Борисанова Анастасия Олеговна МИКРОСКОПИЧЕСКАЯ
advertisement
на правах рукописи Борисанова Анастасия Олеговна МИКРОСКОПИЧЕСКАЯ АНАТОМИЯ И УЛЬТРАСТРУКТУРА КОЛОНИАЛЬНЫХ KAMPTOZOA НА ПРИМЕРЕ ВИДА BARENTSIA DISCRETA (BUSK, 1886) Специальность 03.02.04 – зоология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук Москва, 2013 Работа выполнена на кафедре зоологии беспозвоночных биологического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова Научный руководитель: чл.- кор. РАН, профессор Малахов Владимир Васильевич Официальные оппоненты: доктор биологических наук Кантор Юрий Израилевич ФГБУН Институт проблем экологии эволюции им. А.Н. Северцова РАН кандидат биологических наук Крылова Елена Михайловна ФГБУН Институт океанологии Ширшова РАН Ведущая организация: им. и П.П. ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный университет, биологопочвенный факультет Защита диссертации состоится 25 марта 2013 года в 15.30 на заседании диссертационного совета Д 501.001.20 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинские горы, МГУ, биологический факультет, ауд. М-1 Факс: 8(495)9394309; e-mail: irbeme@mail.ru С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке МГУ имени М.В. Ломоносова. Автореферат разослан февраля 2013 года. Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук, профессор И.Р. Бёме 2 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования. Kamptozoa, или Entoprocta - небольшой таксон мелких (0,2-8 мм) водных беспозвоночных животных, ведущих прикрепленный образ жизни. Описано около 180 видов Kamptozoa, из которых около 50 видов представлены колониальными формами, остальные ведут одиночный образ жизни. Исследование этой группы представляет интерес, в первую очередь, в связи с неопределенностью систематического положения Kamptozoa в пределах первичноротых животных. На основании морфологических исследований и данных молекулярной генетики Kamptozoa сближают с мшанками (Nielsen, 1977; Helmkampf et al., 2008), аннелидами (Emschermann, 1982), циклиофорами (Funch, Kristensen, 1995; Zrzavy et al., 1998; Passamaneck, Halanych, 2006), моллюсками (Haszprunar, Wanninger, 2007), а также рассматривают как самостоятельный таксон в пределах Trochozoa (Giribet et al., 2000; Peterson, Eernisse, 2001). Противоречивость имеющихся данных о филогенетическом положении Kamptozoa в пределах животного царства объясняет необходимость дальнейшего подробного изучения строения взрослых особей и личиночных форм представителей этого таксона с применением современных методов исследований. Строение представителей Kamptozoa исследовано преимущественно на светооптическом уровне (см., например, Harmer, 1885; Nickerson, 1901; Atkins, 1932; Mariscal, 1965; Schwaha et al., 2010). С применением методов электронной микроскопии подробно описана микроскопическая анатомия только одиночного вида Loxosomella elegans (Nielsen, Jespersen, 1997), у колониальных видов исследованы отдельные детали тонкого строения некоторых систем органов (см. Reger, 1969; Emschermann, 1969; Emschermann, 1972; Nielsen, Rostgaard, 1976; Franzen, 1981; Emschermann, 1982; Franke, 1993; Nielsen, Jespersen, 1997). Это делает актуальным изучение микроскопической анатомии и тонкого строения всех систем органов колониальных представителей Kamptozoa. 3 Цели и задачи исследования. Цель работы: дать полное и подробное описание микроскопической анатомии и ультраструктуры всех систем органов Barentsia discreta как одного из представителей колониальных Kamptozoa. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи: 1. Подробное исследование микроскопической анатомии и ультраструктуры покровов, мускулатуры, нервной системы, полости тела, пищеварительной системы, фильтрационного аппарата, выделительной системы и половой системы B. discreta. 2. Проведение сравнительного анализа строения систем органов разных представителей типа Kamptozoa. Научная новизна работы. Настоящая работа представляет собой первое полное исследование ультраструктуры представителя колониальных Kamptozoa. Впервые показана сложная дифференциация в строении кутикулы на разных участках тела B. discreta. Показано наличие эпителиально-мышечных клеток в эпидермисе чашечки. На границе стебелька и мышечного основания описан эпителиальный клапан, ранее считавшийся другими авторами кутикулярным образованием. Указана новая особенность организации мышечных клеток Kamptozoa, состоящая в том, что в пределах одной клетки мышечные пучки идут в разных направлениях. При исследовании тонкого строения нервной системы впервые обнаружены вспомогательные клетки в ганглии и обкладочные клетки вокруг ганглия, со стороны полости тела. Впервые показано, что полость тела Kamptozoa везде отделена от тканей базальной пластинкой, что позволяет интерпретировать ее как гемоцель. Впервые описана ультраструктура семи типов полостных клеток. Впервые описан фронтальный желобок щупалец и разделительные гребни вестибулярного желобка и показана их роль в сортировке пищевых частиц. Впервые показано, что полость гонад выстлана сплошным слоем герминативного эпителия, что позволяет рассматривать полости гонад как производное целомических полостей. 4 Теоретическое и практическое значение работы. Данное исследование позволяет реконструировать полную организацию Kamptozoa и, тем самым, вносит вклад в решение фундаментальных проблем зоологии. Эти данные могут быть использованы для реконструкции путей эволюции животного царства и разработки его естественной системы, являющейся методологической основой теоретической и прикладной зоологии. Результаты настоящей работы включены в программы курсов зоологии беспозвоночных и сравнительной анатомии беспозвоночных. Апробация работы. Основные результаты исследования были представлены на международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2009» (Москва, 2009); международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2011» (Москва, 2011); на 2-м Международном конгрессе по морфологии беспозвоночных (Бостон, США, 2011); на Международной конференции по морскому биоразнообразию (Абердин, Шотландия, 2011); на Международной конференции по проблемам эволюционной морфологии животных, посвященной 105-летию со дня рождения академика А.В. Иванова (Санкт-Петербург, 2011); на Международной школе-конференции по проблемам эволюционной морфологии животных, посвященной 105-летию со дня рождения академика А.В. Иванова (Санкт-Петербург, 2011). Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них 5 статьи в журналах из списка ВАК, 6 - материалы конференций. Структура и объем диссертации. Текст диссертации изложен на 161 странице, состоит из введения, 5-и глав, выводов и списка литературы. Список литературы включает 120 источников, из них 106 на иностранных языках. Приложение содержит 71 рисунок. Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю чл.-корр. РАН, профессору В.В. Малахову. Автор искренне признателен профессору А.В. Чесунову за ценные замечания к тексту диссертации. Автор благодарит д.б.н. Н.М. Бисерову, к.б.н. Г.П. Салькову, к.б.н. О.В. Ежову и всех сотрудников кафедры. Спасибо сотрудникам 5 межкафедральной лаборатории электронной микроскопии МГУ им. М.В. Ломоносова и центра коллективного пользования электронной микроскопии ИБВВ им. И.Д. Папанина. Автор искренне благодарен сотрудникам лаборатории эмбриологии ИБМ им. А.В. Жирмунского ДВО РАН и отдельно д.б.н. А.В. Чернышеву. Большое спасибо А.А. Веденину и А.О. Швецовой. Автор выражает благодарность А.С. Петруниной, Н.П. Карасевой, Н.Н. Римской-Корсаковой, П.А. Беловой и А.А. Чагаевой за помощь, советы и поддержку в период работы над диссертацией. Автор благодарен своим родным и всем друзьям. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение Во введении обоснована актуальность темы, поставлены цели и задачи исследования. Обзор литературы В разделе, посвященном краткой истории изучения Kamptozoa, представлена картина постепенной смены представлений о родственных связях Kamptozoa по мере накопления данных о строении представителей этой группы. Раздел по внутренней систематике Kamptozoa содержит данные о современной классификации Kamptozoa, предложенной Эмшерманном (Emschermann, 1972). Основное содержание главы посвящено обзору данных по строению систем органов Kamptozoа на световом уровне (см. Harmer, 1885; Stiasny, 1905; Hilton, 1923; Atkins, 1932; Becker, 1937; Hyman, 1951; Brien, 1959; Mariscal, 1965; Mukai, Makioka, 1980; Riisgard et al., 2000; Schwaha et al., 2010), тем сведениям, которые имеются в литературе по ультраструктуре отдельных органов (см. Reger, 1969; Emschermann, 1969; Emschermann, 1972; Nielsen, Rostgaard, 1976; Franzen, 1981; Emschermann, 1982; Franke, 1993; Nielsen, Jespersen, 1997), а также результатам применения иммуноцитохимических методов (см. Wanninger, 2004; Fuchs et al., 2006; Schwaha et al., 2010). 6 Материалы и методы Материал. Материалом для исследования послужили особи колоний Barentsia discreta, собранные в заливе Восток Японского моря. Световая микроскопия. Для изучения общей анатомии материал был зафиксирован жидкостью Буэна или 4% раствором формалина на морской воде, обработан по стандартной гистологической методике и окрашен гематоксилином по Караччи. Трансмиссионная электронная микроскопия. Для исследования ультраструктур фрагменты колоний в течение суток фиксировались в 2,5% растворе глутаральдегида на какодилатном буфере с постфиксацией 1% раствором OsO 4 на какодилатном буфере в течение 1 часа, после чего были заключены в смолу (EPON). Сделанные ультратонкие срезы были отконтрастированы 4% водным раствором уранилацетата и цитратом свинца. Сканирующая электронная микроскопия. Для исследования на сканирующем электронном микроскопе фрагменты колоний были зафиксированы в 2,5% растворе глутаральдегида на какодилатном буфере. Обезвоженный и высушенный материал был напылен платино-палладиевым сплавом. Конфокальная микроскопия. Материал для исследований фиксировался 4% раствором параформальдегида на фосфатном буфере. Для исследования мускулатуры зафиксированный материал окрашивался фаллоидином (phalloidin-TRITC, phalloidin-FITC) с целью выявления актиновых микрофиламентов. Для исследования нервной системы материал инкубировался в первичных антителах (anti 5-HT rabbit) и во вторичных антителах (Alexa anti-rabbit goat). Для 3D-визуализации использовалась программа ZEISS LSM Image Browser. Результаты Морфология и анатомия. В этом разделе описана внешняя морфология колоний исследованного вида и анатомия на световом уровне, в целом, типичная для представителей рода Barentsia. 7 Покровы тела. Покровы B. discreta представлены однослойным микровиллярным эпидермисом, выстланным тонкой (0,2-0,3 мкм) протокутикулой на фронтальной стороне щупалец и в атриальной полости и сложно устроенной кутикулой на остальных участках тела (рис. 1). Кутикула чашечки двуслойная и включает наружный осмиофильный слой толщиной около 30 нм и внутренний рыхло-волокнистый слой. По направлению к основанию чашечки кутикула утолщается, и в рыхло-волокнистом слое появляются упорядоченные ярусы косых волокон, ориентированных во взаимо-противоположном направлении и огибающих чашечку по спирали. В области перехода чашечки в мышечный бульбус кутикула сильно утолщена и формирует кутикулярную септу. Кутикула мышечного бульбуса и мышечного основания сходна с кутикулой чашечки, хотя не имеет выраженной ярусности. В стебельке и в столоне в кутикуле появляются дополнительные слои: внешний и внутренний гомогенные и базальный. Эпидермис отделен от полости тела выраженной базальной пластинкой, к которой клетки крепятся гемидесмосомами. От гемидесмосом вглубь клетки тянутся пучки тонофиламентов. В участках, где прикрепляется мускулатура, через гемидесмосомы и тонофиламенты обеспечивается связь мышечных элементов с кутикулой. В составе протокутикулярного нересничного эпителия атриальной полости найдены эпителиально-мышечные клетки, выполняющие функцию кольцевой и продольной мускулатуры анального конуса и образующие анальный сфинктер. На границе стебелька и мышечного основания эпидермальные клетки образуют кольцевую складку - эпителиальный клапан. Эпидермис абфронтальной стороны щупальца образован несколькими рядами специализированных клеток с крупными округлыми выростами, цитоплазма которых заполнена множеством вакуолей. На абфронтальной стороне щупалец и в основании щупалец лежат чувствительные клетки с пучками сенсорных ресничек. В стебельке присутствуют специализированные двуклеточные «поровые комплексы», состоящие из центральной ресничной и кольцевой вакуолизированной клеток. 8 2 µм атриальная полость прт абфронтальная поверхность щупалец осм рвс боковая сторона чашечки осм рвс мышечный бульбус рвс осм гмг стебелек внг рвс вншг бзл столон осм рвс вншг рвс внг мышечное основание бзл бзл осм Рис. 1. Схема строения кутикулы на разных участках тела особи. бзл – базальный слой, внг – внутренний гомогенный слой, вншг – внешний гомогенный слой, гмг – гомогенный слой мышечного бульбуса, осм – осмиофильный слой, прт – протокутикула, рвс – рыхловолокнистый слой 9 осм Мускулатура. С использованием конфокальной микроскопии и трансмиссионной электронной микроскопии реконструирована анатомическая организация и тонкое строение мышечной системы B. discreta. Мускулатура чашечки включает парные центральные мышцы, вентральные продольные мышцы, вентро-латеральные продольные мышцы, продольные мышцы атриума; мускулатуру пищеварительного тракта (дуговидные мышцы, кольцевые мышцы пищевода, кишечный и анальный сфинктеры, мышечная обкладка прямой кишки); атриальное мышечное кольцо и продольные мышцы щупалец (рис. 2). атриальное мышечное кольцо продольные мышцы продольные мышцы щупалец атриума кишечный сфинктер кольцевые мышцы пищевода вентральные продольные мышцы вентро-латеральные продольные мышцы центральные мышцы чашечки 50 µм Рис. 2. Общая анатомия мышечной системы, LSM. 10 Ультраструктура мышечных мускулатуры. Кишечный клеток чашечки B. discreta характерна для гладкой сфинктер и мускулатура прямой кишки образованы миоэпителиальными клетками кишечника. Мускулатура звездчатого комплекса включает клетку мышечной полусферы и 7-10 звездчатых клеток. Клетка мышечной полусферы имеет форму купола, вдающегося в полость чашечки, и образует многочисленные выросты, прикрепляющиеся с помощью гемидесмосом к базальной пластинке. Звездчатые клетки имеют форму диска с радиально отходящими краевыми отростками, которые расширяются на дистальном конце и разветвляются на многочисленные корнеподобные выросты. Между отростками звездчатых клеток и выростами клетки мышечной полусферы имеются отверстия, в которые проникают концы трубчатых клеток полости ножки. Мускулатура мышечного бульбуса представлена отдельными пучками мышечных волокон, прилегающих к эпидермису. В мышечном основании продольные мышечные ленты плотно прилегают друг к другу, образуя сплошной мышечный слой из 4-5 рядов сократимых волокон. Клетки мышечного основания организованы по типу косо-исчерченной мускулатуры. Каждая клетка имеет цитоплазматический вырост с ядром и органеллами, направленный внутрь мышечного основания, от которого тянутся тонкие цитоплазматические тяжи к нескольким сократимым зонам. Стебелек и столон лишены мышечных элементов. Нервная система. Нервная система представлена непарным ганглием гантелевидной формы с расположенными по периферии телами нейронов и центральным нейропилем (рис. 3). В состав ганглия входят также расположенные по периферии вспомогательные клетки. Со стороны полости тела к ганглию прилегают обкладочные клетки полости тела, образующие сплошную оболочку вокруг нервного ганглия, а также окружающие периферические нервы, отходящие от боковых сторон зоны нейропиля. Нервный ганглий и все нервы одеты слоем экстраклеточного матрикса. С применением методов иммуноцитохимии и конфокальной микроскопии было исследовано строение серотонинергической нервной системы B. discreta. Выявлена одна пара скоплений серотонин-содержащих нейронов в районе пищевода с 11 обкладочная клетка тело нейрона нейропиль базальная пластинка вспомогательная клетка 5 µм Рис. 3. Схема строения ганглия на уровне тел нейронов и на уровне нейропиля. отходящей от них парой нервов, связанных комиссурой. Еще одна пара скоплений перикарионов с отходящими от них нервами связана с буккальной воронкой. Кроме того, серотонин-содержащие элементы выявляются в виде отдельных клеток, идущих вдоль аборальной поверхности щупальца, расположение которых совпадает с расположением чувствительных клеток щупалец. Полость тела. Полость тела B. discreta всюду отделена от окружающих тканей выраженным слоем базальной пластинки. Полость тела заполнена неклеточным веществом и полостными клетками нескольких категорий и типов. К первой категории относятся клетки, не связанные с определенными внутренними органами: амебоидные клетки щупалец; секреторные клетки с мощно развитой шероховатой эндоплазматической сетью, занимающей большую часть объема клетки; клетки с фагосомами, в цитоплазме которых лежит множество вакуолей и несколько крупных фагосом; клетки продолговатых пучков, характеризующиеся очень большим количеством митохондрий и многочисленными листовидными выростами боковых поверхностей клетки. Ко второй категории относятся обкладочные клетки, связанные с гонадами, пищеварительной системой и нервной системой. В ножке и в столоне описаны 12 длинные трубчатые клетки веретеновидной формы с бедной органоидами цитоплазмой и характерными трубчатыми филаментами. В столоне, помимо трубчатых клеток, описаны отростчатые клетки с большим количеством вакуолей, многочисленными инвагинациями и своеобразной цитоплазматической обкладкой, образованной тонкими листками цитоплазмы, одевающими клетку снаружи. Пищеварительная система. Ротовое отверстие, буккальная воронка и пищевод выстланы ресничным эпителием, одетым слоем протокутикулы. Эпителий желудка резко дифференцирован и образует четыре продольные зоны: вентральную, дорсальную и симметричные латеральные Вентральная (рис. зона призматическими буккальная воронка 4). выстлана клетками с прямая кишка большим пищевод средняя кишка количеством мелких вакуолей, крупной центральной вакуолью, небольшим желудок количеством микроворсинок и отдельными ресничками. Боковые стенки вентральная стенка боковая стенка желудка образованы эпителиальными клетками двух типов: клетки первого типа ресничные, с дорсальная стенка Рис. 4. Схема строения пищеварительного тракта на сагиттальном срезе. Стрелками показано движение электронно-светлой цитоплазмой, гладкой пищевых масс в желудке. эндоплазматической сетью, некрупными фагосомами. Клетки второго типа не ресничные, с плотной цитоплазмой, сильно развитым гранулярным эндоплазматическим ретикулюмом, отдельными фагосомами и плотными включениями. Дорсальная поверхность желудка выстлана невысокими клетками с электронно-плотной цитоплазмой, несущими большое число ресничек и множество микроворсинок, погруженных в слой гликокаликса. Средняя кишка выстлана ресничным эпителием кубической формы с жировыми включениями. Клетки прямой кишки кубической формы, ресничные, с сильно вакуолизированной цитоплазмой и крупными фагосомами. 13 Фильтрационный аппарат. Латеральная и абфронтальная поверхность щупалец B. discreta представлена нересничным эпидермисом, фронтальная поверхность выстлана ресничными эпителиальными клетками, которые образуют пять продольных рядов: центральный ряд фронтальных клеток, с каждой стороны от которого лежит по одному ряду латеро-фронтальных и одному ряду латеральных клеток. Фронтальные клетки имеют вогнутую апикальную поверхность, за счет которой образуется фронтальный желобок. От апикальной поверхности отходят короткие реснички. Латеро-фронтальные клетки несут более длинные реснички, которые расположены более часто, чем реснички фронтальных клеток. Латеральные клетки несут длинные, густо расположенные реснички. В основании щупалец пролегает ресничный вестибулярный желобок, две ветви которого начинаются по бокам от анального конуса, проходят по краю чашечки вдоль внутренней стороны круга щупалец и впадают в ротовое отверстие справа и слева. Вестибулярный желобок определенным образом связан с фронтальными желобками щупалец. При основании щупалец боковые стороны соседних щупалец сливаются, формируя особые структуры — разделительные гребни, между которыми продолжаются фронтальные желобки, доходя до самого дна вестибулярного желобка. Выделительная система. Выделительная система B. discreta представлена парными протонефридиями, каждый из которых начинается терминальным органом со множеством (около 200) ресничек, от которого отходит протонефридиальный канал, образованный единственной клеткой, замкнутой в трубку. Каналы обоих протонефридиев объединяются в общий выводной проток, открывающийся единственным нефропором на дне атриальной полости. Зона ультрафильтрации образована клеточными отростками и продольно ориентированными истинными микроворсинками, между которыми натянуты диафрагмы. Диафрагмы вместе со слоем базальной пластинки образуют фильтрационный барьер (рис. 5). Внешняя поверхность канальной клетки образует многочисленные уплощенные выросты под базальной пластинкой. Поверхность клеток общего выводного протока также образует 14 уплощенные выросты под базальной пластинкой и, помимо этого, глубокие инвагинации, в которые заходит гемоцель вместе с базальной пластинкой. клеточный вырост базальная пластинка диафрагма микроворсинки реснички 0,5 µм Рис. 5. Участок зоны ультрафильтрации. Половая система. B. discreta является раздельнополым видом, мужские и женские особи которого встречаются в пределах одной колонии. Стенка яичника образована сплошным эпителиальным слоем и толстой базальной пластинкой, отделяющей гонаду от гемоцеля. Развитие яйцеклеток в яичниках B. discreta происходит не одновременно, так что в пределах яичника имеет место градиент от недифференцированных половых клеток в проксимальной части яичника к крупным ооцитам в дистальной части яичника (рис. 6). В яичнике присутствуют вспомогательные клетки, входящие в состав стенки гонады. От яичника отходят парные малые яйцеводы, сливающиеся в непарный половой проток. Протоки выстланы ресничным эпителием. В состав эпителия непарного полового протока входят не только ресничные, но и секреторные клетки, выделяющие вещество зародышевой оболочки яйцеклетки. Стенка семенника образована слоем базальной пластинки и уплощенного эпителия. В семенниках нет какого-либо ясного градиента в дифференцировке половых клеток. Внутри семенника присутствуют клетки на разных стадиях сперматогенеза, формирующие кластеры клеток, находящихся на одной стадии дифференцировки (рис. 7). Выделяется четыре кластера клеток. По мере дифференцировки меняется строение ядра и уменьшается количество цитоплазмы. Сперматозоиды представляют собой продолговатые клетки, переднюю половину которых занимает вытянутое ядро, а заднюю половину - зона 15 электронно-плотного материала, вокруг которой располагается подковообразная митохондрия. От заднего конца клетки отходит жгутик типичного строения. Мужские половые протоки выстланы ресничным эпителием. базальная пластинка базальная пластинка Эпителий стенки семенника сперматозоид кластер 1 типа вспомогательная клетка крупный ооцит оогоний семенник кластер 2 типа кластер 3 типа Ооцит на стадии созревания 10 µм Рис. 6. Схема строения яичника. Рис. 7. Схема строения семенника. Масштаб 1 µм. Обсуждение Внешняя морфология. Исследованный вид B. discreta входит в состав рода Barentsia семейства Barentsiidae и отличается от других видов данного рода крупным мышечным основанием цилиндрической формы, стебельком с большим количеством «пор» и отсутствием дополнительных мышечных участков вдоль стебелька (Emschermann, 1993). Отмечено, что особи, собранные в заливе Восток Японского моря, по совокупности признаков относятся к виду B. discreta, но характеризуются большей длиной особей и 16 меньшим количеством щупалец, чем особи B. discreta, описанные из других местообитаний (см. Wasson, 1997). Покровы тела. Покровы B. discreta принадлежат к микровиллярному типу, характерному для большинства Trochozoa. Протокутикула атриальной полости и фронтальной поверхности щупалец по своему строению соответствует протокутикуле, характерной для личиночных форм многих беспозвоночных (Eckelbarger, Chia, 1978; Zimmer, Woollacott, 1989; Eeckhaut et al., 2003), а также иглокожих (Ameye et al., 2000), щупальцевых (Aguirre et al., 1993), некоторых турбеллярий (Rieger, 1981) и архианнеллид (Rieger, Rieger, 1976). Впервые показано, что тонкое строение кутикулы существенно различается в различных участках особи и колонии, что связано с различиями в функциональной нагрузке. Кутикула нижней части чашечки содержит несколько ярусов косо-ориентированных волокон и играет важную биомеханическую роль, выступая антагонистом к мускулатуре чашечки. Подобные системы косо-ориентированных волокон описаны в кутикуле нематод, а также в базальных пластинках немертин и турбеллярий (Clark Cowey, 1958; Inglis, 1964; Малахов, 1986). Способ крепления мускулатуры через систему гемидесмосом и тонофиламентов обычно характерен для экдизозойных животных, у которых кутикула выполняет не только защитную, но еще и скелетную функцию (Рупперт, 2008). Эпителиальный клапан, расположенный на границе стебелька и мышечного основания, видимо, регулирует движение жидкости гемоцеля по ножке, пропуская поток жидкости из чашечки в мышечное основание и далее в столон, но препятствуя обратному току жидкости в стебелек из мышечного основания при сокращении мускулатуры последнего. Необычной особенностью нересничного протокутикулярного эпидермиса Kamptozoa является наличие в нем эпителиально-мышечных клеток, что является чертой, более характерной для Cnidaria и не встречающейся в эпидермисе взрослых организмов за пределами кишечнополостных. Вакуолизированные клетки на абфронтальной стороне щупалец имеют высокую степень упругости и, предположительно, выполняют скелетную функцию. В покровах Kamptozoa 17 обнаружены многоресничные чувствительные клетки - предположительно, механорецепторы. Многоресничные чувствительные клетки встречаются у таких групп беспозвоночных животных, как плоские черви, коловратки, полихеты и моллюски (см. Bereiter-Hahn, 1984). В стебельке B. discreta описаны «поровые комплексы», предположительно, являющиеся рецепторами натяжения кутикулы. Мускулатура. Сравнение анатомической организации мускулатуры B. discreta и одиночных форм, исследованных в работах Ваннингера (см. Wanninger, 2004) и Фукс с соавторами (Fuchs et al., 2006), позволило выявить группы мышц, отсутствующие у одиночных видов: вентральные продольные мышцы, вентро-латеральные продольные мышцы, продольные мышцы атриума. На основании проведенного исследования и имеющихся литературных данных можно сделать некоторые выводы о возможном строении мускулатуры предковой формы Kamptozoa, в состав которой входили мышцы, гомологичные у всех представителей: атриальное мышечное кольцо, мышцы щупалец, центральные мышцы чашечки и мускулатура пищеварительной системы. Наличие миоэпителиальных клеток кишечника у взрослого животного — весьма необычная черта организации, которая встречается, например, у форонид (см. Темерева, Малахов, 2002) и, скорее всего, может рассматриваться как сохранение некоего примитивного состояния. В отличие от одиночных Kamptozoa, у всех колониальных форм есть особая структура на границе ножки и чашечки – звездчатый комплекс, единственное подробное исследование которого было проведено Эмшерманном (Emschermann, 1969). Звездчатый комплекс - это своеобразное сердце колониальных Kamptozoa, обеспечивающее перекачивание жидкости гемоцеля. Клетка мышечной полусферы выполняют функцию предсердия. При ее сокращении полостная жидкость выдавливается из чашечки в стебелек. Последовательное сокращение расположенных одна под другой звездчатых клеток обеспечивает перекачивание жидкости далее в ножку. Трубчатые клетки выполняют функцию пробки, препятствуя обратному току жидкости при сокращении клеток звездчатого комплекса. Звездчатый комплекс 18 специфическая структура, характерная только для колониальных представителей Kamptozoa, обеспечивающая движение жидкости из чашечки в ножку и столон и, тем самым, доставку питательных веществ к растущим зонам столона. Мышечное основание B. discreta – это единственное место, где имеется сплошной мышечный слой с косо-исчерченными мышечными клетками. Косо-исчерченные мышечные клетки в мышечном основании ранее были указаны для вида B. gracilis (Reger, 1969). Интересной особенностью мышечных клеток мышечного основания B. discreta является связь каждого цитоплазматического выроста с несколькими сократимыми зонами, что является приспособлением к созданию мощного слоя мускулатуры при небольшом количестве мышечных клеток, входящих в состав мышечного основания. Нервная система. При изучении ультраструктуры нервной системы B. discreta выявлен ряд новых особенностей ее строения. В составе нервного ганглия помимо нервных клеток и нейропиля выявлены особые вспомогательные клетки, которые, видимо, выполняют поддерживающие функции и частично отграничивают ганглий от слоя экстраклеточного матрикса (базальной пластинки). Наличие в ганглиях вспомогательных клеток отмечено и у других таксонов беспозвоночных животных, в том числе у турбеллярий, кольчатых червей (см. Голубев, 1982). Впервые описаны особые полостные клетки (обкладочные клетки), образующие сплошную оболочку вокруг нервного ганглия, а также окружающие периферические нервы. Предположительно, эти клетки наряду с базальной пластинкой выполняют барьерную функцию, отграничивая нервную ткань от гемоцеля. Применение иммуноцитохимических методов позволило выявить относительно сложную серотонинсодержащую часть нервной системы B. discreta, связанную с иннервацией пищеварительной системы. Согласно данным Фукс с соавторами (Fuchs et al., 2006), серотонинергическая нервная система одиночных видов включает одно нервное волокно в ганглии, два оральных нерва, не проходящих в ножку, неполное соединение между фронтальными концами оральных нервов и щупальцевые нервы. 19 Полость тела. Организация полости тела и тонкое строение клеток полости тела Kamptozoa не было предметом специальных исследований вплоть до настоящего времени. В представленной работе впервые подробно изучено тонкое строение полости тела Kamptozoa и описана ультраструктура нескольких типов полостных клеток. На ультраструктурном уровне показано, что у B. discreta полость тела всюду отделена от окружающих тканей выраженным слоем базальной пластинки. Согласно современным представлениям, в пределах билатерально-симметричных животных существует всего два типа полости тела, а именно: первичная полость тела (гемоцель) и вторичная полость тела (целом) (см., например, Вестхайде, Ригер, 2008; Рупперт и др., 2008). Полость тела Kamptozoa характеризуется набором признаков, которые позволяют интерпретировать ее как гемоцель. Пищеварительная система. Анализ собственных данных и сведений, почерпнутых из литературы (Atkins, 1932; Becker, 1937; Mariscal, 1965; Nielsen, 1971), показывает, что стенки желудка Kamptozoa разделены на несколько зон, причем эти зоны располагаются не последовательно по ходу пищеварительного тракта, а, если так можно выразиться, «параллельно». Пища, поступившая в желудок, совершает вращательные движения вокруг продольной оси пищеварительного тракта, в результате чего она контактирует с зонами желудка, различающимися по строению и функциям. Это позволяет мешковидному желудку обеспечивать различные этапы переваривания пищи, которые у животных с длинным пищеварительным трактом происходят в отделах, расположенных последовательно друг за другом. Нельзя не отметить большое сходство в строении пищеварительного тракта взрослых Kamptozoa с его строением у личинок этих животных (см. Малахов, 1990; Haszprunar, Wanninger, 2007), так что можно утверждать, что пищеварительная система Kamptozoa во взрослом состоянии сохраняет личиночную организацию. Фильтрационный аппарат. Строение щупалец исследованного вида B. discreta в целом совпадает с ранее описанным строением щупалец других представителей Kamptozoa (Hyman, 1951; Mariscal, 1965; Nielsen, Rostgaard, 1976; Emschermann, 1982). В отличие от ранее 20 исследованных видов, у B. discreta по фронтальной стороне щупальца проходит глубокий фронтальный желобок. В глубине фронтальных желобков между разделительными гребнями на дно вестибулярного желобка транспортируются самые мелкие пищевые частицы, размер которых не превышает 4-5 мкм. Более крупные пищевые объекты попадают непосредственно в вестибулярный желобок через его верхний край. Для захвата пищевых частиц B. discreta и другие представители Kamptozoa используют механизм, названный в литературе «downstream collecting» (Nielsen, Rostgaard, 1976; Riisgard et al., 2000). Выделительная система. Организация протонефридиев B. discreta в целом соответствует строению протонефридиев других колониальных представителей Kamptozoa (см. Stiasny, 1905; Franke, 1993). Протонефридии B. discreta характеризуются большей длиной канальных клеток и большим числом жгутов фильтрационной зоны. Организация зоны ультрафильтрации B. discreta имеет сходство как с зоной ультрафильтрации протонефридиев «плоских червей» (см. McKanna, 1968; Wilson, Webster, 1974; Rohde, 1991), так и с зоной ультрафильтрации протонефридиев полихет (Bartolomaeus, Ax, 1992). Модификации поверхности канальной клетки и клетки общего выводного протока, очевидно, связаны с их участием в экскреции. Половая система. Общий план строения половой системы у одиночных и колониальных видов и особей разного пола одинаков (см. Brien, 1959; Emschermann, 1982; Wasson, 2002). Стенка гонады обоих полов состоит из наружного слоя базальной пластинки и внутреннего слоя герминативного эпителия, непосредственно выстилающего полость гонады. Можно предположить, что парные гонады Kamptozoa представляют собой единственные производные целомических полостей. В этой связи уместно вспомнить о наличии в развитии Kamptozoa 4d-бластомера и происходящих от него парных мезобластов (см. Marcus, 1939; Малахов, 1990; Merkel et al., 2012). Сперматозоиды Kamptozoa устроены по общему плану (которому отвечают и сперматозоиды B. discreta) и относятся к типу «модифицированных» сперматозоидов, характерных для животных с наружно-внутренним 21 оплодотворением (см. Franzen, 1981; Franzen, 2000; Реунов, 2005). Заключение В заключении суммированы основные результаты работы. ВЫВОДЫ 1. Покровы B. discreta представлены однослойным микровиллярным эпидермисом, одетым сложно устроенной кутикулой, существенно различающейся по строению в разных участках тела. Кутикула Kamptozoa устроена по общему для Trochozoa плану, но обладает отдельными признаками, характерными для кутикулы экдизозойных животных. 2. В составе протокутикулярного эпидермиса B. discreta присутствуют эпителиально-мышечные клетки, характерные для низших многоклеточных и личиночных форм беспозвоночных животных. 3. Мускулатура B. discreta включает мускулатуру чашечки, звездчатого комплекса и ножки. Мускулатура слабо специализирована и представлена отростчатыми мышечными клетками, организованными по типу гладкой мускулатуры, везде, кроме клеток мышечного основания. 4. Звездчатый комплекс представляет собой своеобразное сердце колониальных Kamptozoa и обеспечивает движение жидкости гемоцеля из чашечки в ножку и столон для снабжения их питательными веществами. 5. Нервная система B. discreta упрощена в связи с неподвижным образом жизни и представлена центральным нервным ганглием, в состав которого входят расположенные по периферии тела нейронов и вспомогательные клетки и центральная зона нервных отростков. 6. Элементы нервной системы отграничены от полости тела не только базальной пластинкой, но и особым типом полостных клеток — обкладочными клетками, окружающими ганглий и периферические нервы. 7. Полость тела B. discreta всюду отграничена базальными пластинками, 22 содержит неклеточный матрикс и несколько типов полостных клеток и может быть охарактеризована как гемоцель. 8. Пищеварительная система B. discreta представлена U-образным кишечником с крупным желудком, эпителиальная выстилка которого дифференцирована на параллельно (а не последовательно, как у большинства животных) расположенные зоны клеток, вероятно, выполняющие различные функции. Кишечник взрослых особей сходен по организации с таковым личиночных стадий. 9. Описано строение фильтрационного аппарата B. discreta, впервые описан фронтальный желобок на щупальцах и строение вестибулярного желобка и выявлена роль этих структур в сортировке частиц. 10. характерных Терминальные клетки B. discreta устроены по типу клеток ресничного пламени, для плоских червей и некоторых других групп. Строение зоны ультрафильтрации в протонефридиях B. discreta сочетает детали строения, характерные для плоских червей, немертин и трохофорных личинок, с деталями строения, характерными для кольчатых червей. Фильтрационный барьер образован базальной пластинкой и диафрагмами, натянутыми между микроворсинками и клеточными выростами. 11. Гонады отделены от полости тела базальной пластинкой и эпителиальным слоем и, вероятно, могут рассматриваться как производное целомических полостей. СПИСОК ПЕЧАТНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Борисанова А.О., Малахов В.В. Звездчатый комплекс – сердце колониальных Kamptozoa // Доклады Российской Академии наук, 2011. Т. 441, № 2. С. 278-281. 2. Борисанова А.О., Чернышев А.В., Малахов В.В. Строение мускулатуры Barentsia discreta (Busk, 1886) (Kamptozoa, Coloniales) // Биология моря, 2012. Т. 38, № 1. С. 22-34. 23 3. Борисанова А.О., Чернышёв А.В., Малахов В.В. Организация мышечной системы планктонной личинки колониальных Kamptozoa // Доклады Российской Академии наук, 2012. Т. 442, № 4. С. 561-563. 4. Борисанова А.О. Сердечные тайны камптозой // Природа, 2013. Т. 2. 5. Борисанова А.О., Малахов В.В. Строение покровов тела Kamptozoa на примере вида Barentsia discreta Busk, 1886 // Вестник МГУ (Серия 16, Биология), 2013. Т. 2. 6. Борисанова А.О. Микроскопическая анатомия и ультраструктура колониальных Kamptozoa. В кн.: тезисы докладов международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых “Ломоносов-2009”. Москва, 2009. с. 122. 7. Борисанова А.О. Строение покровов тела Kamptozoa на примере вида Barentsia discreta Busk, 1886 . В кн.: тезисы докладов XVIII международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых “Ломоносов-2011”. Москва, 2011. с. 113. 8. Borisanova A.O., Chernyshev A.V., Malakhov V.V. Reconstruction of the muscular system of Barentsia discreta Busk, 1886 ( Kamptozoa: Coloniales). In book: Program&Abstracts of 2nd international congress on invertebrate morphology, 20-23 June 2011. p. 43. 9. Borisanova A.O. Colonial Entorocta from Vostok Bay (Peter the Great Gulf, the Sea of Japan). In book: Digital object abstract booklet world conference on m arine biodiversity. Aberdeen, September 2011. p. 62. 10. Борисанова А.О. Строение нервной системы колониальных Kamptozoa и вопросы филогенетического положения группы в составе Spiralia. В кн.: материалы II всероссийской конференции с международным участием “Современные проблемы эволюционной морофологии животных” к 105-летию со дня рождения академика А.В. Иванова. СанктПетербург, 2011. с. 66-68. 11. Борисанова А.О. Филогенетическое положение Kamptozoa в системе животного мира: история и взгляды современников. В кн.: материалы школы для молодых специалистов и студентов “Современные проблемы эволюционной морфологии животных” к 105-летию со дня рождения академика А.В. Иванова. Санкт-Петербург, 2011. с. 95-97. 24
