Содержание к диссертации
Введение
2. Обзор литературы 10
2.1.История изучения целомическои системы сипункулид 10
2.2. Терминология 30
3. Материал и методы 34
4. Организация целомическои системы сипункулид 37
5. Микроскопическая анатомия и ультраструктуриые особенности щупальцевого отдела целома 47
5.1. Щупальцевых каналах и кольцевом синусе 47
5.2.Сократительный сосуд 53
6. Микроскопическая анатомия и ультраструктурные особенности туловищного отдела целома 60
6.1.Целотелий стенки тела 60
6.2.Целотелий на внутренних органах 65
6.2.1. Специализированная туловищная мускулатура 65
6.2.2. Поверхность пищеварительной трубки 67
6.2.3. Поверхность нервного ствола 74
6.2.4. Поверхность гонад 77
6.3..Ультраструктура выделительной системы 78
7. Ультраструктура целомоцитов и клеточных комплексов 83
7.1. Щупальцевый отдел целома 84
7.2.Туловищный отдел целома 86
8. Микроскопическая анатомия и ультраструктурные особенности целома у личинок 90
9. Обсуждение 93
10.Выводы 110
11. Список литературы 112
12. Приложение 125
- Организация целомическои системы сипункулид
- Щупальцевых каналах и кольцевом синусе
- Поверхность пищеварительной трубки
- Щупальцевый отдел целома
Организация целомическои системы сипункулид
У всех сипункулид целом представляет обширную полость тела и подразделяется на два основных отдела: щупальцевый и туловищный. Отделы целома ие сообщаются друг с другом, а их полости разделены между собой стенкой Полиева, или сократительного сосуда, являющегося глубоким терминальным выростом щупальцевого целома в резервуар туловищного отдела (Рис. 4.1-4.3.). Щупальцевый целом замкнут и не сообщается с окружающей средой, тогда как туловищный отдел сообщается с окружающей средой через ресничные воронки и нефропоры парных нефридиев. Щупальцевый целом имеет сложную конфигурацию, которая тесно связана с морфологией щупальцевого аппарата сипункулид и имеет различия у разных видов этих животных. Щупальцевый аппарат представляет собой терминальную корону щупалец, расположенную на вершине интроверта (Рис. 3.6.-3.8., 4.1.-4.3.). Щупальцы несут ресничные бороздки, по которым захваченные пищевые частички транспортируются к ротовому отверстию. Помимо этого, щупальцы выполняют роль жаберных придатков и через их стенки осуществляется газообмен между морской водой и полостной жидкостью, содержащей дыхательный пигмент.
Поскольку конфигурация щупальцевого целома четко соответствует конфигурации щупальцевого аппарата, мы считает целесообразным привести краткое описание щупальцевых корон трех изученных видов, представляющих разные таксоны сипункулид. Следует отметить, что в системе типа Sipuncula основным признаком для разделения сипункулид на два класса и четыре отряда также является конфигурация и степень дифференцировки щупальцевого аппарата. В классе Phascolosomatidea, щупальцевый аппарат представлен только дорсальной короной щупалец, группирующихся вокруг нухального органа, тогда как вокруг околоротового ресничного поля щупальцы отсутствуют и оно окружено только кольцевой ресничной складкой. В классе Sipunculidea всегда имеется оральная корона щупалец, окружающая околоротовое ресничное поле, тогда как дорсальная корона вокруг нухального органа присутствует или может отсутствовать в разных отрядах этой группы сипункулид.
Щупальцевый аппарат Phascolosoma agassizii (класс Phascolosomatidea, отряд Phascolosomatida, семейство Phascolosomatidae) представлен дорсальной короной из многочисленных коротких щупалец, расположенных в виде подковы вокруг нухального органа (Рис. 3.6., 4.1., 4.4.). Дорсальная корона приподнята над широким околоротовым ресничным полем со спинной стороны. Само ресничное поле окружено широкой кольцевой складкой-воротничком, таюке покрытой ресничками. На поперечном срезе все щупальца треугольно-сердцевидные, а их широкая оральная поверхность, обращенная к околоротовому полю, на всем протяжении несет глубокий ресничный желобок (Рис. 4.4.). Тыльная, или аборальная, сторона щупалец голая, без ресничек, обращена к внутренней стороне подковы, т.е. к нухальному органу. Захваченные щупальцами пищевые частички гонятся по ресничным желобкам щупалец в желобки околоротового ресничного поля и далее в ротовое отверстие. Дорсальная корона половозрелых фасколозом с длиной туловища 30-50 мм может содержать до 30-40 отдельных щупалец.
Щупальцевый аппарат Thysanocardia nigra (класс Sipunculidea, отряд Golfmgiida, семейство Golfmgiidae) самый сложный по своей конфигурации и состоит из наибольшего числа щупалец (более тысячи) во всем типе Sipuncula. Он представлен двумя коронами щупалец: (1) подковообразной дорсальной, или нухальной, короной, окружающей дорсальный нухальный орган, и околоротовой, или оральной, короной щупалец, широкое околоротовое поле с центрально расположенным ротовым отверстием (Рис. 4.5.-4.6.). Щупальцы дорсальной короны расположены на подковообразной складке, которая заметно возвышается над окоротовым полем и нависает над щелевидным ртом с дорсальной стороны (Рис. 4.6. Б).
В отличие от предыдущего вида, щупальца тизанокардий более тонкие и длинные (Рис. 4.5.). На поперечном срезе они округло-сердцевидные, с выраженным ресничным желобком на оральной поверхности; служат для сбора пищевых частичек из придонной воды, а также выполняют роль жабр. Щупальца нухальной и околоротовой короны отличаются своей ориентацией по отношению к ротовому отверстию. Нухальные щупальцы повернуты ресничными желобками непосредственно ко рту - захваченная ими пища гонится из щупальцевого желобка в желобки околоротового ресничного поля и оттуда попадает в ротовое отверстие. Многочисленные щупальцы оральной короны собраны в глубокие складки-фестоны, тянущиеся назад от околоротового поля по бокам головы и параллельно продольной оси тела (Рис. 4.6.). Щупальцы в фестонах ориентированы ресничными желобками к руслу, или центральному желобку, соответствующего фестона. Захваченная этими щупальцами пища гонится по щупальцевому ресничному желобку сначала в желобок фестона, а оттуда поступает в желобки околоротового ресничного поля и далее в ротовое отверстие. Помимо ресничного желобка на оральной поверхности, вдоль каждого щупальца на аборальной стороне тянется аборальный ресничный шнур, а по бокам щупальца расположена пара латеральных ресничных шнуров. Общее число щупалец у половозрелых особей с длиной туловища 20-40 мм может варьировать от нескольких сот (300-400) до более тысячи придатков у самых крупных экземпляров этого вида (с длиной туловища 50-60 мм). Дорсальная корона половозрелых тизанокардий обычно содержит лишь 20-30 щупалец. Оральная корона таких животных состоит из 14-18 фестонов, каждый из которых может содержать до 20 и более пар оральных щупалец.
Щупальцевых каналах и кольцевом синусе
Щупальцевые каналы занимают большую часть внутреннего пространства щупалец сипункулид и залегают в слое тонковолокнистого внеклеточного матрикса (Рис 5.1), Щупальцы у всех трех видов устроены сходным образом. Различия в основном касаются пропорций и размеров щупалец, а также размерных соотношений щупальцевых каналов (Рис. 4.11 Д, 4.15 Б, 4.16 Б, 4.21).
Стенка щупальца состоит из однослойного наружного эпителия, слоя внеклеточного матрикса с погруженными в него продольными и поперечными мышечными волокнами, и слоя перитонеального эпителия, выстилающего щупальцевые каналы (Рис. 5.1-5.6). Широкая оральная сторона щупалец, под которой залегают парные оральные каналы, состоит из столбчатого эпителия с короткими оральными ресничками, заякоривающимися длинными одиночными корешками, и с микроворсинками, погруженными в наружный кутикулярный матрикс, стратифицированный на субслои (Рис 5.3 А, 5.6 А). Ядра клеток смещены базально; апикальная цитоплазма содержит большое количество митохондрий, комплексы Гольджи, цистерны шероховатого эндоплазматического ретикулюма, разноразмерные везикулы, лизосомы, ламеллярные тела из осмиофильных концентрических мембран (Рис. 5.4 А, 5.5). В области орального желобка встречаются безресничные железистые клетки, выделяющие липкий секрет, склеивающий пищевые частички (Рис. 5.5). Базальные поверхности клеток столбчатого эпителия образуют многочисленные пальцевидные выросты, погруженные во внеклеточный матрикс стенки щупальца и в которых имеются тяжи опорных тонофиламентов (Рис. 5.5). Боковые и аборальная поверхности щупальца состоят их кубических или уплощенных эпителиальных клеток (Рис. 5.2 Г, 5.3 А, 5,5, 5.6 А). У 77г. nigra некоторые из этих клеток несут длинные реснички, формирующие продольные ресничные ряды - аборальный и два латеральных (Рис. 5.5). Аборальные реснички имеют длину 13-15 мкм, а латеральные реснички наиболее длинные, до 20-25 мкм. Под слоем микроворсинок в апикальной цитоплазме встречаются тяжи тонофиламентов, возможно, обеспечивающие ригидность щупальцевого эпителия. Аборальные и латеральные эпителиальные клетки содержат крупные ядра, комплексы Гольджи, цистерны ЭПР, митохондрии и лизосомы (Рис. 5.2 Г, 5.3 А, 5.5). Железистые клетки с крупными гранулами сконцентрированы в латеральных секторах (Рис. 5.5). Во многих эпителиальных клетках аборальной поверхности встречаются многочисленные мелкие осмиофильные гранулы (Рис. 5.2 Г, 5.3 А, 5.5).
Подстилающий эпителий внеклеточный матрикс содержит крупные коллагеновые волокна с характерной исчерченностью, погруженные в электронно-светлый гомогенный мелковолокнистый слой (Рис. 5.2, 5.6 Е). Залегающие в матриксе щупальцевые каналы выстланы уплощенным перитонеальным эпителием, представленным двумя типами клеток: (1) мультицилиарными клетками и (2) подоцитами с длинными налегающими друг на друга отростками, образующими выраженную подоцитарную сеть (Рис. 5.1-5.6). Соседние клетки соединены клеточными контактами zonulae adherens.
Тела мультицилиарных клеток глубоко погружены во внеклеточный матрикс, тогда как подоциты распластаны по его поверхности (Рис. 5.1 Б, 5.1 Г, 5.2 Б, В, 5.3, 5.4 Б, Г). Мультицилиарные клетки целотелия менее угшощенны, чем подоциты, могут иметь кубическую или полусферическую форму и образуют относительно короткие периферические отростки (Рис. 5.1 Б, 5.2 В, 5.4 Г, 5.5). Поверхность этих клеток несет многочисленные реснички и апикальные микроворсинки (Рис. 5.1 Б, 5.4 Г). В отличие от клеток наружного эпителия, реснички мультицилиарных клеток заякориваются в цитоплазме парой неравных корешков - длинным каудальным и коротким ростральным, расходящимися под углом около 125 (Рис. 5.4 Г, 5.5). Апикальная цитоплазма между корешками содержит большое количество митохондрий. Ядра этих клеток крупные, без выраженных ядрышек. Цитоплазма вокруг ядер содержит митохондрии, отдельные электронно-плотные гранулы, везикулы, цистерны ЭПР. На внутренней стенке канала мультицилиарные клетки образуют выраженные продольные группы, или ряды, и отвечают за создание тока целомической жидкости и передвижение целомоцитов в узких просветах щупальцевых каналов. Протискиваясь по узким щупальцевым каналам, целомоциты часто меняют свою форму (складываются или образуют впячиваиия) и хорошо видно как отдельные мультицилиарные клетки в продольном ряду буквально перекидывают целомоциты по цепочке от одной клетке к другой. Тела этих крупных клеток иногда располагаются в глубоких боковых складках каналов, а в просвет канала выступают только пучки ресничек (Рис. 5.6 В, Г).
Интересно отметить, что все мультицилиарные клетки в каналах щупалец бьют в противоположном направлении, чем реснички на поверхности щупальца. На живых щупальцах хорошо видно, как мультицилиарные клетки в оральных каналах перемещают целомоциты к вершине щупальца в терминальную камеру, а в аборалы-юм канале гонят полостную жидкость и целомоциты из апикальной камеры к основанию щупальца и далее в кольцевой целомический синус канал. Напротив, реснички оральной поверхности щупальца гонят воду и пищевые частички к основанию щупальца, а длинные реснички иа аборальной поверхности гонят воду к вершине щупальца. Противотоки жидкости вдоль соответствующей стороны щупальца и внутри соответствующих каналов, по всей видимости, и способствуют эффективному газообмену между морской водой и целомической жидкостью через тонкую стенку щупальца, поскольку известно, что щупальцы выполняют роль жабр у сипункулид.
Поверхность пищеварительной трубки
Мьгащы-ретракторы, обеспечивающие вворачивание интроверта сипункулид, тянутся через полость туловищного отдела целома от внутренней стенки головной капсулы в области залегания мозга до задней части туловища (Рис. 3.6- 3.8). В месте крепления к стенке туловища хорошо видно, что эти мышечные ленты непосредственно переходят в мышечные ленты продольной мускулатуры стенки тела. Как уже говорилось, число мьтшц-ретракторов у сипункулид может варьировать. Так, у Ph. agassizii их две пары -дорсальная и вентральная, а у Th. nigra и Th. pyroides имеется только одна - вентральная пара (Рис. 4.1- 4.3). Поверхность мыпщ-ретракторов также несет целотслиальную выстилку, являющуюся продолжением выстилки стенки тела (Рис. 6.7- 6.8), а отдельные мышечные клетки погружены в толстый слой внеклеточного матрикса (Рис. 6.9). Целотелий на этих мышцах представлен перитонеальным эпителием из мультицилиарньтх клеток и подоцитов различной формы (Рис. 6.7- 6.9). Встречаются звездчатые дисковидные подоциты, слегка вытянутые клетки с элементами билолярыости и длинные верегеновидные клетки с выраженной биполярностью (Рис. 6.7- 6.8). Подоциты в пределах этих морфологических групп также отличаются по количеству отростков (от нескольких у биполярных до нескольких десятков у звездчатых клеток). Отростки подоцитов, перекрываясь друг с другом, могут образовывать т.н. подоцитарную сеть. Вытянутые тела биполярных клеток и пучки их отростков располагаются поперечно по отношению к продольной оси мышц ретракторов (Рис. 6.7 Б- В). Большинство подоцитов имеют ровную апикальную поверхность без микроворсинок (Рис. 6.7 Б- В). Кроме этого, у оснований ретракторов встречаются скопления крупных клеток с выпуклыми телами и немногочисленными толстыми отростками (Рис. 6.8). Большинство клеток имеют округлую форму, но встречаются и вытянутые клетки с элементами биполярносга. На апикальной поверхности описанных клеток имеются немногочисленные микроворсинки. Поверхность некоторых клеток также можег образовывать характерные рафлы, а цитоплазма содержит пиноцитозные пузырьки, что является ультраструктурным свидетельством эвдоцитоза и, возможно, трансцитоза, связанного с питанием мышечной ткани. По сравнеишо с обычными подопитами, цитоплазма крупных отросчатых клеток содержит большее количество митохондрий и более развитую сеть АГ и ЭПР (Рис. 6.9 Б).
Как уже отмечалось ранее, уплощенные звездчатые подоциты в зависимости от сокращения мышцы могут легко менять свою форму. Также меняется и внешняя форма подоцитарной сети из отростков подоцитов, которая может быть сильно растянутой (Рис. 6.7 Б) или же «собрана» в виде складок и гребней (Рис. 6.7 А). Наибольшее скопление тел подоцитов сосредоточено на самой передней части мышечных лент, в складках в зоне крепления ретраісгоров к стенке головной капсулы. Клеточные отростки соединяются клеточными контактами zonula adhaerens или свободно налегают друг на друга.
Поверхность мышц-ретракторов несет многочисленные мультицилиарные клетки (Рис. 6.7- 6.8). Эти клетки на мышцах не образуют выраженных рядов, как в щупальцевом целоме и на стенке тела, и расположены неупорядоченно (Рис. 6.7 В). Встречаются как полусферические, так и сильно вытянутые (веретеновидные) мультацилиарные клетки, тела которых, как и подоцитов, всегда вытянуты поперечно продольной оси мышц-ретракторов (Рис. 6.7 А). Между телами целотелиальных клеток и их отростков на этих мышцах могут иметь место и "голые" участки, не покрытые целотелием. На этих участках полость тела ограничена лишь слоем внеклеточного матрикса, на поверхности которого видна тонкая осмиофильная мембрана.
Верегеновіщная мышца также имеется у всех трех видов сипункулицд и является основным опорным образованием для петлеобразного кишечника (Рис. 3,6-3.7). Петля средней кишки, свисающая в полость туловищного целома, практически подвешена на веретеновидной мышце, которая начинается в месте перехода пищевода в спираль кишечника и у Ph. agaskii крепится к стенке тела в самой задней части туловища (Рис. 3.6) или же, как у 7 nigra, крепится к внутреннему краю заднего изгиба средней кишки в месте перехода нисходящей ветви в восходящую (Рис. 3.7). Пфигонеальный эпителий на поверхности этой мышцы не образует сплошного слоя и встречаются обширные участки, где на поверхности внеклеточного матрикса, «одевающего» мышечные клетки, лежит лишь тонкая осмиофильная мембрана (Рис. 6.10). Перитонеальный эпителий представлен звездчатыми и веретеновидными биполярными подощггами, тогда как: мультицилиариые клепш на этой мышце отсутствуют.
Мышцы-расгяжки используются для дополнительного крепления центральной части спирали кишечника к стенке тела (Рис. 3.6-3.8.). У изученных видов имеются 1-3 такие мышцы. Особенностью выстилки полости туловищного целома со стороны этих мышц является полное отсутствие на них целотелиальных клеток. Мышечные тяжи одеты слоем внеклеточного матрикса, на поверхности которого лежит тонкая осмиофильная мембрана
Крыловидная мышца также имеется у всех изученных видов сипункулид и служит для крепления короткой задней кишки к стенке тела вблизи анального отверстия (Рис. 3.6-3.8). На поверхности этой мышцы имеется несплошная перитонеальная выстилка, представленная только веретеновидными подоцитами и сетью их отростков, тогда как большая часть поверхности внеклеточного матрикса покрыта осмиофильной мембраной (Рис. 6.10 Б). Мультицилиарные клетки в перитонеуме на этой мышце не обнаружены.
Пищеварительная трубка сипункулид дифференцирована на (1) пищевод; (2) длинную среднюю кишку, свисающую в полость тела с виде спирально-закрученной петли и разделяющуюся на нисходящую и восходящую спирали, или колена; и (3) короткую заднюю кишку, открывающуюся дорсальным анусом на границе интроверта и туловища (Рис. 3.6-3.8).
Щупальцевый отдел целома
Полостные элементы в этом отделе целома представлены только эритроцитами, амебоцитами и гранулоцитами (Рис. 7.2-7.4). Эритроциты при движении по узким щупальцевым каналам могут легко менять свою форму за счет образования лопастей и складок, что позволяет им протискиваться по узким каналам, куда их проташдаваїот реснички мультицшшарных клеток (Рис. 7.3 А, 7.4 Г). Эритроциты содержат округлые центрально расположенные ядра без выраженных ядрышек (Рис. 7.2 А Б; 7.3 А, 7.4 А). Осмиофильная мелкодисперсная по консистенции цитоплазма клеток содержит дыхательный пигмент, а разная степень электронной плотности и окраски цитоплазмы при ТЕМ-фиксации, по-видимому, зависит от степени окисленности пигмента, и наполнены осмиофильной цитоплазмой, содержащей дыхательный пигмент (Рис. 7.2 А-Б, 7.3 А). Органеллы в цитоплазме не многочисленны; представлены отдельными митохондриями, крупными лизосомами с рыхлым осмиофильньм содержимым, светлыми везикулами и пузырьками, мелкими осмиофильными гранулами (Рис. 7.2 А-Б, 7.3 А).
Среди обычных эритроцитов в щупальцевом целоме обнаружены эритроциты на стадии отшнуровывания от тела клетки крупных везикул, наполненных рыхлым осмиофильным содержимым, идентичным содержимому цитоплазмы эритроцита и, по-видимому, являющимся дыхательным пигментом (Рис. 7.5). Эти везикулы некоторое время плавают в полостной жидкости, а затем лопаются, высвобождая свое содержимое. Везикулы отшнуровываются от тела эритроцита строго по периферии в "экваториальной" плоскости диска или сферы, придавая эритроциту характерную форму (Рис. 7.5). По-видимому, таким образом происходит передача дыхательного пигмента от транспортирующих его клеток в полостную жидкость, а из нее к тканям и органам сипункулид. Кроме этого, необходимо высвобождение дыхательного пигмента в полостную жидкость сократительного сосуда для обеспечения дальнейшей диффузии его через стенку сосуда в целомическую жидкость туловищного отдела, где кислород снова разносится к органам и тканях при помощи полостных эритроцитов. У Themiste pyroides дисковидные эритроциты щупальцевого отдела довольно мелкие - около 10 мкм, тогда как овальные эритрониты Phascolosoma agassizii и сферические эритроциты Thysanocardia nigra несколько крупнее -12-15 мкм.
Амебоциты и гранулоциты в щупальцевом целоме также довольно многочисленны и у всех трех видов устроены сходным образом и имеют сходные размеры (Рис. 7.2,7.4). Как уже упоминалось, в щупальцевых каналах эти клетки могут прикрепляться изнутри к стешшм каналов, где лежат на отростках подоцитов и образуют своего рода дополнительную эндотелиальную выстилку. Амебоциты имеют неправильную форму, могут образовывать длинные псевдоподии и, в отличие от эритроцитов, обладают амебоидной подвижностью. Довольно часто эти клетки проникают через целотелиальную выстилку непосредственно во внеклеточный матрикс, подстилающий целотелий, где мигрируют к внутренним органам и тканям (см. выше). Амебоциты щупальцевого отдела целома также заметно мельче (10-15 мкм), чем соответствующие клетки туловищного отдела (до 30 мкм). Ядра в амебоцитах занимают центральное положение, а в цитоплазме встречаются многочисленные митохондрии, аппараты Гольджи, цистерны ЭПР, лизосомы и разноразмерные везикулы (Рис. 7.3 Б). Иногда ядерный хроматин конденсируется в виде ядрыгшсового материала.
Среди гранулоцитов щупальцевого отдела целома выделяются два основных типа: (1) с многочисленными мелкими гранулами и (2) с очень крупными осмиофильньши включениями. Клетки первого типа по своему строению напоминают типичные амебоциты, но отличаются более крупными размерами (до 20 мкм) и количеством гранул и включений. Вполне возможно, что гранулоциты этого типа (Рис. 7.2 В-Г) и типичные амебоциты без гранул представляют собой разные стадии (накопление гранул) одних и тех же клеток. Гранулоциты первого типа содержат крупные центрально расположенные ядра неправильной формы, митохондрии, мелкие везикулы, лизосомы, аппараты Гольджи, цистерны ЭПР, осмиофильные мембранные структуры и многочисленные гранулы разной плотности (Рис. 7.2 Г). Можно выделить плотные осмиофильные гранулы, органеллы со светлым содержимым и гранулы промежуточной электронной плотности (Рис. 7.4 Д). Гранулоциты первого типа, как и амебоциты, могут образовывать лобоподии и, возможно, обладают амебоидной подвижностью, поскольку эти клетки встречены нами и в полостной жидкости, и во внеклеточном матриксе в стенке целомических мешков,
Гранулоциты второго типа заметно меньше (8-Ю мкм, реже 15 мкм) и хорошо видны на фоне эритроцитов из-за характерной формы клеток (Рис. 7.1 В), По своему строению они напоминают морулу или гроздь, поскольку их цитоплазма плотно наполнена очень крупными осмиофильными гранулами (1-2мкм), образующими куполовидные выпячивания на наружной плазматической мембране гранулоцита. Гранулы занимают весь объем цитоплазмы, а немногочисленные органеллы и некрупное ядро оттеснено к периферии клетки. Периферические органеллы представлены в основном митохондриями, цистернами ЭПР и мелкими везикулами. Комплексы, состоящие из нескольких специализированных клеток в щупальцевом отделе целома отсутствуют.