Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 9
Зачаток половой системы 9
Мужская половая система 11
Сперматозоиды 17
2. Материал и методика 23
3. Результаты 26
Зачаток половой системы 26
Мужская половая система хромадорид 28
Концевая клетка семенника 28
Стенка семенника 29
Семенной пузырек 29
Семяпровод 30
Сперматозоиды хромадорид 32
Сперматогонии 32
Сем, Cyatholaimidae 32
Paracyatholaimus pugetiemis 32
Paracanthonchns macrodon 34
Сем. Selachinematidae 36
Halichoanolaimus sonorus 36
Сем. Chromadoridae 38
Neochromadora poecilosoma 38
Steineridora borealis 40
4. Обсуждение 43
Зачаток половой системы 43
Мужская половая система 46
Мужская половая система первичнополостных животных 52
Сперматозоиды 56
Спермин хромадорид и других нематод 67
Выводы 71
Список литературы
- Мужская половая система
- Сперматозоиды
- Концевая клетка семенника
- Мужская половая система первичнополостных животных
Введение к работе
Актуальность исследования. Нематоды - одна из самых многочисленных и широко распространенных групп многоклеточных животных, освоивших гигантский диапазон сред обитания и находящихся на стадии активного биологического прогресса (Малахов, 1986). Причина этого прогресса заключается в особенностях тканевого и клеточного строения, а также в особенностях размножения нематод. Первые данные по ультраструктуре нематод появились одновременно с началом использования трансмиссионных электронных микроскопов для биологических исследований, в середине 50-х годов прошлого века, и уже тогда среди большого разнообразия круглых червей ученых больше всего интересовали нематоды -паразиты растений и животных, имеющие гигантское значение в таких областях жизнедеятельности человека, как медицина, ветеринария и сельское хозяйство. Позднее, в семидесятых годах прошлого века, Caenorhabditis elegans стал модельным объектом для исследования ключевых вопросов генетики, клеточной дифференцировки, механизмов старения и других вопросов биологии клетки.
До сих пор в научной литературе сохраняется дисбаланс данных по тонкому строению нематод, и связан он в основном с тем, что свободноживущие нематоды, составляющие большую часть разнообразия класса и играющие огромную роль в морских экосистемах, изучались лишь эпизодически (Bird, Bird, 1991; Wright, 1991; Justine, 2002). В то же время, свободноживущие морские нематоды включают таксоны, сохранившие большое число плезиоморфных признаков, анализ которых дает богатый материал для решения вопросов сравнительной цитологии и гистологии (Малахов, 1986).
Нематоды из отряда Chromadorida составляют важную часть биоразнообразия морского мейобентоса, а основные группы хромадорид легко доступны из проб, взятых в любой части прибрежных вод мирового океана. В то время как данных по гистологии и ультраструктуре хромадорид в мировой литературе очень мало, поэтому хромадориды и были выбраны в качестве объекта для настоящего исследования.
Светооптические данные по строению мужской половой системы (МПС) -используются для построения естественной системы класса Nematoda и широко применяются на всех этапах определения животных вплоть до вида. До сих пор микроскопическая анатомия мужской половой системы свободи оживущих морских нематод остается неизученной, что затрудняет интерпретацию светооптических данных с точки зрения сравнительной анатомии и филогении нематод. В связи с этим первой частью работы стало электронно-микроскопическое исследование зачатка половой системы у личинки первой стадии и мужской половой системы взрослых свободноживущих морских нематод на примере представителей отряда Chromadorida.
Электронно-микроскопические исследования строения и развития аберрантных спермиев нематод важны для понимания биологии мужских гамет беспозвоночных животных в целом и позволяют проводить сравнительно-цитологический анализ для построения естественной системы класса. Такой анализ, наряду с современными данными по микроскопической анатомии, эмбриологии и молекулярной генетике нематод, открывает новые пути к построению естественной системы крупных таксонов класса. Новые данные по развитию спермиев нематод интересны также в рамках более широких исследований закономерностей формирования аберрантных спермиев беспозвоночных с вігутренним оплодотворением. В связи с этим особое внимание уделяется процессам развития специфических для спермиев нематод мембранных органелл (МО) и фиброзных тел (ФТ), судьбе митохондрий и центриолей, цитоплазматическим перестройкам активированных спермиев, строению и составу цитоскелета спермиев. Сравнительный анализ этих данных позволяет понять основные пути цитологических перестроек спермиев беспозвоночных, связанных с переходом к внутреннему оплодотворению и необходимостью длительного сохранения в половых путях самок.
К началу исследований сведения по ультраструктуре сперматозоидов нематод-хромадорид ограничивались единственной статьей (Yushin, Coomans, 2000), в которой на примере двух видов из сем. Chromadoridae были описаны основные стадии сперматогена и показана полная редукция мембранных органелл и
5 фиброзных тел, компонентов, типичных для спермиев нематод. Эти данные, интересные как с точки сравнительной цитологии, так и филогении, было важно проверить и оценить, расширив круг исследуемых нематод для сравнительного анализа.
Цели и задачи работы. Основной целью настоящей работы было исследование ультраструктуры мужской половой системы и спермиев свободноживущих морских нематод из отряда Chromadonda. На основе оригинальных данных предполагалось описать тонкое строение мужской половой системы и провести сравнительно-цитологический и филогенетический анализ сперматозоидов хромадорид.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи.
Изучить клеточный состав и ультраструктуру зачатка половой системы у личинки первой, стадии Halkhoanolaimus sonorus.
Изучить строение мужской половой системы на примере Paracyatholaimus pugettensis и ряда других хромадорид.
Изучить строение и развитие спермиев у представителей трех семейств отряда Chromadonda (Cyatholaimidae, Selachinematidae, Chromadoridae).
На основе полученных данных провести сравнительно-цитологический анализ сперматозоидов хромадорид и других нематод.
Оценить возможность использования данных по строению и развитию спермиев хромадорид для анализа филогении отряда.
Научная новизна. Впервые исследован зачаток половой системы у нематод отряда Chromadorida. Показано, что зачаток представлен четырьмя клетками: двумя первичными половыми клетками и двумя соматическими клетками, предшественниками будущей соматической составляющей половой системы. Показано, что в первичных половых клетках отсутствуют характерные для нематод Р-гранулы - маркеры первичных половых клеток, известные для нематод-рабдитид.
Впервые проведено ультраструктурное исследование мужской половой системы свободноживущих морских нематод. Показано, что стенка семенника образована эпителиальными клетками, при этом на конце семенника располагается крупная концевая клетка. Семенной пузырек сформирован эпителиальными клетками,
проявляющими как железистую, так и абсорбционную активность. Семявыносящий проток состоит из двух рядов железистых клеток и лишен морфологически различимой полости.
Впервые описаны основные стадии развития спермиев у пяти видов свободноживущих морских нематод отряда Chromadorida: Paracyaiholaimus pugeitensis, Paracanthonchus macrodon, Halichoanolaimus sonorus, Neochromadora poecilosoma и Steineridora borealis. Описано два паттерна строения и развития спермиев нематод-хромадорид: (1) спермин, в которых формируются только ФТ, а МО отсутствуют; (2) спермин с полной редукцией аберрантных органелл. Показано, что распределение паттернов среди семейств хромадорид не коррелирует с современными системами отряда.
На основе оригинальных данных и анализа мировой литературы впервые показано наличие в спермиях нематод уникального компонента цитоскелета -микротрубочкоподобпых волокон (МПВ) сформированных белком MSP (major sperm protein), характерным исключительно для сперматозоидов нематод.
Теоретическое и практическое значение работы. Анализ строения и развития спермиев нематод может быть полезен для понимания процессов формирования половых клеток у многоклеточных животных, а так же путей возникновения аберрантных сперматозоидов. Полученные в ходе исследования данные могут быть направлены на разработку естественной системы класса Nematoda, являющейся научной основой для прикладной нематологии как раздела гельминтологии. Представленные в диссертации результаты о развитии и строении половой системы нематод могут быть включены в программу общих и специализированных курсов по цитологии, биологии развития, гистологии и зоологии беспозвоночных животных для высших учебных заведений.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 2 конференции по актуальным проблемам экологии, морской биологии и биотехнологии студентов, аспирантов и молодых ученых Дальнего Востока России (Владивосток, ДВГУ, 1999); 4 региональной конференции по актуальным проблемам экологии, морской биологии и биотехнологии студентов, аспирантов и молодых
7 ученых Дальнего Востока России (Владивосток, ДВГУ, 2001); итоговой конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальные исследования морской биоты (биология, химия и биотехнология)» (Владивосток, ДВГУ, 2002); 5 международном симпозиуме Российского нематологического общества (Владивосток, ИБМ ДВО РАН, 2003); ежегодной всероссийской конференции Научно-образовательных центров (Казань, КГУ, 2004); 6 международном симпозиуме Российского нематологического общества (Москва, ИП РАН, 2005); на 28 Международном симпозиуме Европейского общества нематологов, (Благоевград, Болгария, 2006); на семинарах кафедры зоологии ДВГУ и лаборатории эмбриологии ИБМ ДВО РАН.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 научных работ. Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 125 страницах и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов, обсуждения полученных данных, выводов, списка литературы и приложения. Список литературы включает 146 источников, из которых 129 на иностранных языках. Приложение включает 19 оригинальных схематических рисунков и 66 фотографий.
Благодарности. Автор выражает благодарности своим научным руководителям В.В. Юншну и О.И, Дащепко за многолетнюю помощь, терпение, идейную поддержку и заботу на всех этапах выполнения работы. Всему коллективу лаборатории эмбриологии ИБМ ДВО РАН и кафедры зоологии ДВГУ за создание теплой обстановки, приносящей дополнительную радость от работы. Выражаю благодарность за помощь в работе с электронными микроскопами Д.В. Фомину. Спасибо всему коллективу Международных нематологических курсов (PINC, University of Gent, Belgium) за новый взгляд на нематологиго и науку в целом, а так же Леониду Русину, без которого знакомство с этими курсами никогда бы не состоялось.
Отдельно хочется поблагодарить д.б.н. Н.П. Фадееву за «знакомство» с нематодами, вылившееся в любимую и интересную работу. Спасибо С.Э.
Спиридонову за помощь и моральную поддержку при работе с энтомопатогеиными нематодами.
Спасибо моим родителям, поддерживающим меня во всех моих начинаниях, а так же К.В. Яковлеву за конструктивную критику, техническую помощь и моральную поддержку.
Мужская половая система
Мужская половая система всех нематод вне зависимости от их жизненных циклов и биологии устроена относительно просто и однообразно (рис. 2А). Она представлена парными семенниками (testes), сливающимися в непарный семяпровод или семявыносящий проток (vas deferens). В некоторых случаях проксимальную часть семяпровода выделяют в отдельное образование - семяизвергательный или эякуляторный канал (ejaculatory duct), открывающийся в кутикуляризованную клоаку на вентральной стороне тела. Здесь же располагаются и копулятивные органы - спикулы и рульки, расположенные в отдельном кутикулярном кармане. Кроме того, в клоаку открывается отверстие задней кишки, а также простатические железы (Chitwood, Chitwood, 1977).
Обычно из двух семенников один направлен вперед, другой назад, задний при этом часто короче переднего. В некоторых случаях семенники могут быть направлены в одну сторону (обычно вперед) или следовать один за другим, образуя тандем (Bird, Bird, 1991). Известен так же ряд нематод, характеризующихся наличием только одного семенника, в большинстве случаев переднего (Рис. 2А). Особое значение придается положению семенников относительно кишки, и часто оно является систематическим признаком для родов, семейств и даже отрядов (Lorenzen, 1994). Расширенную проксимальную часть семенника или дистальную часть семяпровода, в которой накапливаются незрелые спермин, иногда выделяют в особый отдел - семенной пузырёк (vesicula seminalis) (Рис. 2Б). Разные отделы половых трубок могут быть отделены друг от друга сфинктерами (Нутап, 1951).
Семенники представляют собой эпителиальную трубку, заполненную сперматогенными клетками на разных стадиях развития. У нематод выделяют два основных типа семенников - телогонические и гологонические. Последние известны лишь для представителей двух отрядов паразитических нематод - Trichurida и Dioctophymida, развитие половых клеток происходит здесь от стенки гонады к ее центральной оси. Для всех остальных изученных к настоящему времени нематод характерны телогонические семенники, в которых выделяют зону размножения и зону роста. Пролиферация герминативных клеток происходит в дистальной части семенника, где сперматогонии активно делятся митотически и трансформируются в сперматоциты первого и второго порядка - эта часть семенника носит название зона размножения, а на всем остальном его протяжении развиваются постмейотические гаплоидные половые клетки (сперматиды и незрелые спермин) (Bird, Bird, 1991) (Рис, 2Б).
Ультраструктуру мужской половой системы (МПС) нематод до сих пор изучали только на примере нескольких видов - паразитов животных и растений, есть также данные по С. elegans (Апуа, 1966; Hulinska, 1973; Frantz, 1982; White, 1988; Takahashi et ah, 1994). Для свободноживущих морских нематод до сих пор уникальными являлись данные по гистологии МПС эноплиды Deontostoma californicum (Hope, 1974).
Характерной особенностью эпителия гонад нематод является наличие так называемой концевой клетки (cap cell или distal tip cell), которая располагается на дистальном конце семенников и яичников и выделяется своими крупными размерами (Hansen, Pilgrim, 1999). Клетки эти проявляют заметную метаболическую активность, о чём свидетельствует крупное ядро, обширная цитоплазма, в которой много рибосом, митохондрий и пузырьков, встречаются цистерны ШЭР и диктиосомы. Однако концевые клетки не всегда так ярко выражены, как это показано в случае большинства рабдитий (Van de Valde, Coomans, 1988).
Концевые клетки и эпителиальные клетки дистальной части семенника, содержащей сперматогонии, могут формировать длинные отростки, проникающие между герминативными клетками, плотно контактирующие с ними и иногда даже охватывающие их (Endo et ah, 1998).
Роль концевых клеток экспериментально показана на примере С. elegans. Было установлено, что концевые клетки поддерживают герминативные клетки дистального конца гонады (гониев) в цикле митотических делений, тормозя их переход к мейозу и дифференциации в гаметы (Hansen, Pilgrim, 1999). Уничтожение концевой клетки лазерным лучом приводит к прекращению митотической пролиферации клеток и переходу всех герминативных клеток к мейозу {Kimble, White, 1981). В регуляции делений половых клеток принимают участие не только концевые клетки, но и ближайшие к ним клетки стенки семенника. Для такой регуляции необходим тесный контакт соматических и герминативных клеток (Hubbard,Greenstein, 2000).
Стенка семенника на своем большем протяжении сформирована простыми уплощенными эпителиальными клетками с ядрами, лишенными ядрышек, хроматин которых сильно конденсирован (Норе, 1974; Hess, Poinar, 1986; Endo et al., 1998). В отличие от зоопаразитических нематод, у которых эпителий может быть синцитиальным, у свободноживущих морских нематод границы между клетками сохраняются (Норе, 1974). Стенка семенника у многих нематод на большем протяжении представлена очень тонким слоем цитоплазмы, подстилаемым базальной мембраной (Shepherd et а/., 1973; Shepherd, Clark, 1976; Hess, Poinar, 1986). У мелких нематод нередко стенка семенника (обычно в дистальной его части) представлена только базальной мембраной (Wolfefa/., 1978; Marcaillou, Szollosi, 1980). Эпителиальные клетки в таких случаях разобщены, они сохраняют только ядро и топкий слой окружающей его цитоплазмы.
Семенной пузырёк - морфологически слабо выраженный отдел. Его определяют как расширенную проксимальную часть семенника, содержащую незрелые спермин. Однако этот отдел может содержать в различные периоды развития и функционирования гонад также сперматиды и сперматоциты. У всех изученных к настоящему времени нематод в этом отделе эпителиальные клетки утолщены и имеют выраженную метаболическую или даже секреторную активность. Железистая природа семенного пузырька отмечалась ранее для эноплиды Deontostoma californicwn и многих паразитических нематод (Богоявленский и др., 1982; Норе, 1974; Hess, Poinar, 1986).
Сперматозоиды
Сперматозоиды нематод на ультраструктурном уровне изучаются уже более четырех десятилетий и к настоящему времени сложились общие представления об их строении, развитии и эволюции (Foor, 1983; Bird, Bird, 1991; Justine, 2002).
Согласно Шсферду (Shepherd, 1981) сперматогенез у нематод обычно разбивают на следующие стадии: 1) стадия сперматогониев (пролиферации); 2) стадия сперматоцитов (роста); 3) стадия сперматид; 4) стадия ранних (незрелых) и 5) стадия зрелых (активированных) спермиев (рис. 3). На первой стадии диплоидная клетка -сперматогонии - претерпевает множественные митотические деления, число которых ограничено и видоспецифично (Данилова, 1982). Часто клетки одного клона связаны цитоплазматическими мостиками, и развитие их идет синхронно. Затем сперматогонии прекращают деления и начинают увеличиваться в размерах, переходя, таким образом, на стадию сперматоцитов, которые в разных случаях могут также оставаться связанными между собой посредством цитоплазматических мостиков. На этот же период приходится профаза мейоза. После завершения мейоза половые клетки переходят к следующей стадии развития - стадии сперматид и представляют собой уже гаплоидные клетки. После отделения главного тела клетки сперматиды от резидуалыюго тела половая клетка носит название незрелый спермий. На этом развитие спермиев не прекращается. После оплодотворения самки в ее половых путях происходит активация незрелого спермия, в результате которой он трансформируется в зрелый сперматозоид.
Сперматогонии - это обычно сферические клетки с хорошо развитым ядром с ядрышком, цитоплазма которых заполнена свободными рибосомами, цистернами эндоплазматического ретикулюма и аппарата Гольджи, жировыми каплями и, в некоторых случаях, микротрубочками (Lee, Апуа, 1967; McLaren, 1973; Wright etai, 1973;Favard, 1961).
Сперматоциты - это крупные клетки с большим ядром и хорошо различимым ядрышком. Цитоплазма их содержит множественные полирибосомы, небольшое количество цистерн эндоплазматического ретикулюма и диктиосом, митохондрии. Наличие в клетке большого ядра с ядрышком и соответствующих органелл свидетельствует о высокой белоксинтезирующей активности сперматоцитов (Favard, 1961; McLaren, 1973). Дальнейшее развитие сперматоцитов сопровождается значительным увеличением аппарата Гольджи, вокруг которого скапливаются многочисленные мелкие секреторные гранулы (Favard, 1961; Foor, 1983; McLaren, 1973)
В сперматоцитах формируются специфические для нематод аберрантные оргаиеллы - так называемые фиброзные тела (ФТ) и мембранные оргаиеллы (МО). У большинства нематод они объединены в МО-ФТ комплексы в сперматоцитах (Foor, 1983).
Мембранные оргаиеллы описаны для спермиев большинства нематод, за исключением отрядов оксиурид (Oxiurida) (Lee, Anya, 1967), диоктофимид (Dioctophimida), дорилаймид (Dorilaimida), тиленхид (Tylenchida) (Shepherd, 1981) и хромадорид (Chromadorida) (Yushin, Coomans, 2000). Они представляют собой гранулы с мембранными впячиваииями, напоминающие кристы митохондрий из-за чего первоначально получили название «митохондриеподобные включения» (Jamuar, 1966) или «специализированные митохондрии» (Foor, 1970). Позднее было показано, что МО являются производными аппарата Гольджи и не имеют никакого отношения к митохондриям (Justine, Jameson, 1999). Показано, что МО содержит протеолитические ферменты, подобные описанным из типичных акросом (Clark el al., 1967; Jamuar, 1966), на основании чего было предположено, что МО выполняют функцию акросомы в спермиях нематод, а сами МО, учитывая их происхождение, получили название «проакросомалыше гранулы» (Favard, 1961; Clark et ah, 1967). Позже Фоор (Foor, 1968,1970) показал, что в растворении оболочки ооцита принимает участие псевдоподия. Данное предположение впоследствии было поддержано экспериментами, проведенными на Globodera rostochiensis (подотряд Tylenchina), у которой МО полностью отсутствуют, а целостность оболочки ооцита нарушается в месте контакта псеводоподии с женской половой клеткой (Shepherd et al, 1973). В дальнейшем ряд авторов отрицали акросомальную функцию МО, так как во время оплодотворения МО находятся на противоположном конце от места контакта двух половых клеток (Lee, 1971; Burghard, Poor, 1978; Ugwunna, Foor, 1982). В настоящее время функция МО так и остается до конца неясной, хотя и очевидно их участие в формировании ФТ и, как следствие, цитоскелета псевдоподии спермия (Justine, 2002).
ФТ синтезируются шероховатым эндоплазматическим реткулюмом и представляют собой цитоскелетные белки в паракристаллической форме (Wolf et al., 1978; Foor, 1983) (Рис. 3). Иммуноцитохимические исследования с применением антител к MSP (major sperm protein), уникальному белку, характерному исключительно для сперматозоидов нематод, показали, что именно он содержится в ФТ в сперматоцитах, сперматидах и незрелых спермиях и формирует цитоскелет псевдоподии зрелого спермия (Justine, 2002).
MSP представляет 15% от общего количества белка в спермиях Caenorhabditis elegans (Ward et al., 1988) и является отдельным типом сократительных белков. Морфологически это двумерная молекула, состоящая из двух спиральных субфиламентов, закрученных друг вокруг друга (Haaf et al., 1996). Каждый субфиламент состоит из 126 аминокислот у Caenorhabditis elegans (Ward et al, 1988), Ascaris suum (King et al., 1992) и Onchocerca volvulus (Scott et al., 1989), и из 125 аминокислоту Globodera rostochiensis (Novitski etal., 1993). MSP обнаружен в двух изоформах, альфа-MSP и бета-MSP, но последовательности ни одной из описанных форм не сходны ни с одним известным цитоскелетным белком (King et а/., 1992). Диаметр волокон MSP, описанных в зрелых сперматозоидах Ascaris suum, 10 им (Stewart et al., 1994). Волокна формируют длинные разветвленные комплексы, от которых отходят отдельные нити. Последние крепятся к наружной мембране псевдоподии. Движение сперми ев происходит за счет разборки волокон в области главного тела клетки спермия, и их самосборки в передней части псевдоподии (Roberts, King, 1991). В отличие от свободноживущих амеб и лейкоцитов, в движении спермиев нематод отсутствует цикл сокращения-сжатия псевдоподии и движение цитоплазмы
Концевая клетка семенника
В слепой части каждого семенника Paracyatholaimus pugettensis можно обнаружить дистальную концевую клетку (Рис. 7). Это вытянутая клетка 17-20 мкм в длину и 4 мкм в ширину. Овальное крупное ядро 6x3 мкм, хроматин которого находится в диспергированном состоянии, имеет ядерную оболочку, пронизанную многочисленными порами. Ядро окружено немногочисленными митохондриями, а цитоплазма клетки заполнена свободными рибосомами, цистернами эпдоплазматического ретикулюма и аппарата Гольджи.
Сходным строением характеризуются концевые клетки у Panduripharynx unidentatus (Рис. 8). Вытянутые в длину клетки, 11x5 мкм, заполнены цитоплазмой, содержащей свободные рибосомы, цистерны эпдоплазматического ретикулюма и единичные митохондрии. Крупное удлиненное ядро (7.5 х 4.5 мкм) окружено ядерной оболочкой, пронизанной порами, и заполнено дисперигированным хроматином. Стенка семенника
Стенка семенника Paracyatholaimuspugettensis сформирована соматическими эпителиальными клетками (Рис. 9). Это полигональные клетки, формирующие в зоне размножения длинные отростки, глубоко проникающие между сперматоцитами (Рис. 9Б). Электронопрозрачная цитоплазма тела клетки заполнена свободными рибосомами, цистернами эндоплазматического ретикулюма, везикулами и митохондриями. Последние проникают в отростки клеток, где также располагаются электроноплотные включения. Толщина отростков эпителиальных клеток около 0.3 мкм.
По мере продвижения к проксимальной части семенника, эпителиальные клетки становятся тоньше и толщина их не превышает 0.09 мкм (Рис. 9В). В приядерной части клеток (Рис. 9Г) их сохраняются рибосомы, редкие митохондрии и ламеллярные тела. На всем своем протяжении эпителиальные клетки плотно прилегают к базальной мембране, которая отделяет семенник от кишки и соматической мускулатуры. Подобным же образом устроена стенка у Neochromadora poecilosoma (Рис. 10) и Halichoanolaimus sonorus (Рис. ПА).
Семенной пузырек
Объемные железистые клетки формируют стенку семенного пузырька у Panduripharynx unideniatus (Рис. 11Б). Крупное ядро заполнено хроматином, который окружает ядерная оболочка, пронизанная многочисленными порами. Цитоплазма клеток заполнена цистернами эндоплазматического ретикулюма и аппарата Гольджи. Кроме того, в клетках располагаются немногочисленные митохондрии, а так же электроноплотные включения.
Сетнка семенного пузырька Halkhoanolaimus sonorus (Рис. 1 IB), образована эпителиальными клетками, в цитоплазме которых располагаются многочисленные рибосомы, цистерны эндоплазматического ретикулюма и аппарата Гольджи, митохондрии и мембранные включения. Плотное ядро заполнено хроматином и не содержит ядрышка. Клетки стенки семенного пузырька находятся в тесном контакте с мышечными клетками, подстилающими эпителий семенного пузырька со стороны полости тела.
Семяпровод
Семяпровод (Рис. 12), расположенный на вентральной стороне тела Paracyatholaimus pugettensis под кишкой, образован железистым эпителием. Два пучка мышц, берущих свое начало от боковых стенок тела и сходящихся в области брюшного гиподермального валика, располагаются по обеим сторонам от протока.
Клетки семявыносящего протока расположены в черепичном порядке в два ряда (Рис. 13), Вытянутые по форме, клетки семявыносящего протока плотно прилегают друг к другу. На поперечных срезах видно (Рис. 12), что семяпровод округлый в сечении, достигает 16 мкм в диаметре и лишен просвета.
Длина клеток, формирующих семявыносящую трубку, около 10 мкм, а их ширина З мкм. В базалыюй части клеток располагаются ядра (2x3 мкм) с хорошо сформированным ядрышком. Здесь же в приядериой части располагаются немногочисленные митохондрии, а цитоплазма заполнена свободными рибосомами, цистернами развитого эндоплазматического ретикулюма и аппарата Гольджи. Апикальная, часто слегка зауженная, часть клеток заполнена электроноплотными гранулами и электронопрозрачными везикулами (Рис. 13).
В проксимальной части тела семяпровод окружают мышцы, формирующие вокруг него плотное кольцо толщиной 1.6 мкм (Рис. 14). Клетки эпителия здесь сохраняют свою железистую природу и плотно упакованы электроноплотными гранулами диаметром около 1 мкм.
Дистальная часть семявыносящего протока Panduripharynx unidentalus образована миоэпителиальными клетками (Рис. 15). В цитоплазме, окружающей небольшое ядро, лишенное морфологически различимого ядрышка, располагаются пучки мышечных волокон. Кроме этого, в цитоплазме находятся цистерны эндоплазматического ретикулюма и аппарата Гольджи, митохондрии и электронно-прозрачные включения.
Следующие за миоэпителиальными, клетки, формирующие проток, имеют почти правильную кубическую форму (Рис. 15). Почти половина объема клетки занята ядром, хроматин которого находится в диспергированном состоянии. Высокая метаболическая активность клеток выражается в наличии хорошо развитого эндоплазматического ретикулюма и аппарата Гольджи, а ее результатом, по-видимому, является накопление в клетке многочисленных электроноплотных включений.
Проксимальная часть протока - эякуляторный канал - у Paracyatholaimus pugettensis слегка уплощен в поперечном сечении (16 х 12 мкм) (Рис. 16). Клетки, его формирующие, приобретают неправильную форму, а в цитоплазме можно обнаружить вакуоли, содержащие осмиофильные хлопьевидные включения. Эякуляторный канал Paracyatholaimus pugettensis впадает в клоаку (Рис. 17,18). Здесь эякуляторный канал продолжается в вентрально расположенный отдельный полый канал, стенки которого сформированы эпителиальными клетками и укреплены кутикулой (Рис. 18). Эякуляторный канал в этой части окружен мышцами. Сюда же с дорзалыюй стороны впадает задняя кишка, снабженная сфинктером (Рис. 18).
Мужская половая система первичнополостных животных
Мужская половая система свободноживущих морских нематод впервые изучена нами на ультраструктурном уровне на примере представителей отряда Chromadorida, поэтому в заключении мы хотели бы сравнить полученные нами данные с уже известными фактами о строении половой системы первичнополостных животных, множество которых, подобно свободноживущим морским нематодам, обитают в интерстициалыюм пространстве. Вполне возможно, что сходство условий обитания и особенностей размножения могло отразиться и на строении половой системы обсуждаемых групп животных,
Первичнополостные черви (Aschelminthes) представляют собой сборную группу, объединяющую червей, лишенных вторичной полости тела или целома. К этой группе относят следующие таксоны; Gnathostomulida, Gastrotricha, Neraatomorpha, Rotifera, Loricifera, Priapulida, Kinorhyncha.
В целом половая система всех первичнополостных червей устроена однообразно. Обычно она представлена двумя семенниками, семявыносящими протоками, эякуляторными каналами (Малахов, Адрианов, 1995; Chitwood, Chitwood, 1950; Hope, 1974; Clement, Wurdak, 1991; Kristensen, 1991; Lammert, 1991; Ruppert, 1991). Однако отмечаются случаи редукции одного из семенников. Так для большинства коловраток (тип Rotifera) описай лишь один семенник (Clement, Wurdlak, 1991), редукция одного из семенников, обычно переднего, описана для некоторых нематод (Chitwood, Chitwood, 1977).
У всех первичнополостиых животных стенка семенника образована уплощенными эпителиальными клетками, подстилаемыми базалыюй мембраной. У относительно мелких по своим размерам хромадорид стенка семенника образована сильно уплощенными эпителиальными клетками. Сходным строением характеризуется и стенка семенника у лорицифер (тип Loricifera), сформированная отросчатыми эпителиальными клетками, которые подстилает базальная мембрана (Малахов, Адрианов, 1995; Kristensen, 1991). Стенка семенника киноринх (тип Kinorhyncha) так же образована тонким эпителием (Kristensen, Higgins, 1991), равно как и стенки сравнительно сложно устроенных фолликулярных семенников приапулид (тип Priapulida), образованные плоскими эпителиальными клетками (Малахов, Адрианов, 1995). Лишь у коловраток (тип Rotifera) стенка семенника представлена синцитиальным эпителием (Clement, Wurdak, 1991), сходным с таковым описанным для крупных паразитических нематод (Норе, 1974). Стенки семенников других относительно крупных животных - волосатиков (тип Nematomorpha), подобно остальным первичнополостным животным, образованы уплощенными эпителиальными клетками (Малахов, Адрианов, 1995), однако, в отличие от крупных нематод, эпителий семенников волосатиков не образует синцития, а клетки, его формирующие, могут быть сильно разобщены в пространстве, теряя контакты друг с другом (Schmidt-Rhaesa, 1997; Villalobos et at, 2005). Такое строение стенки семенника способствует, вероятно, облегченному поступлению питательных веществ из первичной полости к развивающимся половым клеткам первичнополостиых червей.
Семенной пузырек, описанный нами у Panduripharynx unidentatus и Н. sonorus, сходен по своему строению с таковым, описанным для волосатиков. Так же как у Н. sonorus, задняя часть семенника волосатиков, служащая для хранения спермиев, окружена мышцами (Малахов, Адрианов, 1995).
Семенники соединяются с семявыносящими протоками. Если у нематод (в случае двусемеиниковых видов) и волосатиков два семенника объединены общим семявьпюсящим протоком (Малахов, Адрианов, 1995; Chitwood, Chitwood, 1977), то у всех остальных первичнополостиых червей каждый семенник продолжается в собственный семявыносящий проток. В любом случае, семявыносящие протоки устроены в целом однообразно. Чаще всего он образован железистым эпителием. Иногда, например у Panduripharynx pacifica и у приапулид (Малахов, Адрианов, 1995), проток образован миоэпителиальпыми клетками. У изученных нами нематод (Paracyatholaimus pugettensis, Panduripharynx pacifica и Halichoanolaimus sonorus), как и других нематод, просвет в семяпроводе отсутствует, а клетки лишены выростов или жгутиков. У киноринх семяпровод выстлан микроворсинками, а у приапулид к последним добавляются жгутики (Малахов, Адрианов, 1995), которые, возможно, помогают продвижению сперматозоидов по семявыносящим протокам. Вероятно, что у нематод два пучка V-образных мышц, тянущихся вдоль всего семявыносящего протока, обеспечивают необходимую перистальтику для продвижения спермиев по семяпроводу во время копуляции.
Проксимальная часть семявыносящего протока у некоторых гастротрих (Ruppert, 1991), как и у нематод, окружена плотным кольцом мышц. У некоторых первичнополостных червей, таких как гпатостомулиды (тип Gnathostomulida) (Ruppert, 1991) проксимальная часть семяпровода расширена, а у волосатиков проксимальное расширение семяпровода окружена дополнительными мышцами (Малахов, Адрианов, 1995). Авторы называют эти расширения семенными пузырьками, которые, тем не менее, не гомологичны семенным пузырькам нематод, что не может не говорить об их функциональном сходстве.
У всех первичнополостных червей (типы Gnathostomulida, Gastrotricha, Rotifera, Priapulida, Loricifera, Kinorhyncha) половые протоки сообщаются с окружающей средой по средствам отдельного полового отверстия. Лишь у нематод и волосатиков семявыносящие протоки впадают в клоаку, выстланную кутикулой, в которой также располагаются копулятивные органы (Малахов, Адрианов, 1995; Chitwood, Chitwood, 1977).
В целом, половая система первичнополостных червей устроена однообразно и представлена семенниками и семявыносящими протоками. Семенник представляет собой эпителиальный мешок, развитие сперматозоидов в котором происходит вдоль его центральной оси от слепого конца по направлению к месту контакта с семяпроводом. Таким образом, развивающиеся половые клетки отделены от первичной полости тела непрерывной эпителиальной выстилкой (за исключением некоторых типов Nematomorpha) и базальной мембраной. Семявыносящие протоки всех первичцополостных червей образованы железистыми эпителиальными клетками и, за исключением нематод и волосатиков, сообщаются с внешней средой посредством полового отверстия в стенке тела. Исключение составляют нематоды и волосатики, у которых семяпровод впадает в клоаку, где также располагаются копулятивные органы.
