Ультраструктура внутренних органов, бесполое размножение и регенерация у голотурии Cladolabes schmeltzii

• Автор: Каменев, Ярослав Олегович
• Шифр специальности: 03.03.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 121 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Морфология голотурий

1.1.1. Макроморфология

1.2. Ультраструктурные особенности строения внутренних органов голотурий

1.2.1. Пищеварительная система

1.2.2. Дыхательная система

1.2.3. Сократительная система

1.2.4. Амбулакральная система

1.2.5. Нервная система
1.3. Бесполое размножение у голотурий
1.3.1. Распространение и виды бесполого размножения
1.3.2. Регенерация после деления
1.4. Регенерация у голотурий
1.4.1. Способность к регенерации при различных воздействиях
1.4.2. Механизмы регенерации различных органов
1.4.2.1. Амбулакральная система
1.4.2.2. Нервная система
1.4.2.3. Пищеварительная система
1.4.2.4. Дыхательная система
1.4.2.5. Сократительная система
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
3. РЕЗУЛЬТАТЫ
3.1. Строение внутренних органов в норме
3.1.1. Макроанатомия
3.1.2. Микроанатомия внутренних органов
3.1.2.1. Аквафарингеальный комплекс
3.1.2.2. Элементы мышечной, амбулакральной и нервной систем в составе амбулакра
3.1.2.3. Пищеварительная система
3.1.2.4. Водные легкие
3.2. Бесполое размножение
3.3. Регенерация внутренних структур после поперечного разрезания и бесполого размножения................................... 2............................Г54"
3.3.1. Регенерация задних структур
3.3.2. Регенерация передних структур
4. ОБСУЖДЕНИЕ
4.1. Нормальная морфология
4.2. Бесполое размножение
4.3. Регенерация внутренних структур
4.3.1. Соотношение регенерации и бесполого размножения
4.3.2. Регенерация задних структур
4.3.3. Регенерация передних структур
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Важнейшим свойством всех живых существ является их способность восстанавливать свою целостность после различных повреждений. Такая адаптация позволяет организмам лучше приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды. Изучение различных проблем регенерации продолжается уже более 200 лет, однако многие из них до сих пор остаются далеки от своего решения. В частности, плохо исследована взаимосвязь регенерации и бесполого размножения. Очень часто развитие органов при бесполом размножении обозначают термином «регенерация» (Воронцова, Лиознер, 1957). Однако до сих пор не ясна связь этих двух морфогенезов. Не понятно, являются ли механизмы развития при бесполом размножении производными от восстановительных механизмов или же наоборот, регенерация возникла на основе бесполого размножения (Долматов, 1996; Bely, Nyberg, 2010; Bely, Sikes, 2010). Существуют виды животных, которые способны к бесполому размножению, но не могут регенерировать органы после их искусственного удаления (Kobatake, Sugiyama, 1989; Bely, Sikes, 2010).
Для решения этих и многих других проблем теории регенерации необходимы модельные объекты, обладающие способностью к различным морфогенезам. В этом отношении удобными модельными объектами, на наш взгляд, являются иглокожие. Тип Echinodermata - это древняя группа беспозвоночных, первые представители которой появились более 450 млн лет назад (Swalla, Smith, 2008). Они принадлежат к группе вторичноротых и, соответственно, имеют общего предка с позвоночными животными. Среди иглокожих наиболее разнообразными восстановительными реакциями обладают голотурии (Долматов, 1999; Candia Camevali, 2006). Они способны регенерировать как небольшие придатки, например, щупальца и амбулакральные ножки, так и целые системы органов и части тела. Кроме того, у некоторых видов голотурий имеется бесполое размножение путем поперечного деления. В этой связи они являются удобными объектами для сравнительного анализа механизмов развития при бесполом размножении и регенерации. Многие аспекты регенерации кишки и передних структур у голотурий после эвисцерации хорошо изучены (Долматов, Машанов, 2007; Долматов, 2009; Mashanov, Garcfa-Arraras, 2011). В то же время регенерация после поперечного разрезания, процесса, наиболее близкого к формированию утраченных структур при бесполом размножении, практически не исследована. В настоящий момент имеется только одна статья, опубликованная более 100 лет назад, в которой констатируется наличие способности к восстановлению после такой операции для двух видов голотурий (Torelle, 1910). Кроме того, полностью отсутствуют исследования клеточных механизмов формирования внутренних

органов при бесполом размножении. Имеющиеся описания очень кратки и касаются только макроморфологии (Mladenov, Emson, 1990; Conand, 1996; Conand et al, 1997).
Недавно нами было установлено, что обитающая в Южно-Китайском море голотурия Cladolabes schmeltzii имеет интересные особенности - она способна регенерировать после поперечного разрезания. Кроме того, в природных популяциях очень часто встречаются животные с регенерирующим передним или задним концом. Предварительный морфологический анализ таких голотурий показал, что разделение тела у них происходило примерно в одном и том же месте. Этот факт с большой долей вероятности указывает на наличие у данного вида процесса бесполого размножения путем поперечного деления. Голотурия С. schmeltzii широко распространена в Тихом океане, ее ареал простирается от южных берегов Китая до Австралии. Тем не менее, она до сих пор не исследована. Имеется только краткое описание внешней морфологии и некоторых внутренних органов, сделанных для определения таксономического положения данного вида (Massin, 1999).
Целью данной работы является изучение особенностей бесполого размножения и регенерации у голотурии С. schmeltzii.
Задачи исследования включали: (1) изучение строения основных органов С. schmeltzii в норме; (2) изучение особенностей процесса деления при бесполом размножении С. schmeltzii; (3) выявление механизмов регенерации переднего и заднего отделов тела при бесполом размножении и после поперечного разрезания у данного вида голотурий.
Научная новизна. Получены новые данные по морфологии основных систем органов голотурии С. schmeltzii в норме и в процессе развития при бесполом размножении и после поперечного разрезания, как на световом, так и на ультраструктурном уровне.
Впервые для данного вида изучено микроскопическое строение нервной, мышечной, амбулакральной, пищеварительной и дыхательной систем. Показано, что эти системы у С. schmeltzii имеют типичную для голотурий гистологическую и микроанатомическую организацию.
Впервые для голотурий подробно изучено строение начальных отделов пищеварительного тракта. Установлено наличие в выстилке глотки, пищевода и желудка заклепкоподобных (rivet-like) контактов. Ранее подобные структуры были описаны только для наружного эпидермиса некоторых морских лилий и офиур. Их наличие у С. schmeltzii свидетельствует об эктодермальном происхождении начальных отделов пищеварительного тракта данного вида голотурий.
Впервые установлено, что С. schmeltzii способна к бесполому размножению путем поперечного деления. Подробно описан процесс разделения животного на два фрагмента.

На отдельных участках клетки целомического эпителия содержат большое количество липопротеидных гранул (рис. 5А). Содержимое этих гранул может подвергаться резорбции, после чего в цитоплазме остаются пустые ячейки, не окрашиваемые гистохимическими красителями. В целомическом эпителии мышцы встречаются отдельные гранулоциты, цитоплазма которых заполнена вакуолями с гетерогенным содержимым (рис. 5А). Мышечные клетки собраны в пучки, отделенные друг от друга прослойками соединительной ткани (рис. 5Б). Ядра клеток занимают центральное положение, а их отростки расположены на периферии пучка. Миоциты соединены между собой плотными контактами. В состав мышечных пучков также входят нейроны, отростки которых напрямую контактируют с отростками мышечных клеток. Мышечные пучки изолированы от окружающей соединительной ткани базальной мембраной.
Радиальный амбулакральный канал располагается в соединительной ткани кнаружи от ПМЛ. Его выстилка образована перитонеальными и миоэпителиальными клетками. Ее основу составляют перитонеоциты грибовидной формы. Клетки связаны между собой десмосомами, переходящими в короткие септированные контакты, а с базальной мембраной - посредством полудесмосом (рис. 5В). Их апикальные поверхности несут ламеллы, ресничек нет. В цитоплазме помимо органоидов встречаются отдельные липопротеидные гранулы. Между ножками перитонеоцитов в базальной части эпителия располагаются заполненные миофиламентами отростки миоэпителиальных клеток, образующие продольную мускулатуру стенки канала. В базальной части амбулакрального эпителия встречаются отростки нейронов, образующих базиэпителиальный нервный плексус.
Радиальный нервный тяж располагается в соединительной ткани кнаружи от радиального амбулакрального канала (рис. 1Б). Он состоит из двух частей - наружной (эктонейральной), и внутренней (гипонейральной), разделенных тонкой прослойкой соединительной ткани. Каждая из двух частей радиального нерва представляет собой эпителиальную трубку, просвет которой образует, соответственно, эпи- и гипонейральный каналы. Стенки каждой из трубок, обращенные к соединительнотканной прослойке, утолщены и содержат тела многочисленных нервных клеток, и их отростки. На клеточном уровне эпи- и гипонейральные части радиального нерва представляют собой нейроэпителии, образованные глиальными (поддерживающими) клетками и нейронами. Глиоциты образуют каркас нейроэпителия. Они состоят из расширенной апикальной части, обращенной к просвету эпи- и гипонейрального каналов, и тонкой ножки, проходящей через всю толщу нейроэпителия и прикрепляющейся к базальной мембране с помощью полудесмосом. Соседние клетки связываются между собой при помощи десмосом и коротких септированных контактов, их апикальные поверхности несут короткие микроворсинки (рис. 5Г).