Введение к работе
Аппендикулярии - это класс морских оболочников, насчитывающих примерно 90 видов (Shiga, 1997). Они являются одной из базальных групп низших хордовых. Размеры аппендикулярий составляют от 1 мм до 1.5 см у тропических обитателей (Книпович, 1924). Аппендикулярии имеют студенистое тело, лишенное твердого скелета. Своим коротким жизненным циклом (6-8 сут), который аппендикулярии проводят в пелагиали, они отличаются от двух других классов подтипа Tunicata - асцидий и талиацей. Аппендикулярии играют важную роль в морских пищевых цепях, занимая второе место по биомассе после копепод (Gorsky, Fenaux, 1998), и являются кормовой базой для многих промысловых видов рыб (Aravena, Palma, 2002; Дулепова, 1998; Чучукало, 2006).
Благодаря наличию хорды в течение всего онтогенеза (в отличие от других Tunicata) аппендикулярии являются ключевым таксоном в решении вопросов происхождения и эволюции низших хордовых. Одни авторы считали аппендикулярий прямыми, но специализированными потомками всех оболочников (Seeliger, Lohmann, Fenaux, Tokioka), другие расценивали их как неотенических личинок асцидий (Willey, Brien) или даже бочоночников (Garstang, Berrill, Whitear, Bone) (по: Иванова-Казас, 1978).
Эмбриональное развитие аппендикулярий на сегодняшний день изучено только для единственного раздельнополого вида Oikopleura dioica из сем. Oikopleuridae. Гаметогенез подробно исследован также только у этого вида, а личиночная, ювенильная и половозрелая стадии развития аппендикулярий на гистологическом и ультраструктурном уровне не исследованы. Таким образом, получение новых фундаментальных знаний о постэмбриональном развитии и гаметогенезе аппендикулярий является актуальным направлением современной биологии развития морских организмов.
Настоящая работа посвящена изучению особенностей строения личиночной, ювенильной и половозрелой стадий, ультраструктуре половой системы и гаметогенеза гермафродитного вида аппендикулярии Oikopleura gracilis Lohmann, 1896 с применением методов световой, просвечивающей электронной и конфокальной микроскопии.
Целью настоящего исследования является проведение ультраструктурного анализа личиночной, ювенильной и половозрелой стадий развития и гаметогенеза аппендикулярии Oikopleura gracilis Lohmann, 1896.
Задачи исследования включали: (1) изучение микроскопической анатомии и полную морфологическую реконструкцию всех систем органов и полостей тела личиночной, ювенильной и половозрелой стадий развития; (2) изучение ультраструктуры сократительного сосуда, гемоцеля и целотелия на личиночной, ювенильной и половозрелой стадиях развития; (3) изучение формирования гонад и стадий их зрелости; (4) изучение ультраструктурных особенностей гаметогенеза; (5) изучение ультраструктуры сперматозоидов; (6) изучение метаморфоза.
Научная новизна. Получены новые данные по культивированию гермафродитного вида аппендикулярий O. gracilis, срокам его развития, формированию и степени зрелости гонад, морфологии гамет, организации личиночной, ювенильной и половозрелой стадий развития как на световом, так и на ультраструктурном уровне.
Впервые для аппендикулярий на примере O. gracilis выявлена организация полового зачатка и исследована его ультраструктура. Изучена ультраструктура мужской и женской гонад на разных стадиях их созревания. Прослежены ультраструктурные особенности взаимодействия половых детерминантов и митохондрий в синцитиальной цитоплазме яичника и семенника. Выявлен синцитиальный путь сперматогенеза и оогенеза, который, вероятно, связан с коротким жизненным циклом аппендикулярий.
Впервые установлена организация полостей тела поздней личинки и ювенильной стадии O. gracilis. Обнаружено, что туловищный целомический мешочек, который представляет редуцированный целом аппендикулярий, у личинок является парным, в отличие от ювенильных и половозрелых особей. Выявлены и описаны два типа форменных элементов гемолимфы. Установлена организация сократительного сосуда. Исследованы внешние покровы, которые представлены двумя типами эпителиев: однослойным секреторным эпителием (ойкопластическим эпителием) и однослойным плоским эпителием. Плоский эпителий, покрывающий только вентральную часть туловища, репродуктивный отдел и хвост, в отличие от ойкопластического эпителия, покрывающего дорсальную часть туловища, в апикальной цитоплазме клеток содержит скопление микрофиламентов. Предполагается, что их функция заключается в механическом усилении однослойного плоского покровного эпителия O. gracilis. Подробно на ультраструктурном уровне исследована пищеварительная система личиночной, ювенильной и половозрелой стадий развития O. gracilis. Выявлены необычные клеточные контакты - интердигитации: переплетения цитоплазматических отростков соседних клеток, ассоциированные с щелевыми контактами. Такие контакты, обеспечивающие плотное взаимодействие соседних клеток, доминируют в пищеварительном и в ойкопластическом эпителии. Исследованы морфология и тонкое строение жаберных щелей - главного элемента фильтрационного аппарата O. gracilis. Установлены организация нервной системы и тонкое строение ее основных отделов. Обнаружены механорецепторы ротовой области и описана их ультраструктура и иннервация, которая осуществляется за счет крупного парного нерва передней области церебрального ганглия.
Теоретическое и практическое значение работы. Полученные данные по культивированию O. gracilis существенно дополняют имеющиеся представления о сроках развития аппендикулярий из сем. Oikopleuridae.
Полученные оригинальные данные по организации целома аппендикулярий позволяют понять тонкие механизмы функционирования сердца и участия в этом физиологическом процессе хвоста. Двигательная активность хвоста существенно способствует перемешиванию гемолимфы, поскольку целомическая система и сердце слабо развиты у O. gracilis. Обнаружение двух типов гемоцитов - крупных округлых и мелких амебоидного типа, найденных в небольшом количестве в первичной полости тела, опровергает ранее сложившееся мнение о том, что аппендикулярии лишены каких- либо форменных элементов крови.
Выявленные механорецепторные клетки рта дополняют представления об органах чувств аппендикулярий, которые, как считалось, у них слабо выражены и представлены вентральным органом обоняния, клетками Лангерганса и статоцистом.
Сопоставление данных по ультраструктуре соматических тканей семенников и яичника с особенностями спермато- и оогенеза позволяют глубже понять характер взаимоотношений между половыми клетками и различными группами вспомогательных клеток в ходе дифференциации гамет у аппендикулярий.
Полученные оригинальные данные об ультраструктуре полового зачатка и первичных половых клеток личиночной стадии O. gracilis и дальнейших стадиях созревания гермафродитной гонады существенно расширяют представления о протекании, как ранних этапов формирования половых клеток, так и гаметогенеза в целом для аппендикулярий-ойкоплеурид.
Материалы диссертации могут быть использованы при преподавании курсов зоологии, цитологии, гистологии и биологии развития в высших учебных заведениях.
Личный вклад автора заключается в непосредственном участии в сборе материала, самостоятельной его обработке, анализе полученных данных и подготовке публикаций.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены на IX и X Региональных конференциях по актуальным проблемам морской биологии и экологии (Владивосток, ДВФУ, 2010, 2011); на ежегодных научных конференциях ИБМ ДВО РАН (Владивосток, 2010, 2011, 2012); на Международной школе по эмбриологии морских беспозвоночных "Embryology of marine invertebrate" (МГУ, 2010); на билатеральном Российско-Китайском симпозиуме (Qingdao, 2010); на XIII Всероссийской молодежной школе-конференции по актуальным проблемам химии и биологии (Владивосток, 2010); на семинарах Лаборатории эмбриологии ИБМ ДВО РАН; на II Всероссийской школе-конференции с международным участием к 105-летию со дня рождения академика А.В. Иванова (Санкт-Петербург, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе две статьи в отечественных рецензируемых журналах из списка, рекомендованного ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 232 страницах и состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, результатов, обсуждения, выводов и списка литературы. Работа содержит 119 иллюстраций (рисунков, электронограмм) и 3 таблицы. Список литературы состоит из 127 наименований, из них 107 на иностранных языках.
