуляторными
механизмами. Поддержание клеточной популяции обеспечивается за счет деления эпителиальных клеток. Одноименные типы клеток у разных животных
имеют специфические особенности ультраструктуры, иногда являющиеся
таксономически важным признаком группы. Особые мостичные межклеточные контакты и митохондрии с трубчатыми кристами характерны только
для щетинкочелюстных, что подтверждает их обособленное систематическое
положение.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 10-04-1033).
Литература
Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К., Уотсон Дж. 1987. Межклеточная адгезия и внеклеточный матрикс // Молекулярная биология клетки. Т. 3.
С. 201–243.
Атаманова М. В. 1980. Морфо-функциональные особенности кожного покрова и центральной паренхимы бескишечных турбеллярий, кожного и кишечного эпителиев
немертин и кишечнодышащих. Автореф. дисс. канд. биол. наук. Л. 20 с.
Беклемишев В. Н. 1964. Основы сравнительной анатомии беспозвоночных. М.: Наука.
Т. 2. Органология. 449 с.
Цитологические аспекты начальных этапов эволюции…
333
Ежова О. В., Малахов В. В. 2007. Эпителиально-мышечные клетки в кишечнике представителя полухордовых Saccoglossus mereshkowskii (Hemichordata, Enteropneusta) //
Докл. РАН. Т. 14. № 1. С. 137–139.
Заварзин А. А. 1934. Об эволюционной динамике тканей // Арх. биол. наук. Сер. А.
Т. 36. № 1. С. 3–64.
Заварзин А. А. 2000. Сравнительная гистология. СПб: Изд-во СПбГУ. 518 с.
Иванов А. В. 1976. О соотношении между Protostomia и Deuterostomia и система животного мира // Зоол. журн. Т. 55. № 8. С. 1125–1137.
Попова Н. В. 1987. Ультраструктура нервной системы и органов чувств бескишечной
турбеллярии Convoluta convoluta (Turbellaria, Acoela). Автореф. дисс. канд. биол.
наук. Л. 18 с.
Райкова О. И. 1988. Сравнительное исследование ультраструктуры бескишечных турбеллярий. Дисс. канд. биол. наук. Л.
Столярова М. В. 2007. Ультраструктурная организация и возможные механизмы обновления кожного эпителия Amphiporus lactifloreus (Nemertini) // Материалы международного симпозиума «Клеточные, молекулярные и эволюционные аспекты
морфогенеза». М.: ИБР им. Н. К. Кольцова РАН. С. 153–155.
Столярова М. В. 2008. Кожный покров бескишечной турбеллярии Convoluta convoluta
как пример примитивной эпителиальной тканевой системы // Сборн. научн. трудов «Проблемы и перспективы современной науки». Томск. Вып. 1. С. 45–46.
Хлопин Н. Г. 1934. Эволюция эпителиальных тканей и их взаимоотношения с внешней и внутренней средой // Арх. биол. наук. Т. 36. Сер. А. № 1. С. 65–94.
Ruiz-Trillo I., Riutort M., Littlewood D. T., Herniou E. A., Baguña J. 1999. Acoel flatworms:
earliest extant bilaterian Metazoans, not members of Platyhelminthes // Science.
Vol. 283. P. 1919–1923.
Telford M. J., Lockyer A. E., Cartwright-Finch C., Littlewood D. T. 2003. Combined large and
small subunit ribosomal RNA phylogenies support a basal position of the acoelomorph
flatworms // Proc. Biol. Sci. Vol. 270. P. 1077–1083.
Tyler S. 2003. Epithelium — the primary building block for metazoan complexity // Integr.
Comp.Biol. Vol. 43. P. 55–63.
334
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Некоторые аспекты эволюции четырехногих
клещей (Acari, Eriophyoidea) на растениях
С. И. Сухарева1, Ф. Е. Четвериков2
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия;
e-mail: [email protected]
2
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия;
e-mail: [email protected]
1
Четырехногие клещи (надсемейство Eriophyoidea Nalepa, 1898) — высокоспециализированная группа микроскопических паразитов (150–300 мкм),
тесно связанная с растениями и резко отграниченная по морфологическим
признакам от других таксонов акариформных клещей. Клещи заселяют
различные вегетативные и генеративные органы растений, многие виды
являются галлообразователями, причем наблюдается высокая видовая специфичность этих паразитов по отношению к родам или даже видам растений-хозяев. В настоящее время известно не менее 4000 видов этих клещей.
Для этой группы характерны следующие особенности, показывающие их
тесную связь с растениями: (а) высокая специализация по отношению к растениям-хозяевам; (б) однотипная общая организация, наличие большого количества морфологически близких видов и вместе с тем разнообразие форм,
различающихся мелкими деталями; (в) связь таксонов клещей, имеющих
плезиоморфные признаки, с эволюционно древними растениями-хозяевами;
(д) связь групп видов клещей с надвидовыми таксонами растений (трибами
родов, родами) на тех территориях, где происходило формирование этих
таксонов; (е) способность многих видов клещей вызывать характерные для
них новообразования на своих растениях-хозяевах (галлы, войлочки, разрастания почек и т. д.).
В надсемействе Eriophyoidea выявляются две основные тенденции морфологических преобразований: (1) выделяется обособленное семейство
Phytoptidae Murray, 1877, связанное с филогенетически древними таксонами растений (хвойные и некоторые однодольные), представители которого
имеют разные наборы плезиоморфных признаков — им свойственна особая
хетотаксия дорсального щитка, наличие субдорсальной щетинки опистосомы и тибиального соленидия 1-й пары конечностей; (2) все клещи, независимо от наличия или отсутствия плезиоморфных признаков, по своему
габитусу разделяются на 2 типа — червеобразные клещи с равным количеством дорсальных и вентральных полуколец опистосомы, ведущие скрытый
образ жизни (в галлах, почках и т. д.) и клещи с более коротким компактным телом, ведущие свободный образ жизни на поверхности листьев. Если
первая тенденция показывает связь с филогенией растений (морфологические перестройки у клещей следуют за дивергенцией растений-хозяев), то
вторая не имеет явной связи с филумами растений и является результатом
адаптациогенеза группы. Отдельные этапы эволюции, сопровождающиеся
морфологическими преобразованиями, могли проходить под влиянием неоднозначных факторов, оказавших влияние на формирование этой группы
Некоторые аспекты эволюции четырехногих клещей…
335
паразитов растений. Построить естественную систему надсемейства и выяснить филогенетические отношения между его членами (даже с применением
молекулярных методов) возможно, только принимая во внимание эти факторы. Данные, накопленные в процессе многолетних исследований, позволили
сделать нижеследующие предположения.
В начале становления клещей как паразитов растений их эволюция следовала за эволюцией растений-хозяев, что подтверждается и морфологическими перестройками, которые хорошо прослеживаются на видах семейства
Phytoptidae, сохранивших плезиоморфные признаки и связанных с древними таксонами растений; однако при рассмотрении более подвинутых семейств Eriophyidae Nalepa, 1898 и Diptilomiopidae Keifer, 1944 картина усложняется и становится более запутанной. Некоторую связь отдельных групп
эриофиоидей с филогенией растений все же можно обнаружить и на видах
клещей, утративших плезиоморфные признаки, если при этом учитывать
биогеографические и филогенетические данные по их растениям-хозяевам.
На примере четырехногих клещей со злаков (Сухарева, 1992) было показано,
что в разных географических точках на сформировавшихся там трибах злаков происходило формирование групп видов рода Aceria Keifer, 1944.
Нельзя исключать и возможность перехода клещей на несвойственные им
виды растений, в течение долгого времени входящие в одни и те же фитоценозы. Вероятность такой смены хозяев повышается благодаря их совместному произрастанию в течение целых геологических периодов. Например,
относительно близких видов клещей-галлообразователей Eriophyes lissonotus
(Nalepa, 1892) на березе и E. laevis (Nalepa, 1919) на ольхе можно высказать
предположение как о наличии у них общего предка, обитавшего на предках
березы и ольхи (сем. Betulaceae S. F. Gray, 1821), так и о возможности перехода
клещей с ольхи на березу (или наоборот), так как виды этих родов были в числе основных лесообразователей бореальной области примерно с мелового
периода (Мейен, 1987).
Отдельные этапы эволюции могли проходить и без сколько-нибудь заметных морфологических преобразований на одном растении-хозяине при
занятии на нем новых экологических ниш. Примером тому могут служить
виды рода Acalitus Keifer 1965 на березе и ольхе. Два близких вида A. longisetosus (Nalepa 1892) и A. brevitarsus (Fockeu, 1890) вызывают на этих растениях
однотипные войлочки, но на березе есть и третий вид A. calycophthirus (Nalepa
1891), близкий к вышеупомянутым, который вызывает совсем другое новообразование — разрастание и пролиферацию почек годичных побегов. На ольхе почки четырехногими клещами не заселяются, и эта экологическая ниша
остается свободной.
Раньше нами было высказано предположение о том, что основной путь
эволюции такой узкоспециализированной группы, как четырехногие клеши — это неоднократные переходы от скрытого к открытому образу жизни и наоборот, сопровождающиеся соответствующими морфологическими
перестройками (Багнюк и др., 1998). Однако это — чисто абстрактная схема
(хотя и не лишенная доказательств), не объясняющая, каким именно образом могли происходить такие преобразования, и каковы побудительные причины, воздействовавшие на изменение клещами их биологических особенностей. Интересно, что у многих видов четырехногих клещей наблюдается
336
С. И. Сухарева, Ф. Е. Четвериков
полиморфизм самок — имеются летние (протогинные) и зимние (дейтогинные) формы, причем морфологические различия между этими формами зачастую сходны с различиями между скрытоживущими и открытоживущими
видами клещей. Таким образом, изначально заложенная у многих видов способность к полиморфизму может открыть дальнейший путь к адаптивной
радиации.
Примером возможного перехода от скрытого к открытому образу жизни
с приобретением нового габитуса может служить наличие на пырее Elytrigia
repens (L.) двух видов клещей — открытоживущего и скрытоживущего. Открытоживущий вид Aculodes mckenziei (Keifer, 1944) почти по всем морфологическим признакам (рисунок дорсального щитка, длина щетинок) близок
к скрытоживущему виду Aceria agropyronis Keifer, 1960 и отличается от него
лишь немного более компактной, а не червеобразной формой тела, более
мощным дорсальным щитком и более длинными конечностями и гнатосомой. Молодые стадии этих видов практически не различаются ни по форме
тела, ни по отдельным признакам. Вероятно, видообразование у клещей может проходить и на одном растении-хозяине, когда скрытоживущие виды
дают начало открытоживущим, а те, в свою очередь, скрытоживущим. Причем при переходе от открытого к скрытому образу жизни у клещей может
появиться способность вызывать повреждения, что приводит к смене и их
условий обитания. Косвенным доказательством могут служить виды рода
Aculus Keifer, 1959 на ивах, такие, как A. tetanothrix (Nalepa, 18889) и A. craspedobius (Nalepa, 1925), так как они — обитатели галлов, сохранившие в своем
внешнем строении ряд черт открытоживущих форм.
Таким образом, можно сделать вывод, что утрата плезиоморфных признаков проходила вслед за эволюцией растений-хозяев — плезиоморфные
признаки являются маркерами филетической эволюции, в то время, как смена одного типа габитуса другим могла происходить неоднократно в разных
филумах четырехногих клещей, независимо от эволюционных тенденций их
растений хозяев. Такого рода эволюционные преобразования не могут вывести эту группу за рамки присущих ей стандартов. Единственным примером
поступательного направления эволюции подвинутой группы четырехногих
клещей может служить семейство Diptilomiopidae, морфологические преобразования в котором (в первую очередь, значительное удлинение гнатосомы)
привели его представителей к принципиально новому типу питания — от
питания содержимым эпидермальных клеток к питанию содержимым клеток паренхимы. Новый способ питания расширил и круг растений-хозяев — один и тот же вид Rhyncaphytoptus ulmivagrans Keifer, 1939 встречается не
только на своих основных хозяевах — вязах, но и на березах. Однако и в этом
семействе возможен возврат к прежнему типу питания: при сохранении «диптиломиопидного» габитуса: в семействе есть виды, которые обладают короткими хелицерами, что делает клетки паренхимы недоступными для клещей
(Cухарева и др., 2004).
Становление открытоживущих форм могло происходить параллельно
в разных группах четырехногих клещей (семейства Phytoptidae и Eriophyidae).
Ярким примером параллелизма являются виды рода Nalepella Keifer, 1944,
принадлежащие к семейству Phytoptidae, по своему габитусу и образу жизни
очень близкие к видам семейства Diptilomiopidae. Существование этого рода
Некоторые аспекты эволюции четырехногих клещей…
337
показывает, что морфологические изменения, связанные с переходом к новому образу жизни не уникальны, и могли осуществляться неоднократно.
Возможно, и само семейство Diptilomiopidae не является монофилетическим:
циркумбореальные и юго-восточноазиатские виды этого семейства различаются по целому ряду признаков, в том числе адаптивных. В частности, удлинение конечностей, коррелятивно связанное с увеличением гнатосомы, в той
и в другой группе достигается неоднозначно — за счет удлинения разных
члеников конечностей (Сухарева и др., 2004). Таким образом, в процессе эволюции морфологические преобразования этого надсемейства клещей оказываются крайне ограниченными. В их основе лежат многочисленные реверсии
и параллельные пути развития, происходящие под влиянием перечисленных
условий.
Литература
Багнюк И. Г., Сухарева С. И., Шевченко В. Г. 1998. Основные направления эволюции четырехногих клещей как специализированной группы организмов на примере семейств Pentasetacidae Shev., Nalepellidae Roiv. и Phytoptidae Murrey (Acari,
Tetrapodili) // Acarina. Т. 6. № 1-2. С. 59–76.
Мейен С. В. 1987. Основы палеоботаники. М.: Недра. 403 с.
Сухарева С. И. 1992. Четырехногие клещи на злаках. СПб: Изд. СПбГУ. 230 с.
Сухарева С. И., Багнюк И. Г., Кучер В. А. 2004. Семейство Diptilomiopidae Keifer и его
роль в эволюции четырехногих клещей (Acari, Tetrapodili) // Материалы VII Всероссийского акарологического совещания (30 ноября – 2 декабря 2004 г., СанктПетербург). СПб: Зоологический ин-т РАН. С. 109–111.
338
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Анатомия целомической системы форонид:
два типа организации
Е. Н. Темерева1
1
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия;
e-mail: [email protected]
Организация целомической системы — один из важных сравнительно-анатомических критериев, использующийся для определения родства
между крупными таксонами животных. Как было показано в конце 19 века
(Masterman, 1898), личинки форонид имеют трехраздельный целом, состоящий из непарного предротового целома, парного щупальцевого и парного
туловищного целомов. На основании сходства организации целомической
системы форониды рассматривались как группа, родственная вторичноротым животным (Siewing, 1974; Zimmer, 1978), для которых также характерно
наличие трех отделов целома. Данные последних десятилетий, полученные
методами молекулярной филогении, перевернули представления о системе
Bilateria. Согласно результатам последних лет, форониды — группа, родственная типичным первичноротым животным — моллюскам и кольчатым
червям (Paps et al., 2010).
Новые данные породили новую волну интереса к форонидам и в частности
к вопросу организации их целомической системы. Наибольший интерес вызывает существование у форонид предротового целома, поскольку наличие
щупальцевого и туловищного целомов никогда не отрицалось. Как было показано в нескольких работах, и личинки форонид (актинотрохи), и взрослые
животные лишены предротового целома и, таким образом, не имеют трехраздельного целома (Bartolomaeus, 2001; Gruhl et al., 2005). Отметим, что все
эти исследования были выполнены на представителях рода Phoronis. Однако, наши собственные данные показали, что личинки и взрослые животные,
принадлежащие роду Phoronopsis имеют хорошо выраженный обособленный
предротовой целом (Темерева и Малахов, 2006; Temerteva and Malakhov, 2011).
Ранее для личинок форонид было отмечено разное строение «предротового целома» (Zimmer, 1978) (рис. 1A-E). У одних личинок имеется замкнутый
целомический цилиндр, который у живых актинотрох виден как две септы,
проходящие от краев апикальной пластинки к пищеводу (рис. 1B, E). У других личинок имеется только одна такая септа или же септы вовсе отсутствуют
(рис. 1A, C, D). Эти данные были подкреплены нашими собственными результатами (Темерева и Малахов, 2004; Temereva, 2009) и положены в основу
идентификации родовой принадлежности личинок форонид.
Что касается взрослых форонид, то на сегодняшний день имеются ультраструктурные доказательства существования целома эпистома у Phoronopsis
harmeri (Temereva and Malakhov, 2011) и отсутствия этого целома у Phoronis
ovalis (Gruhl et al., 2005) и Ph. muelleri (Bartolomaeus, 2001). Интересно, что для
последнего вида существование полости в основании эпистома было показано гистологическими методами (Siewing, 1974). Изучение серий гистологических срезов позволило не только описать целом эпистома у Phoronis
Анатомия целомической системы форонид…
339
Рис. 1. Целомическая система форонид. A-E — предротовая полость у личинок форонид, принадлежащих роду Phoronis (A, C, D) и Phoronopsis (B, E). F-H — поперечные срезы взрослых
форонид (F — Phoronis australis, G — Phoronopsis harmeri, H — Phoronis ijimai). Наконечниками
указана полость эпистома. I-L — трехмерные реконструкции целомической системы и эпистомальной полости Ph. harmeri (I, J), Ph. ijimai (K) и Ph. australis (L)
бл — бластоцель; ж — желудок; лч — латеральные части полости эпистома; п — пищевод; р — рот; с —
септа; сц1 — септы предротового целома; тц — туловищный целом; цч — центральная часть полости
эпистома; щц — щупальцевый целом; эц — целом эпистома
psammophila (Emig and Siewing, 1975) и Ph. ijimai (Pross, 1974), но и реконструировать сложную мышечную систему этого целомического компартмента.
Более того, сравнительный анализ данных показал, что организация предротового целома у взрослых форонид напрямую зависит от размеров тела
животного: чем меньше размеры, тем эта полость менее выражена (Emig and
Siewing, 1975).
Не касаясь ультраструктурных доказательств существования предротового
целома у представителей рода Phoronis, отметим, что реконструкция по сериям гистологических срезов показывает существенные различия в строении
предротового целома у представителей рода Phoronis и Phoronopsis (рис. 1F–L).
340
Е. Н. Темерева
Как оказалось, целом эпистома имеет крупную центральную часть и обширные латеральные ветви у Ph. harmeri (рис. 1G, I, J). Совсем другое строение
имеет полость в основании эпистома у представителей рода Phoronis. Нами
были проанализированы серии срезов двух видов форонид, имеющих существенные различия в размерах тела и типе организации лофофора: Ph. ijimai
и Ph. australis. У обоих видов обнаруживаются узкие и длинные полости, проходящие в основании латеральных губ эпистома. Более того у Ph. australis эти
полости повторяют сложную форму эпистома, которая в свою очередь соответствует сложной организации лофофора (рис. 1L). Однако у обоих видов
центральная часть эпистомальной полости очень узкая. Более того, крупный
Ph. australis имеет более узкую центральную часть эпистомальной полости,
чем Ph. ijimai (рис. 1F, H, K, L).
У форонид мы имеем дело с двумя разными типами организации целомической системы. Первый тип организации — бипартитный целом, характерен для представителей рода Phoronis. В этом случае имеется только два
отдела целома: щупальцевый и туловищный, — тогда как предротовой целом у личинок отсутствует, а у взрослых животных формируется как дериват
щупальцевого целома. Второй тип организации целомической системы —
трипартитный целом — характерен для представителей рода Phoronopsis.
И у личинок, и у взрослых форм имеется три отдела целома: предротовой,
шупальцевый и туловищный. В свете новых данных об исходности метамерного целома для всех Bilateria более «метамерный» целом следует рассматривать как плезиоморфное состояние.
Благодарности: Работа выполнена при поддержке РФФИ (№ 11-04-00690),
гранта Президента РФ (МД-2892.2011.4) и ФЦП (№ 4456.2010.4, № 02.740.11.0280
и № P727).
Литература
Темерева Е. Н., Малахов В. В. 2006. Ответ Томасу Бартоломеусу: «Личинки форониды
Phoronopsis harmeri имеют три отдела целома» // Зоол. беспозвон. Т. 3. № 1. С. 1–21.
Bartolomaeus T. 2001. Ultrastructure and formation of the body cavity lining in Phoronis
muelleri (Phoronida, Lophophorata) // Zoomorphology. Vol. 120. P. 135–148.
Emig C. C., Siewing R. 1975. The epistome of Phoronis psammophila (Phoronida) // Zool.
Jahrb. Anat. Bd. 194. S. 47–54.
Gruhl A., Grobe P., Bartolomaeus T. 2005. Fine structure of the epistome in Phoronis ovalis: significance for the coelomic organization in Phoronida // Invert. Biol. Vol. 124.
P. 332–343.
Paps J., Baguñà J., Riutort M. 2010. Lophotrochozoa internal phylogeny: new insights from
an up-to-date analysis of nuclear ribosomal genes // Proc. R. Soc. Vol. 276. P. 1245–1254.
Pross A. 1974. Untersuchugen uber die Muskulatur des Epistoms der Phoroniden (Phoronis
ijimai Oka [Phoronidea]) // Zool. Jahrb. Anat. Bd. 92. S. 391–403.
Siewing R. 1974. Morphologische Untersuchungen zum Archicoelomatenproblem. The body
segmentation in Phoronis muelleri de Selys-Longchamps (Phoronidea) Ontogenese —
Larve — Metamorphose — Adultus // Zool. Jahrb. Anat. Bd. 92. S. 275–318.
Анатомия целомической системы форонид…
3 41
Temereva E., Malakhov V. 2011. Organization of the epistome in Phoronopsis harmeri
(Phoronida) and consideration of the coelomic organization in Phoronida //
Zoomorphology. Vol. 130. (In press).
Temereva E. N. 2009. New data on distribution, morphology and taxonomy of phoronid
larvae (Phoronida, Lophophorata) // Invert. Zool. Vol. 6. P. 1–25.
Zimmer R. L. 1978. The comparative structure of the preoral hood coelom in Phoronida
and the fate of this cavity during and metamorphosis // Chia F. S., Rice M. E. (eds.).
Settlement and Metamorphosis of Marine Invertebrate Larvae. N.Y.: Elsevier. P. 23–40.
342
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Строение предротового целома Phoronopsis
harmeri: анатомия и ультраструктура
Е. Н. Темерева1
1
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Москва, Россия;
e-mail: [email protected]
Вопрос об организации целомической системы форонид до сих пор остается открытым. Наиболее спорным является существование предротового целома. Все исследования, выполненные методами гистологической техники, свидетельствуют о существовании предротового целома у личинок и взрослых
форонид (Emig and Siewing, 1975; Zimmer, 1978). Однако, все ультраструктурные данные, появившиеся в последние годы, показали отсутствие и у личинок и у взрослых форонид настоящего предротового целома (Bartolomaeus,
2001; Gruhl et al., 2005; Grobe, 2008). Отметим, что ультраструктурные исследования организации целома никогда не проводились на представителях рода
Phoronopsis. Использование методов гистологической техники позволило реконструировать анатомию полости, расположенной в основании эпистома
Ph. harmeri, а применение ТЕМ методов позволило получить доказательства
того, что эта полость — настоящий целом (рис. 1).
Предротовой целом располагается в основании эпистомной складки и повторяет ее форму. У экземпляров, лофофор которых не образует полного
оборота, эпистом повторяет форму лофофора и имеет центральную, латеральные и дорсальные части (рис. 1A). Полость не заходит в дорсальные
части и занимает только центральную и латеральные части (рис. 1J). Латеральные ветви преорального целома располагаются между двумя рядами щупалец (наружным и внутренним) и оказываются зажатыми между двух ветвей щупальцевого целома (рис. 1B, I). Со стороны щупалец наружного ряда
между целомом эпистома и щупальцевым целомом располагается относительно тонкая перегородка, тогда как со стороны щупалец внутреннего ряда
между целомом эпистома и щупальцевым целомом формируется довольно
толстый диссепимент (Рис. 1B). Латеральные ветви представляют собой довольно обширные полости, заполненные мышечными клетками (рис. 1C,
J). Центральная часть преорального целома имеет трапециевидную форму
и расширяется к основанию (рис. 1D, J). С дорсальной стороны целомическая
полость центральной части контактирует со щупальцевым целомом, формируя толстый диссепимент (рис. 1D). В том месте, где внутренний ряд щупалец
разомкнут (середина дорсальной стороны), целомическая полость прилежит
непосредственно к абфронтальному эпидермису эпистома (рис. 1D). Со стороны рта границей центральной части преорального целома является фронтальный эпидермис эпистома (рис. 1D). Предротовой целом располагается
над щупальцевым целомом и контактирует с ним как в латеральных своих
ветвях, так и в центральной части (рис. 1B-E).
Между основанием предротового целома и щупальцевым целомом всегда есть перегородка, которая на полутонких срезах выглядит как один слой
клеток (рис. 1E). Однако, использование ТЕМ методов позволяет обнаружить,
Строение предротового целома Phoronopsis harmeri…
343
Рис. 1. Строение эпистома (A) и преорального целома Phoronopsis harmeri на гистологических
(B-D, I), полутонких (E) и ультратонких (F-H) срезах. A — эпистом (СЭМ). B — фронтальный
срез через головной участок тела. Целом латеральных частей эпистома указан вырезанными
наконечниками. C — сагиттальный срез через латеральную ветвь целома эпистома (лч). D —
сагиттальный срез через центральную часть целома эпистома (цч). E — срез через перегородку (п) между целомом эпистома и щупальцевым целомом (щц). F — участок той же перегородки. G-H — клетки целомической выстилки и складки внеклеточного матрикса (вм). Прямыми
наконечниками указаны десмосомы. I — поперечный срез через латеральную ветвь целома
эпистома (указан наконечниками). J – 3D реконструкция целома эпистома
ац – амебоцит, вкс – восходящий лофофоральный кровеносный сосуд, вщ – щупальце внутреннего ряда,
д – диссепимент между целомом эпистома и целомом щупалец внутреннего ряда, дчэ – дорсальная часть
эпистома, лчэ – латеральная часть эпистома, мк – мышечные клетки, мф – миофиламенты, нкс – нисходящий лофофоральный кровеносный сосуд, нщ – щупальце наружного ряда, тф – толстые филаменты
внеклеточного матрикса, тщ – туловищный целом, эц – целом эпистома
344
Е. Н. Темерева
что эта перегородка представляет собой настоящий диссепимент (рис. 1F).
Он образован двумя слоями клеток и слоем неклеточного вещества, который
имеет довольно сложную структуру. В составе неклеточного вещества можно
выделить области рыхлого аморфного материала и области с очень высокой
плотностью коллагеновых волокон. Внутрь слоя неклеточного вещества проникают отростки мышечных клеток (Рис. 1F). Кроме того, нам не удалось
обнаружить очевидного контакта между слоем неклеточного вещества диссепимента и неклеточным веществом, подстилающим эпидермисы эпистома.
На микрофотографиях видно, что диссепимент контактирует со стенками
эпистома посредством пучка отростков мышечных клеток (рис. 1F).
Выстилка предротового целома образована эпителиально-мышечными
клетками, которые связаны между собой десмосомами и подостланы слоем
неклеточного матрикса (рис. 1F-H). Клетки целомической выстилки формируют базальные отростки, распластанные по поверхности базальной пластинки и несущие десмосомы (рис. 1H). Большая часть клеток целомической
выстилки формируют крупные выросты, которые пересекают полость целома и проходят от одной его стенке к другой (рис. 11G, H). В цитоплазме этих
выростов проходят мышечные волокна. Зачастую ядро клетки также может
располагаться в таком выросте и тогда клетка приобретает веретеновидную
форму: один ее конец контактирует с неклеточным веществом фронтального эпидермиса эпистома, другой — с неклеточным веществом фронтального
эпидермиса, а расширенная центральная часть содержит ядро (рис. 1H). Как
оказалось, внеклеточный матрикс также может образовывать складки, вдающиеся в просвет целома (рис. 1G). Эти складки содержат большое количество
толстых коллагеновых волокон и служат опорой для мышечных отростков
клеток целомической выстилки.
Таким образом, предротовой целом имеет очень сложную конфигурацию,
повторяющую форму эпистома, и удовлетворяет всем характеристикам настоящего целома: это — замкнутая со всех сторон полость, имеющая собственную выстилку, образованную настоящим эпителием. Эти результаты коррелирует с нашими предыдущими данными по организации целомической
системы личинок Ph. harmeri и существовании у них настоящего предротового
целома (Темерева и Малахов, 2006).
Благодарности: Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (№ 11-04-00690), гранта Президента
РФ (МД-2892.2011.4) и Федеральной целевой программы (№ 4456.2010.4,
№ 02.740.11.0280 и № P727).
Литература
Темерева Е. Н., Малахов В. В. 2006. Ответ Томасу Бартоломеусу: «Личинки форониды
Phoronopsis harmeri имеют три отдела целома» // Зоол. беспозвон. Т. 3. № 1. С. 1–21.
Bartolomaeus T. 2001. Ultrastructure and formation of the body cavity lining in Phoronis
muelleri (Phoronida, Lophophorata) // Zoomorphology. Vol. 120. P. 135–148.
Emig C. C., Siewing R. 1975. The Epistome of Phoronis psammophila (Phoronida) // Zool.
Jahrb. Anat. Bd. 194. S. 47–54.
Строение предротового целома Phoronopsis harmeri…
345
Gruhl A., Grobe P., Bartolomaeus T. 2005. Fine structure of the epistome in Phoronis ovalis: significance for the coelomic organization in Phoronida // Invert. Biol. Vol. 124.
P. 332–343.
Grobe P. 2008. Larval development, the origin of the coelom and the phylogenetic
relationships of the Phoronida (http://www.diss.fu-berlin.de/2008/81/chapter2.pdf).
Accepted 21 May 2011.
Zimmer R. L. 1978. The comparative structure of the preoral hood coelom in Phoronida
and the fate of this cavity during and metamorphosis // Chia F. S., Rice M. E. (eds.).
Settlement and Metamorphosis of Marine Invertebrate Larvae. N.Y.: Elsevier. P. 23–40.
346
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Метамерия у форонид
Е. Н. Темерева1, В. В. Малахов1
1
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Москва, Россия;
e-mail: [email protected]
Взрослые форониды (Phoronida) — бентосные червеобразные животные,
обитающие в трубках и поселяющиеся на мягких грунтах или в толще твердого субстрата. Положение форонид на филогенетическом древе Bilateria существенно изменилось благодаря новым данным молекулярной филогении.
Теперь форониды вместе с брахиоподами рассматриваются как группа, родственная типичным первичноротым животным — моллюскам и кольчатым
червям (Paps et al., 2010). Как известно, типичные представители первичноротых животных демонстрируют внешнюю или внутреннюю метамерию на
личиночной или взрослой стадиях. Форониды, в отличие от своих близких
родственников, лишены каких либо признаков метамерии, как на личиночной, так и на взрослой стадии. Однако, как оказалось, это не совсем верно.
Как было показано в ходе недавних исследований, ближайшие родственники форонид — брахиоподы — демонстрируют метамерную организацию как
на личиночной стадии (Nielsen, 1991), так и во взрослом состоянии (Малахов
и Кузьмина, 2006). Принятие идеи формирования плана строения современных брахиопод в ходе складывания гипотетического предка на брюшную сторону (Nielsen, 1991) вкупе с анализом топографии латеральных мезентериев
у современных брахиопод позволило выдвинуть предположение о метамерной природе латеральных мезентериев (Малахов и Кузьмина, 2006). Одним
из доказательств этого предположения служит тот факт, что латеральные
мезентерии брахиопод несут воронки нефридиев, как это характерно для
настоящих метамерных животных. Туловищный целом взрослых брахиопод
сформировался за счет частичного слияния трех туловищных сегментов олигомерного предка, а современные представители сохраняют метамерию во
взрослом состоянии (Малахов и Кузьмина, 2006).
Эти результаты позволили по-новому посмотреть на проблему плана
строения форонид. Как известно, уникальный план строения взрослых форонид формируется в ходе катастрофического метаморфоза (Ковалевский,
1867; Temereva, 2010). Задолго до начала метаморфоза на брюшной стороне тела личинки под щупальцами формируется глубокое эктодермальное
впячивание — карман, который растет и занимает весь объем тела (рис. 1A).
Метаморфоз начинается с выворачивания этого кармана через вентральное
отверстие. В считанные секунды вентральная сторона тела личинки превращается в длинный подвижный вырост, в который затягивается кишечник
и кровеносные сосуды (рис. 1A). Затем происходит поедание преоральной
лопасти, а следом, частично или полностью поедаются щупальца и формируются новые дефинитивные щупальца (рис. 1A). Телотрох личинки не поедается, его эпителий постепенно мацерируется и отваливается (Temereva, 2010).
Все тело взрослого животного представляет собой вырост брюшной стороны
тела личинки, тогда как спинная сторона оказывается сильно укороченной,
Метамерия у форонид
3 47
Рис. 1. Латеральные мезентерии и происхождение плана строения у форонид. А — схема метаморфоза личинки: (1) личинка, (2) выворачивание метасомального кармана, (3) ювенальное
животное. B — схема сагиттального (1) и поперечного (2) срезов через тело. C — гипотетическая схема формирования плана строения форонид в филогенезе: (1) олигомерный предок
с двумя туловищными сегментами, (2) формирование брюшного выроста, (3) схема организации современных форонид
ао — апикальный орган, вн — воронка нефридия, зтс — задний туловищный сегмент, к — кишечник,
лм — латеральный мезентерий, мк — метасомальный карман, н — нефридий, пл — преоральная лопасть,
птс — передний туловищный сегмент, ц1 — протоцель, ц2 — метацель, щ — щупальца
348
Е. Н. Темерева, В. В. Малахов
а рот и анус — сближены. Постепенно за счет активной пролиферации клеток выстилки туловищного целома у ювенильного животного формируются
латеральные мезентерии — одна из особенностей плана строения форонид
(рис. 1B). Так же как у брахиопод, латеральные мезентерии форонид несут
воронки нефридиев (рис. 1B).
Существование латеральных мезентериев у форонид до сих пор оставалось
загадкой, а наиболее распространенной гипотезой, объясняющей их происхождение, была гипотеза складывания (Wilson, 1881; Мамкаев, 1962). Согласно этой гипотезе предок форонид жил в U-образной норке, постепенно две
половинки его тела сблизились и срослись. При этом целомические мешки
каждой из половин тела тоже срослись, а в месте их соприкосновения сформировались латеральные мезентерии. Эта идея, однако, не получила широкого признания, поскольку не подтверждается данными по метаморфозу
форонид и не объясняет, почему на латеральных мезентериях открываются
воронки нефридиев.
Мы предлагаем другую гипотезу происхождения латеральных мезентериев. По-видимому, предки форонид были олигомерными организмами,
у которых помимо предротового и щупальцевого отдела целома было два
целомических сегмента в туловище (рис. 1C). Эти сегменты были разделены
диссепиментом, на котором открывались парные воронки нефридиев. Такой
предок начал зарываться в грунт с помощью выроста на брюшной стороне
тела, в который заходил изогнутый кишечник и диссепимент (рис. 1C). Постепенно сформировался современный план строения форонид, а диссепимент
между туловищными сегментами превратился в латеральные мезентерии. Таким образом, в туловище форонид насчитывается два сегмента. Подчеркнем,
что целом лофофора и эпистома (в тех случаях, когда он есть) в общий счет
сегментов не входят.
Таким образом, у форонид и брахиопод можно найти доказательства метамерной организации, однако метамерия маскируется искривлением переднезадней оси тела и сильным укорочением спинной (у форонид) или брюшной
(у брахиопод) стороны тела. С этим же, по-видимому, связана и олигомеризация числа сегментов, вошедших в состав туловищного целома в обеих группах. Дальнейшая редукция метамерии происходит внутри каждой группы.
Так, среди форонид у Phoronis muelleri отсутствует левый латеральный мезентерий, а у карликовой форониды P. ovalis латеральные мезентерии отсутствуют вовсе. Кроме того, у всех форонид латеральные мезентерии не проникают
в так называемую ампулу. Это самая подвижная часть тела форонид, которая
то надувается, то сжимается. Редукция латеральных мезентериев в этой части
тела, по-видимому, облегчает перемещение жидкости в полости тела.
Благодарности: Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (№ 11-04-00690), гранта Президента
РФ (МД-2892.2011.4) и Федеральной целевой программы (№ 4456.2010.4,
№ 02.740.11.0280 и № P727).
Метамерия у форонид
3 49
Литература
Ковалевский А. О. 1867. Анатомия и история развития Phoronis // Зап. СПб Акад. наук.
Т. 2. С. 1–35.
Малахов В. В., Кузьмина Т. В. 2006. О метамерной природе латеральных мезентериев
у брахиопод (Brachiopoda) // Докл. Акад. наук. Т. 409. № 5. С. 1–3.
Мамкаев Ю. В. 1962. О форонидах дальневосточных морей // Иссл. Дальневост. морей
СССР. Т. 8. С. 219–237.
Nielsen C. 1991. The development of the brachiopod Crania (Neocrania) anomala (O. F. Mueller)
and its phylogenetic significance // Acta Zool. Vol. 72. P. 7–28.
Paps J., Baguñà J., Riutort M. 2010. Lophotrochozoa internal phylogeny: new insights from
an up-to-date analysis of nuclear ribosomal genes // Proc. R. Soc. Vol. 276. P. 1245–1254.
Temereva E. N. 2010. The digestive tract of actinotroch larvae (Lophotrochozoa, Phoronida):
anatomy, ultrastructure, innervations, and some observations of metamorphosis // Can.
J. Zool. Vol. 88. P. 1149–1168.
Wilson E. B. 1881. The origin and significance of the metamorphosis of Actinitrocha //Quart.
J. Mic. Sci. Vol. 21. P. 202–218.
350
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Исследование изменчивости
морфогеометрических параметров челюстных
костей байкальских коттоидных рыб (Cottoidei)
Ю. П. Толмачева1, Т. Н. Дисс1, М. Л. Тягун1
1
Лимнологический институт СО РАН, Иркутск, Россия; e-mail: [email protected]
Исследование байкальских рыб представляет интерес в связи с особыми
свойствами экосистемы озера Байкал, связанными с его древностью, разнообразием субаквальных ландшафтов и наличием больших групп близкородственных видов. Среди эндемиков озера Байкал особое положение занимает
группа коттоидных рыб (Cottoidei). В настоящее время представители данной группы освоили практически все биотопы и трофические ниши и представлены как донными, так и пелагическими формами. В результате адаптации к определенному образу жизни, в том числе способу добывания пищи,
у каждого вида рыб сформировались морфологические и функциональные
особенности переднего отдела пищеварительной системы. Ведущей тенденцией при переходе от бентофагии к планктофагии является последовательное удлинение челюстей и редукция выдвижения рта, что сопровождается
соответствующим изменением формы и соотношения основных костных элементов (Gregory, 1933; Талиев, 1955; Алеев, 1963; Сиделева и Механикова, 1990;
Sideleva, 2003). Настоящая работа направлена на исследование изменчивости
формы челюстных костей у различных экологических групп байкальских
коттоидных рыб на основе остеологического анализа, визуализированного
методом построения геометрических конструкций.
Материалом для настоящего исследования послужили остеологические
препараты челюстных костей 5 видов байкальских коттоидных рыб, принадлежащих к трем различным экологическим группам: (1) бентические (прибрежные): Leocottus kesslerii (Dybowskii, 1874) и Paracottus knerii (Dybowskii,
1874); (2) бентопелагические: Cottocomephorus grewingkii (Dybowskii, 1874) и Cottocomephorus inermis (Jakowlew, 1890); (3) пелагические: Comephorus dybowskii
(Korotneff, 1904) и Comephorus baicalensis (Pallas, 1776). Измерения челюстных
костей проводили согласно общепринятой методике остеологического анализа (Типовые методики…, 1976). Всего для сравнительного анализа использовано 16 промеров трех челюстных костей:anguloarticulare, dentale, praemaxillare. Сокращенные названия челюстных костей и их основных элементов
приведены по Yabe, 1988. Для наглядного представления изменчивости выделенных морфоструктур был применен геометрический подход, позволяющий преобразовать ряд линейных параметров исследуемого объекта (кости)
в виде комбинации геометрических тел (Strauss and Bookstein, 1982; Strauss
and Fuiman, 1985) (рис. 1А, В). Построение аллометрической сетки проводили c помощью системы автоматизированного проектирования Autocad 2010
(http://www.autodesk.ru).
Исследование изменчивости морфогеометрических параметров… 351
Рис. 1. Схема промеров челюстных костей рыб (А) и морфогеометрические конструкции челюстных костей коттоидных рыб (В)
Praemaxillare: asp — восходящий отросток pmx, pmp — заднечелюстной отросток pmx (AC — высота asp,
AH — расположение pmp, DH — высота pmp); Dentale: cor — короноидный отросток den (BC — высота
den, AC — расположение заднего конца cor, DC — длина cor, BD — глубина вырезки den); Articulare: apa —
верхний отросток art (CH — высота art, AD — расположение верхней вырезки, CD — высота верхнего
отростка, AG — расположение нижней вырезки)
Проведенный анализ позволил установить ряд сходств и различий во
внешней структуре челюстных костей между видами различных экологических групп. Межвидовые различия внутри экологических групп выражены
слабо и преимущественно сводятся к различиям длины челюстей.
Praemaxillare. Основной тенденцией преобразования рraemaxillare при
переходе к пелагическому образу жизни является последовательное удлинение кости и уменьшение высоты ее восходящего отростка (рис. 1В), что уже
неоднократно отмечалось для других видов рыб (Gregory, 1933; O’Kamura,
1970; Воскобойникова, 1986). Так, для бентических видов относительная высота восходящего отростка составляет в среднем 70.1–80.7% длины кости, у бентопелагических видов колеблется в пределах 31.8–42.4%, а у пелагических —
7.0–8.2%. Одновременно происходит уменьшение размеров заднечелюстного
отростка: от 30.5% у бентических до 4.2% у пелагических рыб. Относительное
расстояние (расположение pmp) между двумя отростками рraemaxillare практически не изменяется (63.2–69.7%).
352
Ю. П. Толмачева, Т. Н. Дисс, М. Л. Тягун
Dentale. Основные различия по относительным параметрам dentale выражались в уменьшении высоты кости: для бентических видов это значение
составляло 57.6–56.5%, для бентопелагических — 38.2–40.5% и для пелагических — 30.8–34.1%. У последних общая конструкция приобретает более вытянутую форму, за счет удлинения короноидного отростка на 15–25%. Также, для этих видов рыб отмечено уменьшение глубины нижней вырезки на
12–20%.
Anguloarticulare. В общей конструкции anguloarticulare отмечено последовательное смещение верхнего отростка назад (бентические (70.1–77.3%) —
бентопелагические (85.6%) — пелагические (90.7–93.4%) и его уклонение
в горизонтальное положение (рис. 1В). Расположение верхнего (70.0-71.2%)
и нижнего (69.9–71.1%) отростков остается постоянным. Характерным для
каждой группы рыб следует считать также расположение нижних элементов
кости. У бентопелагических видов расположение нижней вырезки находиться на уровне расположения верхнего отростка (70.0–71.0%). Для пелагических
видов отмечено смещение вырезки вперед (54.9–56.2%). Высота кости уменьшается и приблизительно равна таковой для dentale.
Механизм выдвижения верхней челюсти у рыб происходит в результате
скольжения восходящих отростков praemaxillare вдоль этмоидальной части
черепа. Степень выдвижения рта определяется двумя взаимосвязанными признаками: длиной praemaxillare и высотой ее восходящего отростка (Gregory,
1933; O’Kamura, 1970). Наибольшая силовая нагрузка, возникающая при работе челюстного аппарата у низших позвоночных, приходится на восходящие
отростки praemaxillare (Лебедкина, 1980). Очевидно, при удлинении praemaxillare давление на восходящие отростки значительно возрастает. Кроме
этого, обитание пелагических видов в толще воды способствовало развитию
ряда адаптаций, одной из которых является облегчение скелета в результате
уменьшения степени минерализации и плотности костной ткани (Сиделева
и Козлова, 1989). Удлинение и хрупкость костей в данном случае компенсируются упрочнением верхнечелюстного комплекса за счет постепенной утраты
его подвижности. При уменьшении степени выдвижения рта требуются сравнительно большие усилия на закрывание рта (Алеев, 1963). Процесс закрывания рта осуществляется посредством m. adductor mandibulae (A2, A3 и AW),
порции которого прикрепляются преимущественно к внутренней стороне
anguloarticulare и ее верхнему отростку (Dobben, 1935; Yabe, 1985). Вероятно,
преобразование формы anguloarticulare у пелагических видов связано с воздействием нарастающей силовой нагрузки со стороны мускулатуры. Ранее
было отмечено, что у прибрежных видов рыб уменьшение высоты восходящего отростка praemaxillare сопряжено с изменением угла наклона верхнего отростка anguloarticulare и происходит при переходе от типичной бентофагии к факультативной ихтиофагии (Толмачева, 2011). В свою очередь,
смещение верхнего отростка anguloarticulare в горизонтальное положение
обусловливает уменьшение высоты dentale, контактирующей с ней в области короноидного отростка. Таким образом, использование геометрического
подхода позволило непосредственно увидеть свойства и взаимосвязь отдельных морфоструктур и в итоге выявить простые закономерности, не всегда
очевидные без геометрической визуализации.
Исследование изменчивости морфогеометрических параметров… 353
Работа выполнена в рамках «базовой» темы ЛИН СО РАН «Исследование
генетической дифференциации и экологической сегрегации байкальских
организмов методами классической, молекулярной биологии и математического моделирования» и при финансовой поддержке гранта Президента
РФ МК-3457.2011.4 «Исследование биомеханических основ преобразования
челюстного аппарата рыб на основе применения 3D конечно-элементной
модели».
Литература
Алеев Ю. Г. 1963. Функциональные основы внешнего строения рыб. М.: Изд-во
АН СССР. 247 с.
Воскобойникова О. С. 1986. Эволюционные преобразования висцерального скелета
и вопросы филогении нототениевидных рыб (Nototheniidae) // Тр. Зоол. ин-та
АН СССР. Т. 153. С. 46–66.
Лебедкина Н. С. 1980. Ведущие признаки в филогенетике // Морфологические аспекты эволюции. М.: Наука. С. 53–64.
Сиделева В. Г., Козлова Т. А. 1989. Специализация коттоидных рыб (Cottoidei) к обитанию в пелагиали Байкала // Докл. АН СССР. Т. 309. № 6. С. 1499–1501.
Сиделева В. Г., Механикова И. В. 1990. Пищевая специализация и эволюция керчаковых рыб (Cottoidei) озера Байкал // Тр. Зоол. ин-та АН СССР. Т. 222. С. 144–161.
Талиев Д. Н. 1955. Бычки-подкаменщики Байкала. М., Л.: Изд-во АН СССР. 603 с.
Типовые методики исследования продуктивности видов рыб в пределах их ареалов.
1976. Вильнюс: Мокслас. 144 с.
Толмачева Ю. П. 2011. Геометрическая конструкция в исследовании строения челюстного аппарата рыб // Димитриева А. В., Егорова Л. В., Синичкина Е. А. «Современные зоологические исследования в России и сопредельных странах». Материалы
I Международной научно-практической конференции. Чебоксары: типография
«Новое время». С. 138–142.
Gregory W. K. 1933. Fish skulls. A study of the evolution of natural mechanism // Trans.
Amer. Phil. Soc. Vol. 23. P. 75–481.
Dobben W. N. 1935. Über den Kiefermechanismus der Knochenfishe // Archiv neerland.
Zoolog. Vol. 2. 72 p.
O’Kamura O. 1970. Studies of the Macrouroid fishes of Japan. Morphology, ecology and
phylogeny // Rept. USA Mar. Biol. Stat. Vol. 17. 33 p.
Sideleva V. G. 2003. The endemic fishes of lake Baikal. Leiden: Backhuys Publ. 270 р.
Strauss R., Bookstein F. L. 1982. The truss body form reconstractions in morphometrics //
Sist. Zool. Vol. 31. P. 113–135.
Strauss R., Fuiman L. 1985. Quantitative comparisons of body form and allometry in larval
and adult Pacific sculpins (Teleostei: Cottidae) // Can. J. Zool. Vol. 63. P. 1582–1589.
Yabe M. 1985. Comparative osteology and myology of the superfamily Cottoidea (Pisces:
Scorpaeniformes) and its phylogenetic classification // Mem. Fac. Fish. Hokkaido Univ.
Vol. 32. P. 1–130.
354
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Особенности ультраструктуры лейкоцитов
костистых рыб различных филогенетических
групп
Е. А. Флерова (Назарова)1, Л. В. Балабанова2
Ярославская государственная сельскохозяйственная академия, Ярославль, Россия;
e-mail: [email protected]
2
Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН, Борок, Россия
1
В изменяющихся под влиянием различных факторов условиях окружающей среды особую значимость приобретает изучение функционального состояния организма, как в пределах нормы реакции, так и при возникающих
патологиях. Особый интерес уделяется исследованию иммунной системы,
которая поддерживает постоянство внутренней среды позвоночных, контролируя развитие органов и тканей, обеспечивая сопротивляемость организма
к возбудителям болезней и воздействию на него неблагоприятных факторов
среды. У костистых рыб, как и у высших позвоночных животных, особый интерес представляет изучение клеточного звена иммунитета, так как именно
соотношение, количество и структура лейкоцитов теснейшим образом связаны с функциональным состоянием организма. Чтобы выявить норму или
патологию по вышеперечисленным показателям, исследователю, прежде всего, необходимо правильно идентифицировать различные типы лейкоцитов.
Тем не менее, несмотря на большое количество отечественных и зарубежных работ по морфологии лейкоцитов нет единообразия в их наименованиях (Иванова, 1983; Яхненко, 1980; Житенева и др., 2004; Rough et al., 2005).
В первую очередь это относится к гранулоцитам. Возможно, это связано с тем,
что в процессе длительной эволюции в такой многогранной среде жизни как
вода у лейкоцитов костистых рыб возникли специфические черты строения,
отражающие приспособления к условиям обитания в различных водоемах.
В то же время на структуре лейкоцитов, возможно, отражается положение
костистых в филогении позвоночных животных. Авторы надеются, что исследования субмикроскопической структуры гранулоцитов пресноводных
и морских костистых рыб разных систематических групп помогут унифицировать их номенклатуру и в дальнейшем использовать единую классификацию лейкоцитов рыб в диагностических целях.
В работе исследовали тонкое строение гранулоцитов пронефроса (головного отдела почек) 27 видов костистых рыб: отряд лососеобразные Salmoniformes — Salmo salar L., 1758, Salmo gairdneri L., 1758, Coregonus albula (L., 1758),
Esox lucius (L., 1758); отряд карпообразные Cypriniformes — Carassius auratus
(L., 1758), Carassius auratus (L., 1758), Abramis brama (L., 1758), Tinca tinca (L., 1758),
Abramis ballerus (L., 1758), Rutilus rutilus (L., 1758), Leuciscus idus (L., 1758), Aspius
aspius (L., 1758), Blicca bjoerkna (L., 1758), Pelecus cultratus (L., 1758), Barbatula barbatula (L., 1758), Cobitis taenia L., 1758); отряд окунеобразные Perciformes — Perca
fluviatilis L., 1758, Sander lucioperca (L., 1758), Sander volgensis (Gmelin, 1788), Trachurus mediterraneus (Staindachner, 1868), Diplodus annularis (L., 1758), Pomatomus
saltatrix (L., 1758), Spicara smaris (L., 1758), Symphodus tinca (L., 1758), Anarhichas
Особенности ультраструктуры лейкоцитов костистых рыб…
355
lupus L., 1758, Mesogobius batrachocephalus (Pallas, 1814), Gobiidae niger jozo L., 1758.
Кусочки органов проводили по стандартной для электронной микроскопии
методике. Ультратонкие срезы просматривали под микроскопом JEM 1011.
У всех исследованных видов рыб выявлено два типа гранулоцитов, исключение составляет Pomatomus saltatrix (L., 1758), в кроветворной ткани пронефроса которого обнаружен один тип гранулоцитов.
К гранулоцитам I типа (нейтрофилам) авторы отнесли наиболее часто встречающиеся в паренхиме головного отдела почки клетки гранулярного ряда.
У большинства как пресноводных, так и морских рыб независимо от их систематического положения длина этих клеток колеблется от 7 до 8 мкм, у небольшого числа видов карпообразных и окунеобразных она достигает 9 мкм.
Самые крупные клетки обнаружены в пронефросе Diplodus annularis (L., 1758)
(11.5х9.4 мкм). Минимальные размеры клеток описаны у Carassius auratus (L.,
1758) (5.7х3.7 мкм). У всех исследованных видов рыб клетки этого типа имеют
округлую форму с ацентрично расположенным ядром. Форма ядер варьирует от бобовидной до сегментовидной. Глыбчатый гетерохроматин обнаруживается как в центральной части ядра, так и вдоль ядерной мембраны.
Кроме того, цитоплазма этих клеток у всех исследованных видов содержит
крупные митохондрии, каналы шероховатого и гладкого эндоплазматического ретикулума, комплекс Гольджи и клеточный центр, иногда — фагосомы
и мелкие светлые везикулы. Характерным признаком гранулоцитов I типа
является наличие специфических гранул, заполняющих цитоплазму. Особенностью в строении данных органелл у исследованных видов отряда лососеобразных является наличие электронно-плотных тонких полос (фибрилл),
расположенных вдоль гранулы. В цитоплазме нейтрофилов Salmo gairdneri
L.,1758 и Coregonus albula (L.,1758) обнаружены гранулы с более светлой центральной частью и темными фибриллярными краями. В гранулах Salmo salar
L.,1758 фибриллы равномерно распределены по всей длине. У Esox lucius L.,
1758 специфические гранулы фибриллярной структуры, выявленные в определенной клетке условно можно разделить на две группы. Для внутреннего
строения гранул первой группы характерны равномерно распределенные
электронно-плотные фибриллы, расположенные вдоль гранулы. Ко второй
группе отнесены гранулы с более светлой центральной частью и темными
фибриллярными краями. Самые крупные гранулы веретеновидной формы
(FF = 0.5) обнаружены в нейтрофилах Salmo salar L.,1758, округлые гранулы
(FF = 0.67) наименьших размеров — в нейтрофилах Coregonus albula (L.,1758).
Среднее значение длины гранул по отряду составляет 0.4 мкм, среднее количество гранул в клетке — 21 шт. У карпообразных рыб, кроме Carassius
auratus (L.,1758), Barbatula barbatula (L.,1758) и Cobitis taenia L., 1758, почти вся цитоплазма гранулоцитов I типа заполнена специфичными гранулами с электронно-плотной палочковидной срединной частью, в которой при большом
увеличении видны фибриллы. В гранулах Carassius auratus (L.,1758) и Cobitis
taenia L., 1758 кроме вышеописанных структур обнаруживаются электронноплотные образования гомогенной структуры. Специфичные гранулы Barbatula barbatula (L., 1758) — темные, зернистые, с электронно-плотной округлой
сердцевиной, занимающей большую часть органелл. У большинства видов
карпообразных длина гранул — 0.4 мкм. У Abramis brama (L., 1758), Tinca tinca
(L., 1758) и Cobitis taenia L., 1758 это значение достигает 0.6 мкм. Наименьшая
356
Е. А. Флерова (Назарова), Л. В. Балабанова
длина гранул (0.3 мкм) обнаружена у Carassius auratus (L., 1758) и Blicca bjoerkna (L., 1758). О форме гранул в этой группе судить довольно сложно, так
как форм-фактор у разных видов варьирует. Тем не менее, можно отметить
нейтрофилы с самыми вытянутыми гранулами. Они описаны у Tinca tinca
(L., 1758) (FF = 0.17), наиболее округлую форму (FF = 0.83) имеют гранулы
нейтрофилов Barbatula barbatula (L., 1758). Среднее количество гранул в клетке у всех видов карпообразных — 54 шт. У представителей окунеобразных
структура специфических гранул оказалась наиболее разнообразной. В нейтрофилах пресноводных и морских рыб, кроме Diplodus annularis (L., 1758)
и Pomatomus saltatrix (L., 1758), выявлены гранулы, структура которых подобна
таковой гранулоцитов I типа видов отр. лососеобразных. Для внутреннего
строения гранул морских рыб: Spicara smaris (L., 1758), Symphodus tinca (L., 1758),
Anarhichas lupus L., 1758, Mesogobius batrachocephalus (Pallas, 1814) характерны
равномерно распределенные электронно-плотные фибриллы, расположенные вдоль гранулы. В цитоплазме нейтрофилов пресноводных рыб сем. окуневых, а также Trachurus mediterraneus (Staindachner, 1868) и Gobiidae niger jozo
L., 1758 обнаружены гранулы как с равномерно распределенными фибриллами, так и гранулы с более светлой центральной частью и темными фибриллярными краями. Следует отметить, что фибриллы специфических гранул
Trachurus mediterraneus (Staindachner, 1868) настолько плотно прилегают друг
к другу, что создается впечатление наличия электронно-прозрачной палочковидной сердцевины, занимающей центральную часть гранулы. Гранулы
нейтрофилов Diplodus annularis (L., 1758) и Pomatomus saltatrix (L., 1758) по своей структуре отличаются от таковых у остальных исследованных видов. Это
электронно-плотные гомогенной структуры органоиды, при этом у Diplodus
annularis (L., 1758) они имеют практически круглую форму, форм-фактор
гранул наибольший среди всех исследованных видов и составляет 0.85, тогда
как у большинства видов форм-фактор варьирует от 0.46 до 0.69, наиболее
удлиненные гранулы (FF = 0.24) выявлены у Anarhichas lupus L., 1758. У большинства видов окунеобразных длина гранул варьирует от 0.5 до 0.7 мкм. Следует отметить, что среднее количество гранул в нейтрофилах окунеобразных
близко этому значению в гранулоцитах I типа лососеобразных и составляет
около 20 шт. в клетке.
Гранулоциты II типа (эозинофилы) также имеют округлую форму. У большинства видов длина гранулоцитов этого типа, как и нейтрофилов, колеблется в диапазоне от 7 до 8 мкм, у Salmo gairdneri L., 1758, Salmo salar L., 1758
и Coregonus albula (L., 1758) она достигает 9 мкм. Эозинофилы длиной до 6 мкм
выявлены у Barbatula barbatula (L., 1758), Sander lucioperca (L., 1758), Spicara smaris
(L.), Mesogobius batrachocephalus (Pallas, 1814). Ядро, как правило, сегментировано, с 1–2 ядрышками, располагается как в центре, так и на периферии клетки. Глыбчатый гетерохроматин находится как в центральной части ядра, так
и вдоль ядерной мембраны между ядерными порами. Цитоплазма гетерогенная, зернистая, содержит митохондрии, цистерны шероховатого и гладкого
эндоплазматического ретикулума, в некоторых клетках встречаются фагосомы и везикулы.
Характерным признаком гранулоцитов II типа костистых рыб является наличие специфических гранул, заполняющих цитоплазму. По сравнению с гранулами нейтрофилов ультратонкая архитектоника органелл,
Особенности ультраструктуры лейкоцитов костистых рыб…
357
обнаруживаемых в гранулоцитах II типа, менее разнообразна. У изучаемых
видов лососеобразных, карпообразных и окунеобразных (кроме Diplodus annularis (L., 1758)) в цитоплазме гранулоцитов II типа содержатся электронно-плотные, иногда более светлые гранулы гомогенной структуры. Следует отметить, что среднее количество гранул в эозинофилах карпообразных
(37 шт. в клетке), как и в нейтрофилах данного отряда наибольшее по сравнению с отрядами лососеобразных (30 шт. в клетке) и окунеобразных (29 шт.
в клетке). У большинства видов лососеобразных и карпообразных рыб длина
гранул составляет от 0.9 до 1 мкм, описываемые гранулы в эозинофилах окунеобразных отличаются меньшими размерами, длина гранул большинства
видов колеблется от 0.5 до 0.7 мкм, лишь у Sander volgensis (Gmelin, 1788) и Symphodus tinca (L.) она достигает 0.9 мкм. Специфичные гранулы эозинофилов
Diplodus annularis (L., 1758) электронно-прозрачные с электронно-плотной
каймой и звездчатой центральной частью.
Таким образом, опираясь на результаты исследования по ультраструктуре
гранулоцитов I типа пресноводных и морских рыб, а также привлекая данные
по строению гранул нейтрофилов различных видов анамний можно говорить
о том, что основная форма вторичных гранул нейтрофилов в филогенетическом ряду низших позвоночных — веретеновидная гранула с равномерно
распределенными фибриллами. Форма вторичных гранул эозинофилов —
округлая, гранулы гомогенной структуры (Frank, 1989; Балабанова, 2009).
Более того, при изучении воспалительных процессов у высших и низших
позвоночных было показано, что лейкоциты у рыб выполняют те же функции, что и у высших позвоночных (Попов, 1986). Поэтому, на наш взгляд, более корректно использовать единую классификацию в диагностических целях, выделяя среди зрелых гранулоцитов лишь нейтрофилы и эозинофилы.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), грант 11-04-01168-а.
Литература
Балабанова Л. В. 2009. Ультраструктура иммунокомпетентных клеток некоторых видов осетровых рыб // Рыбоводство и рыбное хозяйство. № 1–2. С. 59–60.
Иванова Н. Т. 1983. Атлас клеток крови рыб. М.: Легкая и пищевая промышленность.
184 с.
Житенева Л. Д., Макаров Э. В., Рудницкая О. А. 2004. Основы ихтиогематологии
(в сравнительном аспекте). Ростов-на-Дону: Эверест. 312 с.
Яхненко В. М. 1980. Сезонная и возрастная динамика морфологического состава периферической крови некоторых рыб озера Байкал. Автореф. канд. биол. наук.
Москва. 24 с.
Попов В. С. 1987. Картина крови в онтогенезе рыб в условиях нормы и патологии.
Ростов-на-Дону: Изв. Сев.-Кавказ. Науч. Центра высш. шк. естеств. н. 29 с. Библ.
52 назв. Рус. Деп. в ВИНИТИ N905-В 30.12.86. – 04 ВI 19 ВИНИТИ [ISSN 1561-7858].
Rough K. M., Nowak B. F., Reuter R. E. 2005. Haematology and leucocytes morphology of
wild caught Thunnus maccoyii // J. Fish Biol. Vol. 66. P. 1649–1659.
Frank G. 1989. Granulopoiesis in tadpoles of Rana esculenta. Ultrastructural observations
on the morphology and development of heterophil and basophil granules // J. Anat.
Vol. 163. Р. 107–116.
358
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Структурные преобразования
цитотрофобласта в развивающейся плаценте
у человека и млекопитающих
Л. И. Хожай1
1
Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН, Санкт-Петербург, Россия;
e-mail: [email protected]
Человек и высшие млекопитающие, достигшие значительного развития
в филогенетическом плане, относятся к плацентарным животным, при этом
плацента является весьма сложно устроенным провизорным органом, осуществляющим чрезвычайно тесную связь матери и плода. Плаценты, принадлежащие к одному типу, в частности, гемохориальному, имеют неодинаковое
строение и отличаются у каждого вида животных и человека характерными
особенностями развития, которые могут определяться преобразованиями
трофобласта.
Гемохориальная плацента крыс относится к лабиринтному типу. Дифференцировка трофобласта зародышей идет в двух направлениях: с образованием плаценты и внеплацентарного отдела. Роль внеплацентарного отдела
трофобласта заключается в осуществлении контакта развивающихся тканей
зародыша с материнскими тканями в области антимезометральной стенки
матки. Клетки трофобласта в этой зоне имеют одно ядро и достигают гигантских размеров (образуя «первичные» гигантские клетки трофобласта)
(рис. 1A, 1), резорбируют прилежащую к ним капсулярную децидуа, после
исчезновения которой гигантские клетки трофобласта постепенно также исчезают к середине беременности. У крыс в развитии плаценты существует два
периода: (1) период формирования плацентарного диска с установлением
в нем материнского кровообращения; и (2) период образования фетальной
плаценты врастающими сосудами зародыша, при этом формируется два
круга кровообращения — материнский и зародышевый. Врастающие сосуды
зародыша разделяют фетальную плаценту на лабиринтный и внелабиринтный отделы (Жемкова, 1956; Хожай и др., 2007; Senner and Hemberger, 2010).
Лабиринтный отдел фетальной плаценты имеет сетевидное строение, образованное тяжами и островками цитотрофобласта, внутри которых присутствуют сосуды плода (рис. 1B, 3). В ходе развития тяжи преобразуются
в трубки, имеющие радиальное расположение. Клетки цитотрофобласта,
сливаясь, образуют синцитиотрофобласт, который ограничивает синусоиды,
содержащие материнскую кровь (рис. 1B). Ядра синцитиотрофобласта могут
отличатся по форме и размерам. Внелабиринтный отдел образован клетками
цитотрофобласта и расположен на периферии плаценты. Внелабиринтный
цитотрофобласт граничит с материнскими тканями, от которых он отделяется «вторичными» гигантскими клетками, и является камбиальной частью,
за счет которой происходит рост лабиринта. В плацентах крыс отсутствует
промежуточный слой синцитиотрофобласта, соединяющий камбиальный
и лабиринтный отделы.
Структурные преобразования цитотрофобласта…
359
Рис. 1. Плацента крысы (A, B) и человека (C). Внелабиринтная часть фетальной плаценты крысы (A), «вторичные» гигантские клетки трофобласта (1), переходная зона (2); лабиринтная
часть фетальной плаценты крысы (B); терминальные ворсины плаценты человека в III триместре беременности (C). Окраска гематоксилином (A, B), иммуноцитохимическая реакция
на выявление белка мембран эндотелия (CD31) (C). Увел.: ок. х10, об. х100 (A); ок. х10, об. х40
(B, C)
3 — сосуды плода; 4 — цитотрофобласт; 5 — синцитиотрофобласт
Гемохориальная плацента человека относится к ворсинчатому типу. У человека трофобласт сохраняется в плодном пузыре на всем протяжении беременности и дифференцируется в двух направлениях: часть цитотрофобласта
идет на построение плаценты ворсинчатого типа, часть образует клеточный
слой гладкого хориона.
В период плацентации в первичном трофобласте зародыша человека выделяется два структурных компонента: (1) цитотрофобласт, который сохраняет
связь с оболочкой зародыша, проникает в сторону лакун и образует между
ними клеточные колонны или первичные ворсины; и (2) синцитиотрофобласт, который частично покрывает первичные ворсины, представляя бесклеточную структуру — симпласт. Они представляют примитивные или преворсинчатые формы, так как они функционируют до образования ворсин.
В этот период выявляется функциональная специализация этих клеток: для
синцитиотрофобласта характерна интенсивная инвазия в глубь эндометрия,
а для примитивного цитотрофобласта характерна протеолитическая активность с образованием полостей в эндометрии, куда проникает кровь матери.
Таким образом, происходит окончательная специализация синцитио- и цитотрофобласта: первый становится типичным покровным эпителием, а второй активизирует свои инвазивные способности. Далее клеточные колонны
трансформируются во вторичные или мезенхимальные ворсины, строму которых образуют клетки мезенхимы, а затем соединительной ткани и сосуды
плода (Милованов, 1999; Хожай и др., 2010).
Ворсинчатая плацента человека, в отличие от лабиринтных плацент грызунов состоит из отдельных ворсин, покрытых снаружи цито- и синцитиотрофобластом (рис. 1C, 4 и 5). У человека материнская и зародышевая кровь
360
Л. И. Хожай
приходит в тесные взаимоотношения друг с другом на всем протяжении каждой ворсины и не имеет для этого какой-либо приспособленной зоны. По
своему расположению трофобласт делится на трофобласт ворсин, хориальной и базальной пластинок. Цитотрофобласт присутствует во всех отделах
плаценты до конца беременности и имеет ряд характерных особенностей.
При соприкосновении с кровью матери он трансформируется в синцитиотрофобласт. Разрастание цитотрофобласта обеспечивает прикрепление ворсин к слизистой оболочке матки. Возможно, что цитотрофобласт базальной
пластинки является аналогом камбиальных участков цитотрофобласта лабиринтных плацент грызунов. Наличие в нем митозов может служить этому
косвенным подтверждением. Хориальный цитотрофобласт у человека, в противоположность внелабиринтному цитотрофобласту у грызунов, сохраняется до конца периода беременности. Он имеет вид многослойного клеточного пласта, расположенного на поверхности гладкого хориона и соединяет
хорион с материнскими тканями. Синцитиотрофобласт как у человека, так
и грызунов, является компонентом плацентарного барьера, осуществляющего диффузию белков, ферментов, углеводов и газообмен, синтезирующего
ряд гормонов и биологически активных веществ и т. д. (Jansson et al., 1998;
Cetin, 2003; Ishimura et al., 2006; Serman and Serman, 2011).
Морфофункциональные характеристики цитотрофобласта позволяют отнести его к эпителиям (как и полагает ряд авторов), однако по своим свойствам трофобласт отличается от типичных эпителиев и не укладывается
в обычную гистологическую классификацию, основанную на морфофизиологическом принципе и предусматривающую всего 4 группы тканей. Развившись в филогенезе из эктодермального зачатка, он приобрел, по крайней
мере, у высших млекопитающих, совершенно своеобразные и в то же время
неодинаковые в его разных участках свойства особой провизорной ткани, составляющей зародышевую часть плаценты и обеспечивающей обмен веществ
между материнским организмом и плодом. С позиции филогенетической системы тканей и, учитывая особенности его строения и функции, трофобласт
можно представить как особый тканевой тип.
Работа поддержана грантами РФФИ 09-04-00700, 10-04-00234 и грантом
программы Президиума РАН «Фундаментальные науки — медицине»
Литература
Жемкова З. П. 1956. Гистологическое строение трофобласта у некоторых грызунов
и человека. Автореф. докт. биол. наук. Л. 19 с.
Милованов А. П. 1999. Патология системы мать-плацента-плод. М.: Медицина. 447 с.
Хожай Л. И., Отеллин В. А., Пожарисский К. М., Павлова Н. Г. 2010. Структурные изменения в плаценте человека и ее сосудистом русле при синдроме плацентарной
недостаточности // Ж. эвол. биохим. физиол. Т. 46. № 2. С. 157–161.
Хожай Л. И., Шишко Т. Т., Косткин В. Б., Отеллин В. А. 2007. Морфологические изменения в фетальной части плаценты крыс после воздействия острой гипоксии //
Морфология. Т. 132. № 6. С. 46–49.
Cetin I. 2003. Placental transport of amino acids in normal and growth-restricted
pregnancies // Eur J. Obstet Gynecol. Reprod.Biol. Vol. 110. (Suppl. 1). P. 50–54.
Структурные преобразования цитотрофобласта…
361
Jansson T., Scholtbach V., Powell T. 1998. Placental transport of leucine and lysine is reduced
in intrauterine growth restriction // Pediatr. Res. Vol. 44. P. 532–537.
Ishimura R., Kawakami T., Ohsako S., Nohara K., Tohyama C. 2006. Suppressive effect
of 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin on vascular remodeling that takes place in the
normal labyrinth zone of rat placenta during late gestation // Toxicol. Sci. Vol. 91.
P. 265–274.
Senner C., Hemberger M. 2010. Regulation of early trophoblast differentiation — lessons
from the mouse // Placenta. Vol. 11. P. 944–950.
Serman A., Serman L. 2011. Development of placenta in a rodent — model for human
placentation // Front. Biosci. Vol. 3. P. 233–239.
362
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Происхождение черепах как проблема
эволюционной морфологии
Г. О. Черепанов1
1
Санкт-Петербургский университет, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
Черепахи (Testudines) — группа амниот, отличающаяся уникальным планом строения. Их туловище заключено в панцирь, сложенный костными пластинами различной природы. В формировании спинного щита (карапакса)
участвуют позвонки и ребра, в брюшной щит (пластрон) инкорпорированы
кожные окостенения плечевого пояса и гастралии. В результате развития панциря лопаточная кость у черепах располагается под ребрами, а не над ними,
как у остальных позвоночных. Между черепахами и другими известными
тетраподами имеется большой морфологический разрыв, усугубленный отсутствием переходных форм (Gilbert et al., 2001).
Относительно предков или ближайших родственников черепах существует много гипотез, ни одна из которых не является общепризнанной (Черепанов, 2010). Несмотря на полуторавековую историю изучения, происхождение
черепах остается одной из актуальнейших проблем современной эволюционной биологии. Дискуссия на эту тему особенно оживилась в последние годы
в связи с новыми открытиями в области палеонтологии и биологии развития.
Морфогенетические исследования показали, что инициация формирования панциря связана с появлением в раннем онтогенезе карапаксального
гребня — особой экто-мезодермальной складки, свойственной только черепахам. Развитие карапаксального гребня происходит в результате эпителиально-мезенхимных (экто-мезодермальных) взаимодействий в области боковой
стенки тела (Burke, 1989, 1991). Эпителиально-мезенхимные взаимодействия
представляют собой универсальный морфогенетический механизм, реализующийся в эмбриогенезе позвоночных. Эти взаимодействия рассматриваются
как один из вариантов взаимных индуктивных влияний (реципрокной индукции) соседних тканей или органов в ходе морфогенеза (Gilbert, 2010). Карапаксальный гребень обусловливает направленную миграцию презумптивных «реберных» клеток соматической мезодермы в стенку тела. Показано, что
гребень карапакса способен привлекать клетки «мигрирующего ребра» выделением в качестве сигнала фактора роста фибробластов (Cerba-Thomas et al.,
2005). Следуя за разрастанием карапаксального гребня, ребра постепенно
приобретают горизонтальное и веерообразное положение, не свойственное
ребрам других амниот (Nagashima et al., 2007). Не вызывает сомнения, что
именно возникновение новых взаимоотношений в боковой стенке тела послужило инструментом перехода от типичной тетраподной конструкции
туловища к его тестудинатному состоянию.
Генетическими исследованиями было установлено, что в области карапаксального гребня специфически экспрессируется уникальный комплекс
регуляторных генов (Kuraku et al., 2005). Эти гены встречаются у многих позвоночных животных, но паттерны их экспрессии у черепах и других амниот
Происхождение черепах…
36 3
различны. Поскольку проведенные исследования не выявили экспрессии
специфичных для черепах генов, было сделано заключение о том, что унаследованный черепахами от ранних тетрапод генетический механизм регуляции морфогенеза в ходе их эволюции не заменился новым, а претерпел лишь
модификацию.
О модифицированном характере преобразований при становлении таксона черепах говорят и данные по морфогенезу их панциря (Черепанов, 2005).
Показало, что у изученных на этот счет видов черепах (Pelodiscus sinensis, Emys
orbicularis, Testudo graeca) каждая костная пластинка панциря формируется
только из одного источника. Для невральных и костальных пластинок таким источником являются разрастающиеся в дерме перихондальные костные
манжетки, покрывающие остистые отростки позвонков и ребра. То есть эти
пластинки, по сути, представляют собой преобразованные элементы осевого скелета. Остальные пластинки карапакса (периферальные, супрапигальные и пигальная) развиваются как исключительно дермальные окостенения,
подобно остеодермам других рептилий. Ход развития передних элементов
пластрона черепах (эпипластронов и энтопластрона) на ранних этапах онтогенеза неотличим от хода развития ключиц и межключицы других рептилий.
Задние пластральные пластинки по характеру онтогенетического развития
схожи с гастралиями крокодилов. Таким образом, можно видеть, что практически ни одна из перечисленных костных пластинок не представляет собой
новообразование, все они — модификации типичных для тетрапод элементов скелета.
Ископаемые остатки древнейших черепах долгое время были известные
только из Западной Европы (Gaffney, 1990). Теперь они обнаружены и в отложениях триасового периода других континентов: в Южной Америке
(Rougier et al., 1995), в Северной Америке (Jouys et al., 2008), в Юго-Восточной Азии (Broin et al., 1982; Li et al., 2008). Современные палеонтологические
данные показывают, что уже в позднем триасе черепахи были довольно
многочисленны и разнообразны. Фауна черепах этого времени насчитывает несколько хорошо очерченных родов (Proganochelys, Proterochersis,
Palaeochersis, Chinlechelys, Odontochelys), причем, по-видимому, это представители не только разных таксономических, но и экологических групп: водные
и наземные формы (Joyce and Gauthier, 2003; Reisz and Head, 2008).
Важнейшим палеонтологическим событием последних лет явилось находка в морских отложениях верхнего триаса Китая примитивной черепахи —
Odontochelys semitestacea (Li et al., 2008). Эта форма характеризуется комплексом
необычных черт: озубленными челюстями, отсутствием полноценного карапакса (ребра слегка расширенны) при наличии консолидированного (без
фонтанелей) пластрона, необычной конфигурацией энто- и эпипластронов,
наличием над позвонками пластинок, отделенных от остистых отростков позвонков и только по положению схожих с невральными (у ныне живущих
черепах невральные пластинки формируются за счет периостальной кости
остистых отростков позвонков и, следовательно, не отделены от последних).
Ряд признаков Odontochelys демонстрирует примитивное и, таким образом,
промежуточное состояние между типичными тетраподами и черепахами. Некоторые морфологические черты этого таксона (опережающие темпы развития пластрона в сравнении с карапаксом), соответствующие ходу онтогенеза
364
Г. О. Черепанов
современных черепах, подтверждают идею рекапитуляции и обусловливают
правомерность использования морфогенетических данных для реконструкции процесса филогенетического развития.
Несмотря на обилие новых палеонтологических и неонтологических данных происхождение и филогенетические связи черепах остаются дискуссионными. Объяснение этой неопределенности, возможно, кроется в самом характере эволюционирования этой группы животных — предположительно,
быстром (сальтационном) становлении таксона. На это указывают как модификационный характер генетико-морфологических преобразований (в частности, связанных с развитием панциря), так и внезапного появление черепах
в ископаемой летописи.
Литература
Черепанов Г. О. 2005. Панцирь черепах: морфогенез и эволюция. СПб: Изд-во СПбГУ.
184 с.
Черепанов Г. О. 2010. Происхождение черепах, история изучения и перспективы //
Эволюция органического мира и биотические кризисы. Материалы LVI сессии
Палеонтологического общества при РАН. СПб: ВСЕГЕИ. С. 138–139.
Broin F., Ingavat R., Janvier J., Sattayarak N. 1982. Triassic turtle remains from northeastern
Thailand // J. Vert. Paleontol. Vol. 2. P. 41–46.
Burke A. C. 1989. Development of the turtle carapace: implications for the evolution of
a novel bauplan // J. Morphol. Vol. 199. P. 363–378.
Burke A. C. 1991. The development and evolution of the turtle body plan: Inferring intrinsic
aspects of the evolutionary process from experimental embryology // Amer. Zool.
Vol. 31. P. 616–627.
Cebra-Thomas J., Tan F., Sistla S., Estes E., Bender G., Kim C., Riccio P., Gilbert S. F. 2005.
How the turtle forms its shell: A paracrine hypothesis of carapace formation // J. Exp.
Zool. Part B. Vol. 304. P. 558–569.
Gaffney E. S. 1990. The comparative osteology of the Triassic turtle Proganochelys // Bull.
Amer. Mus. Nat. Hist. Vol. 194. 263 p.
Gilbert S. F. 2010. Developmental biology. Sunderland: Sinauer Associates. 712 p.
Gilbert S. F., Loredo G. A., Burke A. C. 2001. Morphogenesis of the turtle shell: the
development of a novel structure in tetrapod evolution // Evol. Dev. Vol. 3. P. 47–58.
Joyce W. G., Gauthier J. A. 2003. Palaeoecology of Triassic stem turtles sheds new light on
turtle origins // Proc. Royal Soc. Lond. B. Vol. 271. P. 1–5.
Joyce W. G., Lucas S. G., Scheyer T. M., Heckert A. B., Hunt A. P. 2008. A thin-shelled reptile
from the Late Triassic of North America and the origin of the turtle shell // Proc. Royal
Soc. Lond. B. Vol. 276. P. 507–513.
Kuraku S., Usuda R., Kuratani S. 2005. Comprehensive survey of carapacial ridge-specific
genes in turtle implies co-option of some regulatory genes in carapace evolution // Evol.
Dev. Vol. 7. P. 3–17.
Li C., Wu X. C., Rieppel O., Wang L. T., Zhao J. 2008. Ancestral turtle from the late Triassic
of southwestern China // Nature. Vol. 456. P. 497–501.
Nagashima H., Kuraku S., Uchida K., Ohya Y. K., Narita Y., Kuratani S. 2007. On the carapacial
ridge in turtle embryos: its developmental origin, function and the chelonian body
plan // Development. Vol. 134. P. 2219–2226.
Происхождение черепах…
36 5
Reisz R. R., Head J. J. 2008. Palaeontology: Turtle origin out to sea // Nature. Vol. 456.
P. 450–451.
Rougier G. W., Fuente M. S., Arcucci A. B. 1995. Late Triassic Turtles from South America //
Science. Vol. 268. P. 855–858.
366
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Ультраструктура половых клеток и их
формирование у бескишечной турбеллярии
Convoluta convoluta (Acoela)
Е. Е. Чернова1, Я. И. Заботин1
1
Казанский (Приволжский) Федеральный Университет, Казань, Россия;
e-mail: [email protected] (Е. Е. Чернова), [email protected] (Я. И. Залотин)
Бескишечные турбеллярии (Acoela) представляют собой важную в эволюционном аспекте группу беспозвоночных животных. В зоологической науке
до сих пор обсуждаются различные взгляды на их эволюцию и филогенетические связи (Ливанов, 1955; Иванов и Мамкаев, 1973).
Одним из наиболее значимых критериев для систематических построений
внутри отряда бескишечных турбеллярий является морфология их половой
системы на светооптическом (Мамкаев, 1967; Иванов и Мамкаев, 1973) и ультраструктурном уровне (Hendelberg, 1977; Achatz et al., 2010). На сегодняшний день для ряда видов Acoela описана ультраструктура зрелых сперматозоидов и яйцеклеток (Raikova and Justine, 1999; Petrov et al., 2004; Tekle et al.,
2007; Заботин и Голубев, 2011).
В качестве объекта исследования нами был выбран вид Convoluta convoluta,
один из наиболее распространенных среди Acoela. Предыдущими авторами
проводились электронно-микроскопические исследования некоторых его
тканей и органов, однако строение сперматозоидов и яйцеклеток, а также
процесс их развития изучены явно недостаточно.
Спермиогенез. Наиболее ранние из обнаруженных нами сперматоцитов (диаметром 6 мкм) представляют собой крупные округлые клетки, цитоплазма
которых заполнена многочисленными овальными и вытянутыми митохондриями и диктиосомами комплекса Гольджи. Такие сперматоциты залегают
группами по 5–6 клеток в тесном контакте друг с другом.
Свободные микротрубочки в спермиогенезе представлены в двух вариантах: аксиальные и кортикальные. На ранних стадиях в сперматоцитах очень
много свободных микротрубочек, лежащих не упорядоченно в цитоплазме
клетки. Преимущественно такие цитоплазматические микротрубочки занимают кортикальное положение. Далее в сперматоцитах (диаметром около 4-5
мкм) происходит перестройка положения свободных микротрубочек и образование центрального аксиального цилиндра. Причем следует отметить
асинхронность процессов формирования аксиального цилиндра и погружения жгутиков.
В ходе спермиогенеза жгутики погружаются в цитоплазму так, что их кинетосомы остаются в дистальной части будущего сперматозоида, тогда как
ядро мигрирует в проксимальную часть будущего спермия. Такое положение
жгутиков называется инвертированным.
Инкорпорирование жгутиков. В межклеточном пространстве нами обнаружены скопления свободных жгутиков (диаметром 0.5 мкм) с формулой
аксонем 9+0, принадлежащих разным сперматоцитам. Далее начинается
Ультраструктура половых клеток…
367
инкорпорирование жгутиков в клетку. Погружение жгутиков, как правило,
в разных сперматидах происходит не одновременно. В проксимальном отделе сперматид аксонемы окружены двойной мембраной. Затем наружные
обкладки цитоплазматических мембран пропадают и остаются только внутренние опорные мембранные полукружия.
Перед самым «кончиком» аксонема приобретает вид 9+2 за счет появления
двух центральных микротрубочек. И наконец, на самом кончике остаются
только две кинетосомы. Таким образом, формула аксонем жгутиков C. convoluta меняется с 9+0 на 9+2.
Зрелый сперматозоид C. convoluta (диаметром 2–2.5 мкм) состоит из трех
отделов и имеет нитевидную форму. В головке располагается длинное вытянутое ядро. В шейке (диаметром 2 мкм) содержатся митохондрии и электронно-плотные гранулы. Вдоль всей длины сперматозоида проходят два
жгутика с формулой 9+0, инкорпорированные в цитоплазму. Свободные
цитоплазматические микротрубочки, не входящие в состав аксонем, занимают аксиальное положение. Они могут быть собраны в аксиальный цилиндр
или представлять собой два полукружия, отделенных цитоплазматическими
мембранами.
Оогенез. Зона дифференциации молодых ооцитов находится преимущественно в переднем отделе тела с вентральной стороны. Более зрелые ооциты располагаются ближе к хвостовому концу. Самые ранние ооциты это
большие (более 6 мкм) округлые клетки. Ядро и цитоплазма имеют большие
объемы, ядро занимает примерно 1/3 от всего объема клетки. Хроматин относительно равномерно рассеян по кариоплазме в виде мелкого хлопьевидного материала. Ядрышко хорошо выражено. Цитоплазма характеризуется
мелкими митохондриями, большим количеством каналов шероховатой и
гладкой ЭПС, многочисленными свободными рибосомами, а также диктиосомами аппарата Гольджи.
Следующая стадия созревания ооцитов («промежуточные ооциты») – округлые клетки (диаметром более 8 мкм). Так почти 1/3 объема такой клетки
занимает клетка с большим ядром, компактным ядрышком, остальной хроматин довольно равномерно рассеян по кариоплазме. Что интересно, вокруг
ядра расположены замкнутые «отечные» каналы гладкой ЭПС. В цитоплазме
клеток присутствует много митохондрий разных размеров (есть гигантские),
очень много каналов гладкой и шероховатой ЭПС, клетка буквально пронизана ими. В некоторых таких клетках отмечены большие капли липидов,
которые располагаются неподалеку от ядра.
Среди содержимого ооплазмы большое количество мультиламеллярных
телец и своеобразные округлые образования, напоминающие пищеварительные вакуоли пищеварительной паренхимы, такие структуры заполнены
пузыревидным содержимым. Отмечены интересные структуры, напоминающие клубок плотно свернутых каналов гладкой ЭПС.
Зрелые ооциты хорошо заметны на полутонких срезах для световой микроскопии. Ооциты расположены в толще паренхимы предротовой области,
не отделены дополнительными структурами. Как правило, количество таких зрелых ооцитов не более пяти. Они лежат среди паренхимных клеток,
имеют округлую форму. Ядро плотное, темно окрашено вследствие сильной
368
Е. Е. Чернова, Я. И. Заботин
конденсации хроматина. Ооциты имеют хорошо различимые плотные оболочки и запасы желтка. Цитоплазма равномерно окрашивается.
Впервые ультратонкое строение сперматозоидов C. convoluta было изучено
Ю. В. Мамкаевым и В. П. Ивановым (1970). Ими было отмечено аксиальное
положение микротрубочек и аксонемы жгутиков с формулой 9+0. Наши
данные подтвердили наличие аксонем 9+0. Однако нами было обнаружено двоякое расположение микротрубочек в ходе спермиогенеза: аксиальное
и кортикальное.
Бескишечные турбеллярии демонстрируют большое разнообразие в структуре аксонем и дополнительных опорных образований. Обычно аксонеме 9+2
соответствует наличие кортикальных микротрубочек, а аксонеме 9+0 — наличие аксиальных микротрубочек. По нашим данным, у C. convoluta аксонеме
9+0 соответствует наличие аксиальных микротрубочек в зрелом спермии, но
в процессе спермиогенеза присутствуют и кортикальные.
Все созревание ооцитов происходит в паренхиме животного, в основном
ближе к вентральной стороне тела. Дополнительные клетки, описанные для
некоторых представителей Acoela (Иванов и Мамкаев, 1973; Chandler et al.,
1992; Raikova et al., 1995), у C. convoluta не были обнаружены. По мнению Иванова и Мамкаева (1973), эти дополнительные клетки выполняют трофическую функцию.
Нами обнаружен только один тип включений в «промежуточных» ооцитах. Это крупные электронно-плотные желточные гранулы. Райкова (Raikova et al., 1995) и Чандлер (Chandler et al., 1992) описывают в яйцеклетках Acoela
два вида включений.
Таким образом, нами впервые приведены такие ультраструктурные особенности как аномальная «отечность» каналов гладкой ЭПС, наличие в ооплазме структур, напоминающих пищеварительные вакуоли, а также плотно
свернутые каналы ЭПС. Возможно, эти особенности свидетельствуют о том,
что питание развивающихся ооцитов C. convoluta происходит путем активного захвата ими клеточных элементов материнского организма. В литературе
встречаются сведения об активном захватывании симбиотических зооксантелл развивающимися ооцитами бескишечных турбеллярий из рода Waminoa
(Barneah et al., 2007). Но данных о фагоцитозе каких-либо других элементов
в литературе нет.
Обнаруженные нами особенности спермиогенеза и оогенеза C. convoluta
позволяют существенно расширить наши представления о строении и эволюции половых клеток Acoela.
Литература
Ливанов Н. А. 1955. Пути эволюции животного мира (анализ организации главнейших типов многоклеточных животных). М.: Советская наука. 400 с.
Заботин Я. И., Голубев А. И. 2011. Ультраструктура сперматозоидов четырех видов
бескишечных турбеллярий (Acoela) и ее значение для систематики // Зоол. журнал. Т. 90. № 1. С. 3–12.
Иванов А. В., Мамкаев Ю. В. 1973. Ресничные черви, их происхождение и эволюция.
Л.: Наука. 223 с.
Ультраструктура половых клеток…
369
Мамкаев Ю. В. 1967. Очерки по морфологии бескишечных турбеллярий // Тр. Зоол.
Ин-та АН СССР. Т. 44. С. 26–108.
Мамкаев Ю. В., Иванов В. П. 1970. Электронномикроскопическое исследование сперматозоидов бескишечной турбеллярии Convoluta convoluta // Отчетная науч. сессия по итогам работ 1969 г. — тез. докладов Зоол. ин-та АН СССР. Л. С. 12–13.
Achatz J. G., Hooge M., Wallberg A., Jondelius U., Tyler S. 2010. Systematic revision of
acoels with 9+0 sperm ultrastructure (Convolutida) and the influence of sexual conflict
on morphology // J. Zool. Syst. Evol. Res. Vol. 48. P. 9–32.
Barneah O., Brickner I., Hooge M., Weis V., Benayahu Y. 2007. First evidence of maternal
transmission of algal endosymbionts at an oocyte stage in a triploblastic host, with
observations on reproduction in Waminoa brickneri (Acoelomorpha) // Invertebr. Biol.
Vol. 126. P. 113–119.
Chandler R. M., Thomas M. B., Smith J. P. S. 1992. The role of shell granules and accessory
cells in eggshell formation in Convoluta pulchra (Turbellaria, Acoela) // Biol. Bull.
Vol. 182. P. 54–65.
Hendelberg J. 1977. Comparative morphology of turbellarian spermatozoa studied by
electron microscopy // Acta Zoologica Fennica. Vol. 154. P. 149–162.
Petrov A., Hooge M., Tyler S. 2004. Ultrastructure of sperms in Acoela (Acoelomorpha)
and its concordance with molecular systematics // Invertebr. Biol. Vol. 123. P. 183–197.
Raikova O., Justine J. L. 1994. Ultrastucture of spermiogenesis and spermatozoa in three
Acoels (Platyhelminthes) // Ann. Sci. Nat. Vol. 15. P. 63–75.
Raikova O., Falleni A., Gremigni V. 1995. Oogenesis in Actinoposthia beklemischevi
(Plathelminthes, Acoela) : an ultrastructural and cytochemical study // Tissue and Cell.
Vol. 27. P. 621–633.
Tekle Y. I., Justine J. L, Raikova O. I., Hendelberg J., Jondelius U. 2007. Ultrastructural
and immunocytochemical investigation of acoel sperms with 9+1 axoneme structure:
new sperm characters for unraveling phylogeny in Acoela // Zoomorphology. Vol. 126.
P. 1–16.
370
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Уникальные черты строения фоторецепторных
органов пиявок
Н. В. Шакурова1, А. Н. Абашева1
1
Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, Россия;
e-mail: [email protected]
Разнообразие в строении глаз даже в пределах одной группы животных,
например, такой как Annelida, свидетельствует об удивительной гибкости
в решении основной задачи — светодетекции. Уникальную среди кольчатых
червей организацию демонстрируют глаза пиявок. Пиявки морфологически
и экологически представляют цельную, компактную по составу и типу строения группу хищных и эктопаразитических аннелид. Основные апоморфии
и морфофизиологические адаптации этой группы хорошо известны. Удивительно другое — отсутствие у Hirudinea морфологически дифференцированных органов чувств, если не считать бокаловидных органов и паренхимных глаз. По мнению В. Н. Беклемишева (1964), в своем происхождении
глаза пиявок тесно связаны с «бокаловидными органами», сочетающими
функции хемо-, фото- и механорецепции. Таким образом, на примере пиявок есть возможность непосредственного изучения этапов становления глаза
как органа у эволюционно преемственных групп ныне живущих видов. Не
менее важным моментом, побуждающим к изучению глаз пиявок, является уникальное так называемое «фаосомное» строение их фоторецепторных
клеток (ФК). Известны и широко распространены два основных типа ФК —
цилиарные и рабдомерные, эти типы положены в основу эволюционной теории Икина (Eakin, 1965). Однако среди аннелид встречается и третий тип —
фаосомные зрительные клетки. У Clitellata глаза такого фоторецепторного
типа описаны у всех изученных видов пиявок, а также некоторых Oligochaeta
(сем. Naididae, а также видов Lumbricus terrestris, Lumbriculus variegatus и Eisenia foetida) (Purschke, 2003). Характерные лишь для Clitellata фоторецепторы
фаосомного типа представляют, скорее всего, аутопоморфию этой группы
аннелид. Отсюда следует, что по всей вероятности фаосомы вторично развившийся тип фоторецепторов, появившийся у пиявок и олигохет.
Для Hirudinea фаосомные глаза — визитная карточка класса. А потому для
понимания особенностей строения и развития органов такого типа неизбежно обращение к представителям этой группы.
Материалом нашего исследования послужили пиявки подкласса настоящие пиявки (Euhirudinea), принадлежащие двум отрядам — хоботные (Rhynchobdellida) и бесхоботные (Arhynchobdellida). Из отряда Rhynchobdellida — объектом изучения стали виды двух семейств:
Glossiphoniidae — Glossiphonia complanata L., 1758 и Helobdellidae — Helobdella
stagnalis L., 1758. Из отр. Arhynchobdellida — виды единственного семейства
Erpobdellidae (=Herpobdellidae) — Herpobdella octoculata L., 1758 и H. nigricollis
Brandes, 1900.
В целом, для органов зрительной системы Rhynchobdellida характерна многоклеточность: около 10 фоторецепторных клеток совместно с обкладочными
Уникальные черты строения фоторецепторных органов…
371
пигментированными клетками
(формирующими конический
пигментированный бокал)
составляют глаз (диаметром
~12 мкм), и эвертированность.
Сенсорный домен и сома зрительных клеток зачастую соседствуют во внутреннем пространстве глаза. Вместе с тем,
нам удалось определить, что
у Helobdella stagnalis сенсорная
часть фоторецептора отделена
Рис. 1. Helobdella stagnalis. Фоторецепторная клетка не перехватом (как это констас ядром (N) в полости глазного бокала. Микровилли
тировал Clark, 1967), а явным
(MV) обращены внутрь фаосомы
стебельком-дендритом, хотя
Mt — митохондрии
и коротким. Эта зона, как и во
всех известных фоторецепторах
многоклеточных, богата митохондриями и элементами цитоскелета, особенно обильны микротрубочки. Сенсорный домен
имеет типичную фаосомную
организацию: микровиллярные (МВ) рабдомеры являются
продолжением мембраны внутриклеточной «вакуоли» (=фаосомы). МВ цилиндрической
Рис. 2. Glossiphonia complanata. Пигментные гранулы
формы и примерно равной
(Pg) обкладочных клеток глаза. Стрелки указывают
длины у всех изученных нами
на фиброзную оболочку
видов (77–140 нм). Субмикровиллярная область фоторецептора бедна органеллами (в основном, редкие
митохондрии) и отличается малой толщиной (200–400 нм). В области сенсорного домена (в субмикровиллярной зоне) цитоплазма представляет собой
тонкий (400 нм) участок, бедный органеллами, в основном, это митохондрии.
Тогда как элементы синтетического аппарата (ЭПР, КГ) сконцентрированы
в перикарионе (рис. 1). Глазной бокал составлен пигментированными клетками (ПК) неправильной формы, образующими многочисленные шнуровидные переплетающиеся выросты (рис. 2). В результате таких пальчатых
контактов обкладка глаза представляется довольно прочным образованием,
вполне соответствующим ее дополнительной функции — опоры. Основными же функциями пигментного бокала является светоизоляция и детекция
направления падающего света. А потому обязательным компонентом ПК
являются мембранограниченные гранулы с электронно-плотным гомогенным содержимым — предположительно, меланином. Размеры пигментных
гранул у всех изученных видов хоботных пиявок варьируют от 0.2 до 0.7 мкм
(рис. 2). Функцию опоры выполняют и другие вспомогательные структуры:
наружная мышечная капсула и межклеточное вещество.
372
Н. В. Шакурова, А. Н. Абашева
Рис. 3. Herpobdella octoculata. Наружный сегмент фоторецепторной клетки (PhC). Стрелки
указывает на цитоплазматический барьер между гладкосетчатой и митохондриальной зонами
sER — зона гладкого ЭПР; M — митохондриальная зона
Среди аринхобделлидных пиявок в фокусе электронно-микроскопических
исследований обычно оказывался единственный вид — Hirudo medicinalis.
В нашей работе был использованы другие широко распространенные виды
рода Herpobdella того же отряда. Глаза Herpobdellidae представляют переходный тип между ринхобделлидным и гирудинидным вариантами фоторецепторных органов. От хоботных пиявок их отличает большее число зрительных
клеток (12–20), конвертированность, структура фаосом; от гирудинид — латеральное положение оптического нерва, небольшая глубина бокала, и ряд
ультраструктурных характеристик. По данным объемной реконструкции,
глаза пиявок рода Herpobdella камерного типа, включают многочисленные
мелкие пигментированные клетки, образующие экран, 12–20 фаосомальных
зрительных клеток и внешнюю прозрачную капсулу мезенхимной природы,
изолирующую не только пигментный бокал, но и зрительные клетки. Межклеточное вещество формирует диафрагму со стороны зрачка. Таким образом, глаза пиявок не двух-, а трехкомпонентные органы, включающие наряду
с пигментными и зрительными клетками элементы соединительной ткани.
Внутри глазной полости размещаются не только сенсорные домены ФРК, но
и гомеостатические (сома), поскольку дендрит сенсорных клеток Herpobdella
укорочен. В области наружного сегмента фоторецепторных клеток у Herpobdella octoculata и Herpobdella nigricollis четко выделяются три морфофункциональные области: (1) внутренняя — микровиллярная — собственно фотодетектирующая; (2) ретикулярная зона (с хорошо развитой аЭПС) — депо ионов
Са2+, участвующих в процессе фототрансдукции; (3) наружная – основными
компонентами которой являются митохондрии, а также грЭПС, диктиосомы
КГ, — зона высокой метаболической активности фаосомы (наряду с перикарионом) (рис. 3). Рабдом и фаосомы уплощенно-вытянутой формы, а не
шаровидной, как у Rhynchobdellida. Срединная часть микровиллей заполнена фибриллярным материалом, возможно актиновыми микрофиламентами.
Уникальные черты строения фоторецепторных органов…
373
Диаметр микровиллей Herpobdella octoculata варьирует от 93 до
187 нм, у Herpobdella nigricollis — от
79 до 157 нм. Дополнительным
компонентом глаза пиявок является многоклеточный пигментный
бокал. Стенка глазного бокала выложена несколькими слоями пигментированных клеток, основным
составляющим которых являются
гранулы двух типов: тип I — пигментные гранулы с зернистым
содержимым низкой электронной плотности (диаметр гранул
300–400 нм) и тип II — пигментные
гранулы с электронно-плотным
Рис. 4. Herpobdella octoculata. Два типа гранул гомогенным содержимым (диа(Pg1, Pg2) в пигментных клетках глаза
метр гранул 400–500 нм) (рис. 4).
За пределами пигментного бокала сенсорные домены зрительных клеток
продолжают образовывать компактный рабдом. В области, прилегающей
к плазмалемме фоторецепторной клетки, четко просматривается уплотнение мелко-фибриллярного материала, формирующего вокруг рабдома своеобразную капсулу (0.2–0.6 мкм). Фоторецепторные клетки заякориваются
в этой уплотненной капсуле с помощью многочисленных отростков. Протоки
этого межклеточного вещества проникают внутрь глаза, изолируя и поддерживая сенсорные отростки зрительных клеток.
В итоге сопоставления макро- и ультраструктуры зрительных органов
пиявок Euhirudinea можно констатировать удивительную общность планов
строения глаз для этой группы животных, и, вместе с тем, разнообразие в деталях организации зрительных систем в пределах отрядов. Обусловлено это,
с одной стороны, единой линией специализации класса в целом, с другой —
«индивидуальными» для каждого отряда стратегиями реализации наиболее
эффективного выполнения генеральной нейрофизиологической задачи —
информативной светодетекции.
Литература
Беклемишев В. Н. 1964. Основы сравнительной анатомии беспозвоночных. Т. 2. Органология. М.: Наука. 446 с.
Eakin R. M. 1965. Evolution of photoreceptors // Cold Spring Harb. Symp. quant. Biol.
Vol. 30. P. 363–370.
Purschke G. 2003. Ultrastructure of phaosomous photoreceptors in Stylaria lacustris
(Naididae, Oligochaeta, Clitellata) and their importance for the position of the Clitellata
in the phylogenetic system of the Annelida // J. Zool. Syst. Evol. Res. Vol. 41. P. 100–108.
Clark A. W. 1967. The fine structure of the eye of the leech, Helobdella stagnalis // J. Cell Sci.
Vol. 2. P. 341–348.
374
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Сравнительная и эволюционная морфология
parasitengona (Acariformes)
А. Б. Шатров1
1
Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
Клещи-паразитенгоны представляют собой высокоспециализированную
группу высших акариформных клещей (отр. Acariformes) в ранге когорты.
Эта группировка объединяет большое количество семейств наземных и вторично-водных актинотрихидных клещей, которые характеризуются уникальным жизненным циклом с чередованием активных и покоящихся возрастов (стадий развития), а также гетероморфизмом паразитической личинки.
Личинки паразитируют на беспозвоночных и позвоночных животных, где
составляют один из основных компонентов паразитоценозов, в связи с чем
имеют также несомненное практическое значение. Дейтонимфы и взрослые
клещи — свободноживущие хищники. Несмотря на огромное биологическое разнообразие и очевидные внешние различия этих клещей как личинок, так и взрослых форм, все паразитенгоны имеют однотипное, причем,
крайне простое внутреннее строение (Шатров, 2000). Этот эволюционный
модус, связанный со значительным вторичным упрощением внутренней организации, определил огромную экологическую пластичность паразитенгон
и способность к питанию путем внекишечного пищеварения (Cohen, 1995,
1998). Этот способ питания предопределил практически неограниченный
круг потенциальных жертв — источников пищи, а также то обстоятельство,
что паразитизм в данном случае отличается от хищничества только лишь
временем питания и размерами жертвы. Поэтому, рассматривая возможную
эволюцию паразитенгон, следует в первую очередь иметь в виду биохимическую специализацию, реализующуюся в определенном экологическом контексте, и приводящую к определенным пищевым предпочтениям, а также
некие внешние морфологические адаптации, способствующие закреплению
частных эволюционных трендов. Эти внешние признаки и послужили источником эволюционных построений, причем зачастую признаки личинок
и взрослых форм произвольно перемешиваются, либо все построения (систематика и филогения) основываются только на личинках, как это имеет место
у клещей-краснотелок (сем. Trombiculidae).
Традиционно паразитенгоны рассматриваются как монофилетическая
группа, объединяемая следующими синапоморфиями: редуцированные
прото- и тритонимфа, паразитическая личинка, отсутствие саккулюса у коксальных желез (Alberti und Storch, 1977; Witte, 1991). На основе внешних
и весьма ограниченного числа признаков внутренней организации и выстроенной на этой основе кладограммы (Welbourn, 1991), у паразитенгон
различают три субкогорты: Erythraeina, Hydracarina и Trombidiina, причем
последние две рассматриваются как сестринские группировки. Субкогорта
Erythraeina включает два надсемейства — Erythraeoidea и Calyptostomatoidea,
а субкогорта Trombidiina объединяет четыре надсемейства — Tanaupodoidea,
Сравнительная и эволюционная морфология parasitengona…
375
Chyzeroidea (наиболее примитивные), Trombiculoidea и Trombidioidea (Welbourn, 1991). Водяные клещи с многочисленными надсемействами этим автором не рассматриваются. В свою очередь Витте (Witte, 1991) рассматривает
группировку водяных клещей Hydrachnidia в качестве сестринского таксона по отношению ко всем прочим наземным клещам, объединяемым в рамках субкогорты Trombidia. Внутри последней различаются две сестринские
группировки — Trombidioidea с одной стороны и Calyptostomatoidea и Erytrhraeoidea с другой (Witte, 1991). Таким образом, этот автор помещает краснотелок и тромбидиид в одно надсемейство, что представляется не совсем
оправданным и расходится с представлениями Вельбурна (Welbourn, 1991).
В последнее время паразитенгон понижают в таксономическом ранге и относят к когорте Anystina (Lindquist, 1984; см. также обзор Миронов и Бочков, 2009). Молекулярно-генетические исследования, основанные на одном
митохондриальном гене COI (Söller et al., 2001), показали, что микротромбидииды вместе с водяными клещами являются сестринской группировкой по
отношению ко всем прочим наземным паразитенгонам, среди которых ветвь,
включающая семейства Trombidiidae, Johnstonianidae и Trombiculidae, оказывается сестринской по отношению к ветви, объединяющей надсемейства
Calyptostomatoidea и Erythraeoidea.
Возможный сценарий эволюции высших акариформных клещей с позиций сравнительной морфологии рассмотрен в предыдущих работах (Шатров, 2006, 2008). Здесь мы остановимся на возможных взаимоотношениях
главнейших ветвей паразитенгон на основе их внутренней анатомии.
Сценарий А. Trombidioidea sensu Welbourn (1991) — группировка наземных
клещей, развивающаяся независимо от прочих. Другие группы паразитенгон
и, в частности, тромбикулиды с одной стороны и водяные клещи и калиптостомиды — с другой, оказываются ближе друг к другу, нежели к тромбидиидам, и первоначально также населяли поверхность почвы, как и предки
тромбидиид, но впоследствии экологически разделились. Этот сценарий
подразумевает полифилетическое происхождение паразитенгон. В этом сценарии паразитические личинки всех этих клещей, имеющие чрезвычайно
простую анатомическую организацию, могут рассматриваться исключительно как промежуточная морфологическая форма, не имеющая существенной
эволюционной нагрузки.
Сценарий B. Тромбидииды и водяные клещи — сестринские группы, тогда
как тромбикулиды — отдельная группа, характеризующаяся отличающейся
анатомической организацией.
Сценарий C. Предковая паразитенгонам группа в ранге семейства, представители которой жили на поверхности почвы и в почвенной подстилке и были
широко распространены, имела в своем составе многочисленные рода, равноудаленные друг от друга и снабженные многочисленными частными адаптациями. Согласно этой точке зрения, тромбидииды — это наиболее примитивная группа, предки которой дали начало как водяным клещам, ушедшим
в воду, так и высокоспециализированным краснотелкам, перешедшим к жизни в глубоких почвенных горизонтах. Согласно этому сценарию, может быть
принята монофилия паразитенгон, причем исходным состоянием является
не «ствол дерева» с ветвями, вырастающими на разном уровне, а «травяной
376
А. Б. Шатров
стебель», дающий много побегов на одном уровне, т. е. своеобразный «участок луга» (Пономаренко, 2004, 2005).
Сценарий D. Ныне живущие тромбидииды — наиболее базально расположенная группа, краснотелки — это уклонившаяся и специализированная
группа, тогда как водяные клещи занимают промежуточное положение. Личинки паразитенгон, как результат дезэмбрионизации (т. е. вылупления на
более ранних стадиях эмбрионального развития), воспроизводят морфологию, которая никогда не существовала в реальной эволюции, и демонстрируют тип морфологической и функциональной редукции органных систем
с рядом дополнительных функциональных адаптаций.
Сценарий E. Группы, такие как, например, тромбикулиды, у которых анатомическая организация наиболее проста, являются наиболее примитивными, тогда как те, у которых анатомическая организация более сложная, такие
как тромбидииды и водяные клещи — более продвинуты. При этом у ряда
продвинутых водяных клещей может происходить вторичная редукция ряда
органов и систем.
Во всех этих сценариях роль паразитической личинки остается весьма
противоречивой и до конца не разрешенной (Witte, 1978). Однако, уже сейчас ясно, что личинка, в силу целого ряда причин, не может воспроизводить
морфологию предшествующих стадий эволюционного развития данной
конкретной группы. Поэтому, роль личинки в онтогенезе и в становлении
тех или иных структур, важных в оценке эволюционного статуса отдельных
групп клещей, еще предстоит выяснять и анализировать.
В целом, три подхода может быть предложено в оценке морфологии
и эволюции личинок паразитенгон. (1) Личинка в своей морфологии в значительно степени редуцирована относительно взрослых форм с развитием
дополнительных адаптаций в зависимости от частных паразито-хозяинных
взаимоотношений; (2) Личинка представляет собой определенный морфологический прототип (проморфологию) для данной эволюционной ветви
клещей, развивающийся раньше исторического появления морфологии постларвальных стадий; (3) Как личинка, так и постларвальные возраста (стадии) развиваются независимо друг от друга (независимые эволюционные направления) в тесном взаимоотношении с кругом своих потенциальных жертв
(хозяев) и на фоне определенного экологического контекста.
Литература
Миронов С. В., Бочков А. В. 2009. Современные представления о макрофилогении акариформных клещей (Chelicerata, Acariformes) // Зоол. журн. Т. 88. № 8. С. 922–937.
Пономаренко А. Г. 2004. Артроподизация и ее экологические последствия // Экосистемные перестройки и эволюция биосферы. Т. 6. М.: ПИН РАН. С. 7–22.
Пономаренко А. Г. 2005. Данные палеонтологии о происхождении членистоногих //
Эволюционные факторы формирования разнообразия животного мира. М.: Т-во
научных изданий KMK. С. 146–155.
Шатров А. Б. 2000. Краснотелковые клещи и их паразитизм на позвоночных животных. СПб: Изд-во СПбГУ. 276 с.
Сравнительная и эволюционная морфология parasitengona…
37 7
Шатров А. Б. 2006. Морфология клещей-паразитенгон (Acariformes: Parasitengona)
и их возможный эволюционный сценарий // Паразитология. Т. 40. № 6. С. 489–511.
Шатров А. Б. 2008. Морфология и эволюция высших акариформных клещей
(Acariformes) // Эволюционная морфология животных. Ч. 1. СПб: Изд-во СПбГУ.
С. 58-68.
Alberti G., Storch V. 1977. Zur Ultrastruktur der Coxaldrüsen actinotricher Milben (Acari,
Actinotrichida) // Zool. Jahrb. Abt. Anat. Bd. 98. S. 394–428.
Cohen A. C. 1995. Extra-oral digestion in predaceous terrestrial Arthropoda // Ann. Rev.
Entomol. Vol. 40. P. 85–103.
Cohen A. C. 1998. Solid-to-liquid feeding: The inside(s) story of extra-oral digestion in
predaceous Arthropoda // Amer. Entomol. Vol. 44. P. 103–116.
Lindquist E. E. 1984. Current theories on the evolution of major groups of Acari and on their
relationships with other groups of Arachnida, with consequent implications for their
classification // Acarology VI. Vol. 1. N.Y.: John Wiley & Sons. P. 28–62.
Söller R., Wohltmann A., Witte H., Blohm D. 2001. Phylogenetic relationships within
terrestrial mites (Acari: Prostigmata, Parasitengona) inferred from comparative DNA
sequence analysis of the mitochondrial cytochrome oxidase subunit I gene // Mol.
Phylog. Evol. Vol. 18. P. 47–53.
Welbourn W. C. 1991. Phylogenetic studies of the terrestrial Parasitengona // Dusbabek F.,
Bukva V. (eds.). Modern acarology. Vol. 2. Prague: Academia. P. 163–170.
Witte H. 1978. Die postembryonale Entwicklung und die funktionelle Anatomie
des Gnathosoma in der Milbenfamilie Erythraeidae (Acarina, Prostigmata) //
Zoomorphologie. Bd. 91. S. 157–189.
Witte H. 1991. The phylogenetic relationships within the Parasitengona // Dusbabek F.,
Bukva V. (eds.). Modern acarology. Vol. 2. Prague: Academia. P. 171–182.
378
Современные проблемы эволюционной морфологии животных
Генито-интестинальное соединение у
пресноводных планарий (plathelminthes: Tricladida) Западного Кавказа
А. Н. Шумеев1
1
Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]
Генито-интестинальное соединение — связь между пищеварительной и половой системами — возникает в разных группах турбеллярий: у Rhabdocoela,
Lecitoepiteliatha, Polycladida, Tricladida (Bresslau, 1933). В отряде Tricladida оно
обычно у наземных Microplaninae, у пресноводных планарий встречается
редко (некоторые виды Dendrocoelidae, Dugesiidae).
На Западном Кавказе в ручьях бассейна верхнего течения р. Киша, в верховьях р. Малая Лаба и в ручьях хр. Аибга (бассейн р. Псоу) обнаружены планарии семейства Dendrocoelidae Hallez, 1890, половой аппарат которых имеет
соединение с кишечником. По внешнему виду и структуре копулятивного
аппарата эти черви относятся к роду Dendrocoelum Oersted, 1844: непигментированные животные с двумя компактными кучками глаз на переднем конце тела; в копулятивном аппарате присутствуют хорошо развитые папилла
пениса и аденодактиль (рис. 1), построенный по типу «Dendrocoelum lacteum»
(Mamkaev et al., 2005). Главное отличие от других видов рода — полная редукция мешка семяприемника.
Семяприемник у пресноводных планарий — орган копулятивного аппарата, состоящий из мешка и канала, соединяющего мешок с половым атрием.
Рис. 1. Сагиттальная схема копулятивного аппарата западнокавказской Dendrocelum
а — аденодактиль; бп — бульбус пениса; гик — генито-интестинальный канал; к — кишечник; кс — канал
семяприемника; мс — мешок семяприемника; по — половое отверстие; пп — папилла пениса; я — яйцевод
Генито-интестинальное соединение у пресноводных планарий… 379
Рис. 2. Сагиттальная схема копулятивного аппарата Dendrocoelum lacteum (по: Ball and Reynoldson, 1981). Обозначения, как на рис. 1
Рис. 3. Генито-интестинальное соединение у западнокавказской Dendrocelum: A — суженая
часть канала семяприемника подходит вплотную к карману кишечника. B — место впадения
канала семяприемника в кишечник. Обозначения, как на рис. 1
Рис. 4. Фронтальная схема копулятивного аппарата Dendrocelum coiffaiti (по: Gourbault, 1972).
Обозначения, как на рис. 1
380
А. Н. Шумеев
Мешок семяприемника служит для временного хранения спермы, поступающей
через канал семяприемника
во время копуляции. Другая
функция семяприемника —
резорбция избытка спермы
(Sluys, 1989).
В типичном случае —
у Dendrocoelum lacteum
(Muller, 1774) — канал семяприемника впадает в мешок
семяприемника, располагающийся в паренхиме между
Рис. 5. Сагиттальная схема копулятивного аппарата Cura глоткой и бульбусом пениса (рис. 2). У западнокавforemanii (по: Kenk, 1935). Обозначения, как на рис. 1
казской Dendrocoelum канал
расположен идентично D. lacteum, но открывается в одно из ответвлений кишечника (рис. 1, 3), превращаясь, таким образом, в генито-интестинальный
канал; мешок семяприемника полностью отсутствует. Среди других дендроцелид генито-интестинальное соединение отмечено только у Dendrocoelum
coiffaiti Beauchamp, 1956 из Южной Франции. У этого вида канал семяприемника дает боковое ответвление, открывающееся в кишечный карман, мешок
семяприемника при этом сохраняется (рис. 4).
Строение генито-интестинального соединения, идентичное Dendrocoelum
с Западного Кавказа, демонстрируют североамериканский вид Cura foremanii
(Girard, 1852) из семейства Dugesiidae Ball, 1974 (рис. 5) и европейский наземный вид Microplana scharffi (von Graff, 1899) (сем. Rhynchodemidae Graff, 1899;
рис. 6B).
Таким образом, при отсутствии мешка семяприемника функцию резорбции избытков спермы принимает на себя кишечник. Остается непонятным,
как при такой конструкции генито-интестинального соединения происходит
Рис. 6. Сагиттальная схема копулятивного аппарата Microplana scharffi (А) и Microplana terrestris (B) (по: Ball and Reynoldson, 1981). Обозначения, как на рис. 1
Генито-интестинальное соединение у пресноводных планарий… 381
Рис. 7. Microplana с Западного Кавказа. Схема (A) и фотография (B) сагиттального среза через
генито-интестинальное соединение. Обозначения, как на рис. 1
половое размножение, куда попадает сперма при копуляции. Логично предположить, что при значительной длине канала часть спермы останется в нем,
и этой порции будет достаточно для оплодотворения, которое происходит в
передних отделах яйцеводов (Ball and Reynoldson, 1981). Однако обнаружить
сперму в канале семяприемника на срезах западнокавказского Dendrocoelum
пока не удалось.
Дж. Андерсон, изучая Cura foremanii, предположил, что отсутствие мешка
семяприемника делает невозможным перекрестное оплодотворение и при
отсутствии вегетативного размножения, служа анатомической основой для
самооплодотворения у этого вида (Anderson, 1952a; Anderson, 1952b; Anderson
and Johann, 1958). При содержании Cura foremanii в лабораторных условиях
были получены 9 поколений червей без перекрестного оплодотворения. При
содержании смешанной культуры копуляция не наблюдалась. На основании
изложенных фактов Андерсон предположил облигатность самооплодотворения у Cura foremanii. Размножение Dendrocoelum с Западного Кавказа, вероятно,
также может происходить путем самооплодотворения.
Эволюционный путь редукции мешка семяприемника при сохранении
хорошо развитого канала можно проследить на примере наземных планарий рода Microplana Vejdovsky, 1890. У Microplana terrestris Muller, 1774 мешок
семяприемника сообщается с кишечником, но хорошо выражен (рис. 6А).
У нового вида рода Microplana, обнаруженного на Западном Кавказе в бассейне среднего течения р. Белой, мешок семяприемника уменьшается, анатомическая граница с кишкой исчезает, мешок семяприемника может быть
идентифицирован лишь гистологически по характерному эпителию (рис.
7). Наконец, у Microplana scharffi мешок семяприемника исчезает полностью,
канал открывается непосредственно в кишечник (рис. 6B).
Таким образом, формирование генито-интестинального соединения
идентичного строения происходит в филогенетически неродственных
группах и, вероятно, объясняется сходными эволюционными тенденциями
в рамках единого конструктивного типа. Редукция мешка семяприемника
и формирование генито-интестинального соединения у западнокавказских
382
А. Н. Шумеев
представителей рода Dendrocoelum указывает на их таксономическую обособленность как минимум на уровне вида.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 09-04-01309.
Литература
Anderson J. M. 1952a. Sexual reproduction without cross-copulation in the fresh-water
triclad turbellarian, Curtisia foremanii // Biol. Bull. Vol. 102. P. 1–8.
Anderson J. M. 1952b. A further report on sexual reproduction without cross-copulation
in the fresh-water triclad turbellarian, Curtisia foremanii // The Anatomical Record.
Vol. 113. P. 601.
Anderson J. M. 1958. Some aspects of reproductive biology in the fresh-water triclad
turbellarian Curtisia foremanii // Biol. Bull. Vol. 115. P. 375-383.
Ball I. R., Reynoldson T. B. 1981. British planarians // Kermak D. M., Barnes R. S. K. (eds.).
Synopses of British Fauna. Vol. 19. Cambridge: Cambridge University Press. P. 1–141.
Bresslau E. 1933. Erster Klasse des Cladus Plathelminthes: Turbellaria // Kukenthal W.,
Krumbach T. (eds.). Handbuch der Zoologie. Bd. 2. S. 54–320.
Gourbault N. 1972. Recherches sur les Triclades paludicoles hypogés // Memoires du
Museum National d’Historie Naturelle (Paris). Ser. A (Zoologie). Vol. 73. P. 1–249.
Kenk R. 1935. Studies on Virginian Triclads // Journal of the Elisha Mitchell Scientific
Society. Vol. 51. P. 79–125.
Mamkaev Yu. V., Porfiriev A. G., Shumeev A. N. 2005. Glandular-muscular organs
(adenodactyls) in copulatory apparatus of planarians as repeatedly originated new
formations // Proceedings of the Zoological Institute RAS (Zoological Sessions: Annual
Reports 2004). Vol. 308. P. 41–48.
Sluys R. 1989. Sperm resorption in triclads (Platyhelminthes, Tricladida) // Invertebr.
Reprod. Dev. Vol. 15. P. 89–95.
Подписано в печать 07.09.2011 г.
Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 22,2. Тираж 200 экз.
Заказ № 2214.
Отпечатано в ООО «Издательство “ЛЕМА”»
199004, Россия, Санкт-Петербург, В.О., Средний пр., д. 24
тел.: 323-30-50, тел./факс: 323-67-74
e-mail: [email protected]
http://www.lemaprint.ru