Содержание к диссертации
Введение
2. История изучения микроскопической анатомии и ультраструктуры брахиопод 5
3. Материал и методы 9
4. Результаты и обсуждения 11
4.1. Общая анатомия 11
4.2. Стенкатела 15
4.3. Лофофор 26
4.3.1. Внешняя морфология лофофора 26
4.3.2. Микроскопическая анатомия лофофора 27
4.3.3. Строение и развитие лофофора брахиопод 43
4.4. Нервная система 88
4.5. Полость тела 105
4.5.1. Анатомия полости тела 105
4.5.2. Тонкое строение полости тела 108
4.5.3. Проблема плана строения брахиопод 118
4.6. Кровеносная система 148
4.6.1. Анатомия кровеносной системы 148
4.6.2. Тонкое строение кровеносной системы 149
4.7. Пищеварительная система 164
4.8. Строение нефридиев 178
4.9. Глобулярные клетки 189
4.10. Половая система 193
Выводы 202
Список литературы 205
- История изучения микроскопической анатомии и ультраструктуры брахиопод
- Материал и методы
- Общая анатомия
Введение к работе
Брахиоподы (плеченогие) - реликтовая группа морских беспозвоночных животных, известная с нижнего кембрия. Ископаемых брахиопод насчитывается около 30 тысяч видов (Hyman, 1959), тогда как в современной биоте известно не более 400 видов плеченогих (Зезина, 1985, 1997). Подавляющее большинство публикаций по этой группе посвящено различным аспектам морфологии раковины, систематики и стратиграфии вымерших брахиопод. Такое внимание к вымершим представителям плеченогих объясняется большим стратиграфическим значением этой группы. Исследованию современных брахиопод посвящено значительно меньше работ. В то же время, без изучения анатомии мягкого тела современных брахиопод невозможно правильное понимание морфологии и основных направлений эволюции ископаемых брахиопод.
Брахиоподы остаются одной из широко распространенных групп беспозвоночных в современных морях, Они входят в состав естественного биофильтра, иногда достигая плотностей в несколько сот или даже тысяч экз/кв. м. (Зезина, 1995). Брахиоподы широко используются в биогеографических построениях и исследованиях по экологической зональности, особенно на глубинах материкового склона и батиали (см. Зезина, 1966, 1976, 1985, 1997). Вот почему исследование анатомии, микроскопической анатомии и ультраструктуры современных брахиопод представляет собой актуальную задачу зоологии.
Основополагающие исследования по анатомическому строению брахиопод были выполнены более 100 лет назад (Hancock, 1859; Bemmelen, 1883; Joubin, 1886; Blochmann, 1892, 1900 пит. no Hyman, 1959). С тех пор эти работы не подвергались ревизии, хотя далеко не все аспекты анатомии плеченогих были исследованы в них с необходимым уровнем подробности. Вплоть до настоящего времени все функционально-морфологические и филогенетические построения, касающиеся брахиопод, опираются на упомянутые публикации, охватывающие к тому же весьма ограниченный набор видов.
Новый этап в изучении строения брахиопод связан с применением современных методов трансмиссионной электронной микроскопии (Storch and Welsch, 1975, 1976; Reed and Cloney, 1977; Лунин, 1991, 2001; James, 1997; и др.). В этих работах была изучена ультраструктура отдельных систем органов, однако целый ряд вопросов по микроскопической анатомии и тонкому строению брахиопод остался нерешенными вплоть до настоящего времени.
Брахиоподы характеризуются наличием особого щупальцевого аппарата -лофофора, строение которого очень разнообразно в пределах группы. Большое разнообразие типов строения лофофора требует анализа не только в сравнительно-анатомическом, но и в функционально-морфологическом плане, поскольку остается неясным механизм фильтрации и сортировки частиц у брахиопод.
Изучение микроскопической анатомии и ультраструктуры плеченогих имеет большой интерес с точки зрения сравнительной анатомии и филогенетики. Положение брахиопод в общей системе животного царства активно дискутируется. Традиционно брахиопод рассматривали как группу промежуточную между первичноротыми и вторичноротыми (Беклемишев, 1964; Догель, 1981; Hyman, 1959). В последние годы появились доводы в пользу объединения плеченогих с трохофорными животными (Halanich et al., 1995; de Rosa, 2001; и др.). На основе наблюдений по эмбриональному развитию брахиопод была сформулирована гипотеза о метамерной организации и формирования плана строения плеченогих путем складывания на брюшную сторону (Nielsen, 1991). Однако, эта интригующая гипотеза пока не нашла подтверждения или опровержения у взрослых особей брахиопод. Hemithyris psittacea - широко распространенный в северном полушарии вид замковых брахиопод, часто используемый в учебном процессе в университетском зоологическом образовании. Так, именно на примере этого вида рассматривается организация брахиопод в отечественных учебных руководствах (см., например, Иванов и др., 1985). Тем не менее, сведения по анатомии Н. psittacea основываются на исследованиях Ханкока (Hancock, 1859), выполненных полтора столетия назад.
Следует сразу отметить, что некоторые аспекты не нашли отражения в настоящей работе. Мы решили опустить рассмотрение вопроса об аппарате замыкания и раскрывания створок раковины, так как существует ряд прекрасных работ, в которых рассмотрена микроскопическая анатомия и функциональная морфология мышечной системы раковины брахиопод (Eschleman and Wilkens, 1979, Elschieman et al., 1982, Kuga and Matsuno, 1988). Мы сосредоточили свое внимание на микроскопической анатомии тех систем органов и тканей, которые наименее изучены. В первую очередь это касается анатомии и ультраструктуры кровеносной, целомической и нервной системы.
Цель настоящей работы - заполнить пробелы в существующих сведениях по микроскопической анатомии и ультраструктуре замковой брахиоподы Hemithyris psittacea как представителя примитивной группы замковых брахиопод и на примере этого вида провести анализ плана строения взрослых брахиопод, включая функционально-морфологический анализ организации лофофора.
Были поставлены следующие задачи:
Провести реконструкцию анатомической организации основных систем органов исследованного вида.
Исследовать гистологическое строение основных органов.
Исследовать ультраструктуру основных тканей и органов.
Проанализировать данные по строению, развитию и функциональной морфологии лофофора у ныне живущих брахиопод.
5. Провести анализ плана строения взрослых брахиопод на основе гипотезы складывания и метамерии.
Научная новизна.
Впервые осуществлена полная реконструкция целомической системы Я. psittacea. Подробно исследована топография отделов целома, их положение относительно друг друга. Впервые для замковых брахиопод описан сложноустроенный периэзофагеальный целом. Обнаружены новые целомические образования: тонкостенные выпячивания больших каналов лофофора, поперечные складки вентрального мезентерия, связывающие среднюю кишку с вентральной стенкой тела. Реконструировано пространственное положение латеральных мезентериев. Впервые для замковых брахиопод показано, что малые каналы лофофора связаны с периэзофагеальным целомом, который обособлен от туловищного целома.
Реконструирована организация кровеносной системы Н. psittacea и предложена схема циркуляции крови у брахиопод. Впервые для плеченогих были найдены подоциты, формирующие стенку кровеносных сосудов, в периэзофагеальном и туловищном целомах.
Описана ультраструктура центральных элементов нервной системы. Найдены и описаны глобулярные клетки в соединительной ткани лофофора, мантийных складках, канала нефридия и передней стенке тела. Опровергнуты существовавшие в литературе ошибочные сведения о тонком строении соединительно-тканных перемычек в гонадах замковых брахиопод.
На основе оригинального функционально-морфологического анализа лофофора ныие живущих брахиопод впервые предложена схема фильтрации и сортировки частиц.
На основе реконструкции анатомического строения взрослых брахиопод показана метамерность и получено подтверждение «теории складывания» Нильсена (Nielsen, 1991). Предложена новая трактовка организации взрослых брахиопод как метамерных организмов с изогнутой передне-задней осью.
Теоретическая и практическая значимость. Результаты работы важны для понимания путей эволюции животного царства, поскольку брахиоподы являются группой, занимающей промежуточное положение между типичными первичноротыми и вторичноротыми, а также для понимания планов строения лофофорных животных. Исследования микроскопической анатомии современных брахиопод важны для понимания строения и основных направлений эволюции ископаемых представителей этой группы, широко используемой в стратиграфических построениях. Полученные в работе сведения являются вкладом в биологию одного из самых массовых видов бентоса. Результаты изучения микроскопической анатомии брахиопод могут быть использованы в лекционных курсах по зоологии беспозвоночных и палеонтологии.
Апробация работы. Материалы работы были доложены на XIII международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2006» МГУ, Москва 2006 г., на международной конференции «Проблемы эволюционной морфологии животных» в г. Санкт-Петербурге, 2006 г., на научных семинарах и заседаниях кафедры зоологии беспозвоночных биологического факультета МГУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работы (2 статьи в реферируемых журналах и 1 тезисы).
Структура работы. Работа состоит из 4 глав, выводов и списка литературы, содержащего 125 названий. Работа содержит 85 иллюстраций (рисунков, схем иэлектронограмм).
2. История изучения микроскопической анатомии и ультраструктуры брахиопод
Первые рисунки раковин ископаемых брахиопод были сделаны еще в XIV веке. Латинское название этой группы - Brachiopoda - было предложено Дюмерилем (Dumeril, 1806 цит. по Hyman, 1959). Долгое время, вплоть до конца девятнадцатого столетия, брахиопод относили к моллюскам. Только в 1882 году брахиоподы были впервые объединены вместе с форонидами и мшанками, а также сипункулидами (Caldwell, 1882; Blochmann, 1882). В 1888 году Хатчек (Hatschek, 1888 цит. по Hyman, 1959) предложил таксон Tentaculata, куда входили брахиоподы, форониды и мшанки. Название Lophophorata было предложено Шнайдером (Schneider, 1902), но первоначально в него помещали только форонид и мшанок.
В XIX веке были выполнены основополагающие работы, в которых подробно рассматривалась анатомическая организация ныне живущих брахиопод (Huxley, 1854; Hancock, 1859; Bemmelen, 1883; Joubin, 1886; Blochmann, 1892, 1900). В работах Гексли (Huxley, 1854) исследовались различные представители замковых брахиопод. Ханкок (Hancock, 1859) изучал анатомическую организацию замковой брахиоподы Hemithyris psittacea, это фундаментальное исследование с прекрасными подробными иллюстрациями. Беммелин (Bemraelen, 1883) исследовал анатомию и гистологию Gryphus vitreus, эта работа остается единственным источником сведений по анатомической организации нервной системы замковых брахиопод. Работа Жубен (Joubin, 1886) посвящена анатомии беззамковых брахиопод. Одними из наиболее часто цитируемых исследований, посвященных анатомической организации беззамковых брахиопод, являются работы Блохманна (Blochmann, 1892, 1900), в них изучались Discinisca lamellosa и Lingula anatina, а также Novocrania anomala. Рисунки, приведенные в этих работах, до сих пор приводятся в современных руководствах.
В это же время были выполнены классические исследования А. О. Ковалевского (1874) по эмбриологии брахиопод, в которых были показаны коренные различия в онтогенезе плеченогих и моллюсков и высказана гениальная догадка о близости брахиопод к метамерным животным - аннелидам.
Эмбриология брахиопод интенсивно исследовалась в начале (Yatsu, 1902; ConkHn, 1902; Plenk, 1913) и на протяжении последующих десятилетий XX века (Percival, 1944, 1960; Franzen, 1969; Малахов, 1976, 1983; Chuang, 1977). Работы по эмбриональному развитию в основном затрагивают замковых брахиопод: Calloria inconspicua (см. Percival, 1944; Chuang, 1996), Notosaria nigricans (см. Percival, 1960; Hoverd, 1985), Argyrotheca eordata (см. Ковалевский, 1874; Plenk, 1913; Grobe and Luter, 1999), Cnismatocentrum sakhalinensis (см. Малахов, 1976, 1983). Подробная работа Ятсу (Yatsu, 1902), посвященная развитию Lingula anatina, до сих пор является основополагающим исследованием по эмбриональному развитию беззамковых брахиопод. В 1991 году вышла свет работа Нильсена (Nielsen, 1991), посвященная эмбриональному развитию Novocrania anomala,
В 1959 году вышел обзор организации ныне живущих брахиопод в 5-ом томе фундаментального руководства по зоологии беспозвоночных (Hyman,
1959). Это наиболее полная сводка, суммирующая результаты столетнего периода исследований микроскопической анатомии плеченогих, выполненных на гистологическом уровне.
Определенное значение для повышения интереса к изучению брахиопод сыграло введение их в курс большого практикума по зоологии беспозвоночных (см. например, Иванов и др. 1985), в котором строение плеченогих рассматривается на примере Hemithyris psittacea. В этом руководстве приведены оригинальные данные по гистологии этой брахиоподы, данные по анатомической организации взяты из работы Ханкока (Hancock, 1859).
В конце XX века в свет выходят работы, выполненные с применением методов электронной микроскопии и посвященные строению отдельных органов и тканей брахиопод (Storch and Welsch, 1972, 1975, 1976; Reed and Cloney, 1977; James, 1997; Пунин, 1991, 2001; Шег, 1995; Marrynova and Chaga, 1997; и др.). Исследования Шторха и Вельша (Storch and Welsch, 1972, 1975, 1976) затрагивают тонкое строение лофофора, пищеварительной железы и края мантии Lingula anatina. Работы Шторха и Вельша (Storch and Welsch, 1976) по Lingula anatina и Рида и Клуни (Reed and Cloney, 1977) по Terebratalia transversa имеют первостепенную важность как источники сведений по микроскопической анатомии лофофора, выстилки полости тела, стенки кровеносных сосудов плеченогих. Исследования Пунина (1991, 2001) посвящены тонкому строению эпителия пищеварительной трубки, а также кишечной регуляторной системе Hemithyris psittacea. Микроскопическая анатомия нефридиев Novocrania anomala и Terebratulina retusa изучена Лютером (Luter, 1995). Работа Мартыновой и Чаги (Martynova and Chaga, 1997) посвящена тонкому строению стенки сердца Hemithyris psittacea, Существует ряд прекрасных подробных работ, в которых рассмотрена микроскопическая анатомия мантийных складок и процессы формирования раковины плеченогих (Williams, 1973, 1977; Williams & Mackay, 1978; Williams et al., 1997). Гаметогенез и строение половых клеток брахиопод было подробно изучено в ряде работ (Кауфман, 1977; Chuang, 1983а; Chuang, 19836; James et al., 1991a; Williams et al., 1997). Большое внимание исследователей посвящено строению и функциональной морфологии мышечной системы плеченогих (Eschleman and Wilkens, 1979; Elschleman et al., 1982; Kuga and Matsuno, 1988). Результаты работ, выполненных на ультраструктурном уровне, суммированы в одной из глав фундаментального руководства по микроскопической анатомии беспозвоночных (James, 1997).
Огромное стратиграфическое значение брахиопод обусловило то своеобразное явление, что наиболее полный обзор организации современных брахиопод был опубликован в известном руководстве по палеонтологии «Treatise of Invertebrate Paleontology» (Williams A., Rowell A. J., 1965; Williams et al., 1997). Также большое значение имела книга Радвика (Rndwick, 1970), в которой излагается эволюционная история брахиопод и данные по общей морфологии и экологии ныне живущих и вымерших брахиопод.
Ныне живущие брахиоподы были объектом таксономических и биогеографических исследований (см. Зезина, 1976, 1979, 1981, 1985 и др.). В этих работах проведена ревизия фауны, а также описаны новые виды современных плеченогих (Зезина, 1979, 1981 и др.). Брахиоподы оказались удобной группой для исследования пространственной структуры океана и использовались для биогеографического районирования батиали (Зезина, 1976, 1985).
Классификация типов строения лофофора была предложена еще в Х1Х-ом веке (Beecher, 1897). Большое значение для понимания организации лофофора имеют многочисленные исследования Дафны Эткинс (Atkins, 1958, 1959, 1960, 1961, 1962), в которых можно найти сведения по строению и развитию всех типов ловчего аппарата брахиопод. Радвик (Rudwick, 1962, 1970) предложил три линии развития лофофора ныне живущих плеченогих, его гипотеза признана многими исследователями (Emig, 1976,1992; Williams et al., 1997).
В ХХ-ом столетии активно дискутируется вопрос о механизме фильтрации лофофора плеченогих (Atkins, 1956; Rudwick, 1962, 1970; Strathmann, 1973; Gilmour, 1978, 1981). В этих работах рассматривались процессы формирования токов воды в мантийной полости, транспортировки частиц ко рту, а также процессы выброса ненужных засоряющих частиц. Однако, вопрос о механической сортировки частиц оставался нерешенным,
Интерес к изучению современных брахиопод значительно возрос после выхода работы Нильсена (Nielsen, 1991) по развитию Novocrania anomala. В этой работе было показано, что личинка Novocrania - метамерный организм, состоящий из трех сегментов и снабженный тремя парами пучков щетинок. При метаморфозе личинка складывается на брюшную сторону. На основе этих наблюдений была сформулирована гипотеза о происхождении брахиопод путем складывания, в результате чего возникла новая трактовка происхождения створок раковины: обе створки оказались по своему происхождению спинными, при этом т.н. «дорсальная» створка является передней, а «вентральная» - задней. Работа Нильсена является революционной в понимании плана строения брахиопод. Появилась новая гипотеза происхоясдения дорсальной и вентральной раковин брахиопод, которую признали многие исследователи (Малахов, 1995; Cohen et al., 2003; Liiter, 2004). Исходя из этого, традиционно дорсальную створку принято называть брахиальной, а вентральную - педальной. Эта гипотеза стимулировала дальнейшее изучение эмбриологии брахиопод (Liiter and Grobe, 1999; Grobe, 2000; Liiter, 2000), а также их молекулярной биологии (Adoute and Philippe, 1993; Halanych et al., 1995; de Rosa, 2001 и др.). Данные по молекулярной биологии говорят в пользу отнесения щупальцевых к первичноротым внутри группы Lophotrochozoa, в состав которой также входят аннелиды и моллюски (Halanych et al., 1995).
Большое значение брахиопод для понимания путей эволюции животного царства в целом вызывает необходимость исследований по микроскопической анатомии представителей современных брахиопод.
3. Материалы и методы
Материалом для настоящей работы послужили взрослые особи замковой брахиоподы Hemithyris psittacea (Gmelin, 1790), собранные в августе 2002 и в июле 2004 г. в Кандалакшском заливе Белого моря в окрестностях Беломорской биологической станции МГУ на глубине 9 м.
Методы исследования включали анатомирование животных, изучение серийных гистологических срезов, методы сканирующей и трансмиссионной электронной микроскопии.
Для анатомирования животные были зафиксированы в 4%-ном растворе формальдегида на морской воде. Анатомирование было произведено вручную под стереомикроскопом МБС-10. Всего исследовано 20 экземпляров.
Для исследования микроскопической анатомии животные были зафиксированы в жидкости Буэна. Фиксация длилась 24 ч, после чего материал отмыли в 70 спирте, а затем оставили в нем на хранение. Декальцинацию проводили в 7% азотной кислоте на дистиллированной воде в течение 48 ч. Перед декальцинацией ткань образцов ушютнили в восходящих концентрациях спиртов до 96 спирта, а затем до воды в нисходящих концентрациях спиртов. Чтобы избежать набухания ткани, после декальцинации материал поместили на 24 ч в 5% раствор сернокислого лития, а затем промыли материал водой. Материал был снова обезвожен в спиртах возрастающей концентрации, переведен в бутанол, затем - в ксилол и пропитан парапластом, Залитый в парапласт материал был микротомирован и разложен на срезы толщиной 8 мкм. Срезы были окрашены гематоксилином Караччи. Были изучены две полные серии сагиттальных срезов, две серии поперечных срезов и одна серия фронтальных срезов целых животных. Была также детально исследована отдельно приготовленная серия поперечных срезов дистального конца средней кишки, а также сердца. Препараты были изучены при помощи световых микроскопов Olympus cover-018 и Axioplan 2.
Для изучения тонкой морфологии методами сканирующей электронной микроскопии особи были зафиксированы 4%-м формалином на морской воде. Были исследованы отдельные органы животного, извлеченные в ходе анатомирования, а также поперечный и сагиттальный разрезы целых особей. Для получения разрезов животные были обезвожены в спиртах восходящей концентрации, залиты в парапласт и микротомированы до нужного уровня. После этого полученный материал был помещен в ксилол до полного растворения парапласта, а затем переведен в ацетон. Обезвоженные в серии спиртов и ацетоне отдельные органы, а также разрезы целого животного были подвергнуты высушиванию с использованием метода критической точки в С02 на аппарате сушки Hitachi critical point dryer HCP-1 и напылению тяжелыми металлами. Готовые препараты изучали на сканирующих электронных микроскопах Hitachi S-405A и Cam Scan в Межкафедральной лаборатории электронной микроскопии Биологического факультета МГУ.
Для изучения тонкого строения методами трансмиссионной электронной микроскопии были вырезаны небольшие кусочки тканей (объемом около 3-5 мм3), зафиксированы в 2%-ном растворе глютаральдегида на 0.1 М какодилатном буфере (рН 7.2) с добавлением сахарозы (100 мМоль/литр). После отмывки в буфере кусочки были дополнительно фиксированы 1%-м раствором четырехокиси осмия, отмыты в буфере и сохранены в 70 спирте. Затем кусочки были обезвожены в спиртах возрастающей концентрации и ацетоне, пропитаны и заключены в смесь EPON. Ультратонкие срезы, контрастированные уранилацетатом и цитратом свинца, были изучены на трансмиссионных электронных микроскопах JEA JEM 100В в Межкафедральной лаборатории электронной микроскопии Биологического факультета МГУ.
Для обработки электронных микрофотографий был использован программный пакет Adobe Photoshop 7.0.
4. Результаты и обсуждение
История изучения микроскопической анатомии и ультраструктуры брахиопод
Материалом для настоящей работы послужили взрослые особи замковой брахиоподы Hemithyris psittacea (Gmelin, 1790), собранные в августе 2002 и в июле 2004 г. в Кандалакшском заливе Белого моря в окрестностях Беломорской биологической станции МГУ на глубине 9 м.
Методы исследования включали анатомирование животных, изучение серийных гистологических срезов, методы сканирующей и трансмиссионной электронной микроскопии. Для анатомирования животные были зафиксированы в 4%-ном растворе формальдегида на морской воде. Анатомирование было произведено вручную под стереомикроскопом МБС-10. Всего исследовано 20 экземпляров.
Для исследования микроскопической анатомии животные были зафиксированы в жидкости Буэна. Фиксация длилась 24 ч, после чего материал отмыли в 70 спирте, а затем оставили в нем на хранение. Декальцинацию проводили в 7% азотной кислоте на дистиллированной воде в течение 48 ч. Перед декальцинацией ткань образцов ушютнили в восходящих концентрациях спиртов до 96 спирта, а затем до воды в нисходящих концентрациях спиртов. Чтобы избежать набухания ткани, после декальцинации материал поместили на 24 ч в 5% раствор сернокислого лития, а затем промыли материал водой. Материал был снова обезвожен в спиртах возрастающей концентрации, переведен в бутанол, затем - в ксилол и пропитан парапластом, Залитый в парапласт материал был микротомирован и разложен на срезы толщиной 8 мкм. Срезы были окрашены гематоксилином Караччи. Были изучены две полные серии сагиттальных срезов, две серии поперечных срезов и одна серия фронтальных срезов целых животных. Была также детально исследована отдельно приготовленная серия поперечных срезов дистального конца средней кишки, а также сердца. Препараты были изучены при помощи световых микроскопов Olympus cover-018 и Axioplan 2.
Для изучения тонкой морфологии методами сканирующей электронной микроскопии особи были зафиксированы 4%-м формалином на морской воде. Были исследованы отдельные органы животного, извлеченные в ходе анатомирования, а также поперечный и сагиттальный разрезы целых особей. Для получения разрезов животные были обезвожены в спиртах восходящей концентрации, залиты в парапласт и микротомированы до нужного уровня. После этого полученный материал был помещен в ксилол до полного растворения парапласта, а затем переведен в ацетон. Обезвоженные в серии спиртов и ацетоне отдельные органы, а также разрезы целого животного были подвергнуты высушиванию с использованием метода критической точки в С02 на аппарате сушки Hitachi critical point dryer HCP-1 и напылению тяжелыми металлами. Готовые препараты изучали на сканирующих электронных микроскопах Hitachi S-405A и Cam Scan в Межкафедральной лаборатории электронной микроскопии Биологического факультета МГУ.
Для изучения тонкого строения методами трансмиссионной электронной микроскопии были вырезаны небольшие кусочки тканей (объемом около 3-5 мм3), зафиксированы в 2%-ном растворе глютаральдегида на 0.1 М какодилатном буфере (рН 7.2) с добавлением сахарозы (100 мМоль/литр). После отмывки в буфере кусочки были дополнительно фиксированы 1%-м раствором четырехокиси осмия, отмыты в буфере и сохранены в 70 спирте. Затем кусочки были обезвожены в спиртах возрастающей концентрации и ацетоне, пропитаны и заключены в смесь EPON. Ультратонкие срезы, контрастированные уранилацетатом и цитратом свинца, были изучены на трансмиссионных электронных микроскопах JEA JEM 100В в Межкафедральной лаборатории электронной микроскопии Биологического факультета МГУ.
Материал и методы
Материалом для настоящей работы послужили взрослые особи замковой брахиоподы Hemithyris psittacea (Gmelin, 1790), собранные в августе 2002 и в июле 2004 г. в Кандалакшском заливе Белого моря в окрестностях Беломорской биологической станции МГУ на глубине 9 м.
Методы исследования включали анатомирование животных, изучение серийных гистологических срезов, методы сканирующей и трансмиссионной электронной микроскопии.
Для анатомирования животные были зафиксированы в 4%-ном растворе формальдегида на морской воде. Анатомирование было произведено вручную под стереомикроскопом МБС-10. Всего исследовано 20 экземпляров.
Для исследования микроскопической анатомии животные были зафиксированы в жидкости Буэна. Фиксация длилась 24 ч, после чего материал отмыли в 70 спирте, а затем оставили в нем на хранение. Декальцинацию проводили в 7% азотной кислоте на дистиллированной воде в течение 48 ч. Перед декальцинацией ткань образцов ушютнили в восходящих концентрациях спиртов до 96 спирта, а затем до воды в нисходящих концентрациях спиртов. Чтобы избежать набухания ткани, после декальцинации материал поместили на 24 ч в 5% раствор сернокислого лития, а затем промыли материал водой. Материал был снова обезвожен в спиртах возрастающей концентрации, переведен в бутанол, затем - в ксилол и пропитан парапластом, Залитый в парапласт материал был микротомирован и разложен на срезы толщиной 8 мкм. Срезы были окрашены гематоксилином Караччи. Были изучены две полные серии сагиттальных срезов, две серии поперечных срезов и одна серия фронтальных срезов целых животных. Была также детально исследована отдельно приготовленная серия поперечных срезов дистального конца средней кишки, а также сердца. Препараты были изучены при помощи световых микроскопов Olympus cover-018 и Axioplan 2.
Для изучения тонкой морфологии методами сканирующей электронной микроскопии особи были зафиксированы 4%-м формалином на морской воде. Были исследованы отдельные органы животного, извлеченные в ходе анатомирования, а также поперечный и сагиттальный разрезы целых особей. Для получения разрезов животные были обезвожены в спиртах восходящей концентрации, залиты в парапласт и микротомированы до нужного уровня. После этого полученный материал был помещен в ксилол до полного растворения парапласта, а затем переведен в ацетон. Обезвоженные в серии спиртов и ацетоне отдельные органы, а также разрезы целого животного были подвергнуты высушиванию с использованием метода критической точки в С02 на аппарате сушки Hitachi critical point dryer HCP-1 и напылению тяжелыми металлами. Готовые препараты изучали на сканирующих электронных микроскопах Hitachi S-405A и Cam Scan в Межкафедральной лаборатории электронной микроскопии Биологического факультета МГУ.
Для изучения тонкого строения методами трансмиссионной электронной микроскопии были вырезаны небольшие кусочки тканей (объемом около 3-5 мм3), зафиксированы в 2%-ном растворе глютаральдегида на 0.1 М какодилатном буфере (рН 7.2) с добавлением сахарозы (100 мМоль/литр). После отмывки в буфере кусочки были дополнительно фиксированы 1%-м раствором четырехокиси осмия, отмыты в буфере и сохранены в 70 спирте. Затем кусочки были обезвожены в спиртах возрастающей концентрации и ацетоне, пропитаны и заключены в смесь EPON. Ультратонкие срезы, контрастированные уранилацетатом и цитратом свинца, были изучены на трансмиссионных электронных микроскопах JEA JEM 100В в Межкафедральной лаборатории электронной микроскопии Биологического факультета МГУ.
Для обработки электронных микрофотографий был использован программный пакет Adobe Photoshop 7.0.
Общая анатомия
Тело Н. psittacea заключено в известковую раковину, две створки которой раньше называли брюшная и спинная. В настоящее время дорсальную створку принято называть брахиальной, а вентральную - педальной, так как исходя из теории «складывания» (Nielsen, 1991) по своему происхождению обе створки брахиопод являются спинными. У взрослых особей длина раковины в среднем составляет 2 - 3 см.
Створки раковины подостланы мантией, ограничивающей мантийную полость (рис. 4.1.1). Мантийные складки являются выпячиванием стенки тела. По периферии мантии располагаются щетинки, которые образуются в углублении покровов - мантийном желобке. В мантийную полость обращены руки щупальцевого аппарата - лофофора. Лофофор Н. psittacea состоит из двух спирально-закрученных рук, которые отходят от передней стенки тела и свободно выдаются в мантийную полость. Обороты спирали образуют конус, вершина которого направлена в сторону дорсальной (брахиальной) створки.
Мягкое тело животного занимает заднюю часть пространства между створками раковины. У изученного вида имеется ножка, с помощью которой он прикрепляется к субстрату. Ножка является выростом задней части мягкого тела животного и выходит наружу через отверстие в вентральной (педальной) створке раковины. В настоящей работе строение раковины и ее замка не рассматривается,
Мышечная система Н. psittacea состоит из трех основных групп мышц: мышцы-замыкатели, мышцы-размыкатели, педальные мышцы. Основание замыкателей раковины крепится к вентральной створке раковины и разделяется на две пары пучков, которые прикрепляются к дорсальной створке. Одним концом размыкатели раковины прикрепляются к вентральной створке, другим концом к замочному отростку, расположенному на вершине дорсальной створки раковины. Педальные мышцы прикрепляют ножку к внутренней поверхности раковины. При их сокращении ножка может втягиваться и выдвигаться, а также поворачивать тело вокруг продольной оси.
Целомическая система К psittacea состоит из трех отделов: синусы лофофора, периэзофагеального целома, окружающего пищевод, и туловищного целома, который дает ответвления в мантию. Целомические каналы мантии разветвляются и доходят до ее края. В начальных наиболее широких мантийных каналах ( половых синусах) расположены гонады, которые имеют сетчатое строение. Туловищный целом пересечен дорсо-вентральным и двумя латеральными мезентериями, которые прикрепляют кишечник к стенкам тела.
Пищеварительная трубка Н. psittacea петлевидно изогнута. Ротовое отверстие, расположенное ближе к вентральной створке, переходит в пищевод, который у дорсальной створки расширяется в мешковидный желудок. От желудка по направлению к вентральной створке отходит средняя кишка, которая заканчивается слепозамкнутым расширением. От желудка отходят протоки пищеварительной железы, которая занимает значительное пространство полости тела.