Содержание к диссертации
Введение
Обзор литературы 10
Параподии 10
Эволюция параподий. 12
Функции параподий. 13
Строение параподий.. 15
Щетинки 15
Волосовидные щетинки.. 17
Крючковидные щетинки.. 18
Сложные щетинки 20
Щетинковый мешок и ряды щетинок 21
Зоны роста щетинок 22
Хетогенез.. 23
Зоны выпадения щетинок 25
Смена щетинок в онтогенезе 25
Эпитокия 26
Смена щетинок при личиночном метаморфозе 26
Изменение щетинкового вооружения в течение жизни 26
Смена щетинок при регенерации 27
Регенерация и изучение и смены щетинок у полихет 27
Выводы из обзора литературы 31
Материал и методы 34
Изменение щетинкового вооружения параподий у полихет в течение жизни 34
Экспериментальное изучение выпадения щетинок при регенерации у полихет семейства
Sabellidae 35
Экспериментальное исследование регенерации у A. mediterranea 36
Регенерация A. mediterranea.. 37
Экспериментальное исследование регенерации у F. baltica 37
Регенерация F. baltica 38
Экспериментальное исследование регенерации у P.reniformis 38
Биология P. reniformis 39
Регенерация P. reniformis 39
Исследования строения щетинковых мешков у полихет разных видов 41
Результаты 43
Изменение щетинкового вооружения параподий у полихет в течение жизни 43
Изменение щетинкового вооружения параподий у Maldanidae 43
Axiothella catenata 43
Maldane sarsi 43
Praxillella praetermissa. 44
Изменение щетинкового вооружения параподий у Oweniidae 44
Galatowenia oculeata 44
Owenia fusiformis 44
Изменение щетинкового вооружения параподий у Ampharetidae 45
Samythella elongata 45
Изменение щетинкового вооружения параподий у Terebellidae 45
Nicolea zostericola 46
Изменение щетинкового вооружения параподий у Sabellidae 47
Amphiglena mediterranea 47
Branchiomma bombyx 47
Chone infundibuliformis 48
Fabriciola baltica 48
Pseudopotamilla reniformis 49
Изменение щетинкового вооружения параподий у Serpulidae 50
Chitinopoma serrula 50
Экспериментальное изучение выпадения щетинок при регенерации у полихет семейства
Sabellidae 52
Экспериментальное изучение выпадения щетинок при регенерации у A.mediterranea 52
Биология А. mediterranea 52
Регенерация А. mediterranea.. 52
Биология F. baltica 53
Регенерация F. baltica 53
Биология P. reniformis 54
Поселения 54
Половое размножение 56
Бесполое размножение.. 56
Регенерация P. reniformis 57
Регенерация жаберного венчика и ларвальных сегментов (эпиморфоз) 58
Регенерация ресничного желобка (эпиморфоз) 59
Регенерация пигидия и заднего конца тела (эпиморфоз) 60
Строение щетинковых мешков P. reniformis 60
Выпадение щетинок 62
Регенерация торакальной параподии (морфаллаксис) 62
Регенерация во время бесполого размножения 65
Перемещение щетинок 67
Строение щетинковых мешков у полихет разных видов 68
Строение щетинковых мешков у Maldanidae 68
A. catenata 68
P. praetermissa 69
Строение щетинковых мешков Oweniidae 69
G. oculeata. 69
Строение щетинковых мешков Terebellidae 70
N. zostericola 70
Обсуждение 71
Изменение щетинкового вооружения параподий полихет в течение жизни 71
Экспериментальное изучение выпадения щетинок при регенерации у полихет семейства
Sabellidae 74
Биология P. reniformis 74
Выпадение щетинок 77
Перемещение щетинок 79
Строение щетинковых мешков у полихет разных видов 81
Медленная и быстрая смена щетинок 81
Заключение 83
Выводы 86
Список цитированной литературы 88
- Строение параподий..
- Экспериментальное исследование регенерации у A. mediterranea
- Изменение щетинкового вооружения параподий у Oweniidae
- Регенерация торакальной параподии (морфаллаксис)
Введение к работе
Актуальность исследования. Многощетинковые черви – древняя, эволюционно успешная группа, имеющая огромное филогенетическое и историческое значение. Щетинки, сериальные кутикулярные образования, дающие название всему обширному классу этих замечательных животных, являются одной из самых ярких и характерных их особенностей. В течение жизни щетинковое вооружение у червя может смениться несколько раз. Смена щетинок происходит во время ларвального метаморфоза, когда личиночные щетинки выпадают и заменяются дефинитивными (Eckelbarger, 1975; Gibson and Smith, 2004; Pernet and McArthur, 2006; Smart and Dassow, 2009; Budaeva and Fauchald, 2010), а дефинитивные щетинки могут сменяться при половом размножении, замещаясь плавательными эпитокными (Rouse and Pleijel, 2001; Shroeder, 1967), при морфаллактической регенерации (Berrill, 1977, 1978). Также щетинки могут медленно сменяться в течение всей жизни червя с ростом животного, замещаясь на все более и более крупные, или на щетинки другого типа (Цетлин, 1990; Pilgrim, 1977; Bhaud, 1988; Duchene and Bhaud, 1988; Hausen and Bartolomaeus, 1998). В настоящее время не существует достоверных сведений о том, каким образом сменяются щетинки в каждом из этих случаев, и до сих пор данные о развитии щетинкового аппарата у полихет в течение жизни фрагментарны и разрозненны (Pilgrim, 1977; Duchene and Bhaud, 1988; Meyer and Bartolomaeus, 1996; Schweigkofler and Bartolomaeus, 1998). Гистологические и ультраструктурные исследования этого процесса необходимы для понимания морфологического разнообразия и путей эволюции беспозвоночных.
Цель и задачи исследования. Цель работы - исследование процесса образования и изменения щетинкового аппарата у полихет в течение жизни. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
-
Исследовать, как в течение жизни изменяется щетинковое вооружение параподий у полихет семейств Maldanidae, Oweniidae, Ampharetidae, Terebellidae, Sabellidae, Serpulidae.
-
Выбрать модельный объект для экспериментального исследования выпадения щетинок, изучить его биологию и, исходя из полученных данных, разработать методику работы с ним.
-
Исследовать на гистологическом и ультраструктурном уровнях процесс смены щетинок у модельного объекта при искусственно индуцированной регенерации.
Сравнить, как выпадают щетинки у модельного объекта при естественной регенерации после бесполого размножения и с данными по смене щетинок у полихет других видов, полученными из литературы.
-
На модельном объекте исследовать, сколько дней растет и сколько дней деградирует щетинка перед выпадением из щетинкового мешка. Изучить траекторию перемещения щетинки из зоны роста в зону выпадения.
-
Основываясь на результатах экспериментальных исследований, попытаться обнаружить функционирующие зоны выпадения у полихет с разными типами расположения зон роста и предполагаемых зон выпадения (представители семейств Maldanidae, Oweniidae, Ampharetidae, Terebellidae, Sabellidae, Serpulidae).
Научная новизна полученных результатов. Впервые подробно исследовано и описано массовое и регулярное бесполое размножение широко распространенного в Арктике вида Pseudopotamilla reniformis (Mller, 1777), Sabellidae. Разработана методика экспериментального изучения регенерации у P. reniformis, позволяющая использовать ее как модельный объект и исследовать восстановление различных тканей и систем у аннелид (эпиморфоз и морфаллаксис). Впервые детально описаны на гистологическом и ультраструктурном уровнях клеточные процессы, происходящие в фолликулах выпадающих щетинок полихет, и выявлены универсальные гистологические признаки, позволяющие оценивать интенсивность смены щетинок у червей в разные периоды их жизни.
Теоретическая и практическая значимость работы. Описание процесса трансформации щетинкового аппарата полихет в течение жизни важно для понимания границ морфологического разнообразия и эволюции аннелид. Результаты исследования могут быть использованы в лекционных курсах по зоологии и сравнительной анатомии, сравнительной гистологии и биологии развития беспозвоночных.
Апробация результатов работы. Результаты работы были представлены на двух международных конференциях по полихетам в 2010 и 2013 годах, на международном конгрессе по морфологии беспозвоночных в 2011, ХI всероссийской конференции «Проблемы изучения, рационального использования и охраны природных ресурсов Белого моря» в 2010 году и на заседании кафедры зоологии беспозвоночных.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, пяти глав «Обзор литературы», «Материал и методы», «Результаты», «Обсуждение», «Заключение», Выводов и Списка цитированной литературы, включающего 110 источников. Текст диссертации изложен на 81 странице, приложение содержит 57 рисунков и 8 таблиц.
Строение параподий..
По своему положению щетинки бывают внутренними и внешними (Ушаков, 1955; Жирков, 2001; Rouse and Pleijel, 2001). Внутренние щетинки не выходят на поверхность тела, и представлены ацикулами и дополнительными внутриэпителиальными щетинками (Ушаков, 1955; Жирков, 2001; Fauchald, 1977; Knight-Jones, 1981; Fitzhugh, 1989; Rouse and Pleijel, 2001). Ацикулы встречаются практически во всех семействах бродячих полихет, это крупные толстые шиловидные щетинки, поддерживающие ветви параподии изнутри, в зависимости от степени развития ното- и невроподии, ацикул бывает одна или две (Ушаков, 1955; Fauchald, 1977; Rouse and Pleijel, 2001). У пелагических Tomopteridae в первом сегменте есть две гигантские ацикулы, по своей превосходящие длину тела червя, помогающие червям плавать в толще воды (Ушаков, 1955; Жирков, 2001; Fauchald, 1977; Rouse and Pleijel, 2001). Дополнительные внутриэпителиальные щетинки имеются у некоторых представителей семейства Sabellidae, они очень малы и располагаются внутри ткани параподии между обычными внешними щетинками (Fauchald, 1977; Knight-Jones, 1981; Fitzhugh, 1989; Bartolomaeus, 2002).
Внешние щетинки выходят на поверхность тела, и широко используются для определения червей, как один из основных признаков (Ушаков, 1955; Жирков, 2001; Fauchald, 1977; Rouse and Pleijel, 2001; Merz and Woodin, 2006). Как правило, у видов с гомономной сегментацией тела щетинковый аппарат параподий представлен одним-двумя типами щетинок, одинаковым на протяжении всего туловища, тогда как у видов с гетерономной сегментацией в разных отделах тела щетинки могут меняться, и, таким образом, у одного червя можно видеть четыре-пять типов щетинок (Ушаков, 1955; Жирков, 2001; Fauchald, 1977; Rouse and Pleijel, 2001).
По общему плану строения щетинки подразделяются на простые, сложные и псевдосложные (Ушаков, 1955; Жирков, 2001; Fauchald, 1977; Rouse and Pleijel, 2001; Merz and Woodin, 2006). В простых щетинках головка является непосредственным продолжением рукоятки, тогда как в сложных щетинках головка и рукоятка соединяются между собой кутикулярной связкой (Ушаков, 1955; Жирков, 2001; Rouse and Pleijel, 2001, Merz and Woodin, 2006). В псевдосложных щетинках сочленение ложное, то есть головка и рукоятка не полностью отделены друг от друга (Ушаков, 1955; Жирков, 2001; Rouse and Pleijel, 2001, Merz and Woodin, 2006).
По морфологическим признакам щетинки обычно разделяют на волосовидные (капиллярные) и крючковидные, однако, как неоднократно отмечалось многими исследователями, такое разделение не совсем удачно, так как некоторые щетинки можно отнести и к первой и ко второй группе (Ушаков, 1955; Жирков, 2001; Rouse and Pleijel, 2001, Merz and Woodin, 2006). Кроме того, на протяжении двух столетий зоологи могли давать одним и тем же типам щетинок разные имена, поэтому четкой терминологии в названиях щетинок нет (Merz and Woodin, 2006).
Волосовидные щетинки. Согласно наиболее широко используемой в настоящее время щетинковой классификации (Merz and Woodin, 2006), волосовидные – простые щетинки, используемые червями для всех функций, кроме заякоривания. По форме самыми примитивными из них являются волосовидные неокаймленные, постепенно заостряющиеся к дистальному концу (Ушаков, 1955; Жирков, 2001, Merz and Woodin, 2006). Особый тип таких сильно утолщенных щетинок можно видеть в передних видоизмененных параподиях (опахалах, или паленах) Flabelligeridae, Ampharetidae, Pectinariidae и Sabellariidae, с помощью которых черви роют грунт или закупоривают вход в свою трубку (Ушаков, 1955; Жирков, 2001).
Все прочие волосовидные щетинки весьма разнообразны по своей внешней морфологии; они могут оканчиваться широкой кисточкой (Eunicidae), нести на своем дистальном конце утолщения, лопасти и кили (Sabellidae), зазубрины (Polynoidae), опушение из маленьких волосков (Scalibregmidae), шипики (Acrocirridae, Orbiniidae), насечки (Serpulidae) и, в зависимости от этого, называются окаймленными (Lumbrineridae,Sabellidae), шпателевидными (Sabellidae), лировидными (Orbiniidae), гарпуновидными (Polynoidae), копьевидными (Chaetopteridae), чешуевидными многокамерными (Chrysopetalidae) (рис) (Ушаков, 1955; Жирков, 2001; Rouse and Pleijel, 2001; Merz and Woodin, 2006). У Chaetopteridae, живущих в очень длинных трубках, есть специализированные щетинки грибовидной формы, с острыми краями, которыми черви разрезают свою трубку на части (рис) (Rouse and Pleijel, 2001). У Aphroditidae развиваются защитные щетинки, толстые и длинные, напоминающие иглы дикобраза (Ушаков, 1955; Жирков, 2001; Rouse and Pleijel, 2001; Merz and Woodin, 2006; Struck, 2011), а у Chrysopetalidae – уплощенные и широкие, подобные большим чешуям (Westheide and Watson Russell, 1992). В настоящее время принято считать, что основная роль волосовидных щетинок – локомоторная. Так, у полихет, которые бродят по дну, волосовидные щетинки удлиняют шаги, у активно плавающих увеличивают площадь гребной поверхности параподии (Mettam 1971; Merz and Woodin, 2006), а сидячие черви с помощью волосовидных щетинок ходят по трубкам и совершают перистальтические движения, аэрируя свое жилище (Berrill, 1977; Woodin et al. 2003, Merz and Woodin, 2006).
Стоит отметить, что исследование функций разных щетинок – чрезвычайно трудная задача, и большинство объяснений, для чего предназначены щетинки того или иного типа, носят гипотетический характер. Одни из немногих удобных объектов для изучения функций щетинок это сидячие черви из семейств Sabellidae и Maldanidae. Результаты наблюдений различных исследователей показали, что волосовидные щетинки сабеллид позволяют им фиксировать определенное положение тела в трубке во время питания -фильтрации пищевых частиц, а также быстро втягиваться в нее при опасности (Berrill, 1977) и совершать перистальтические движения, борясь с застаиванием воды (Berrill, 1977; Giangrande, 1991; Woodin et al. 2003). Группой американских исследователей была осуществлена сложная экспериментальная работа с мальданидой Clymenella torquata Leidy 1855, согласно результатам которой, у червей со сбритыми волосовидными щетинками, эффективность перистальтики падала на 40% (Woodin et al., 2003).
Другой важной функцией волосовидных щетинок, считается осязание. Волосовидные щетинки расположены почти на всех сегментах тела, что, скорее всего, позволяет пелагическим полихетам чувствовать колебания воды, а бентосным еще и ощупывать субстрат (Woodin et al. 2003). Исследования роли волосовидных щетинок в осязании у нескольких видов полихет, показали, что с помощью волосовидных щетинок черви могут воспринимать 8 типов колебаний (Merz and Woodin, 1991; Woodin et al. 2003).
Крючковидные щетинки. Крючковидные щетинки известны во всех основных семействах сидячих полихет, кроме Onuphidae (Rouse and Fauchald, 1997; Merz and Woodin, 2006). По своему строению это простые щетинки, и судя по всему, черви используют их для заякоривания внутри трубок или норок (Merz and Woodin, 2006).
Экспериментальное исследование регенерации у A. mediterranea
Биология А. mediterranea. А. mediterranea обитает на глубине 0-12 м, как правило, в нитчатых водорослях, к которым она прикрепляет свои тонкие полупрозрачные трубки. Червячки легко покидают трубки, переползают на другое место и строят новые. При перемещении А. mediterranea выделяет слизь, с помощью которой она прикрепляется к субстрату, чтобы ее не смыло течением. А. mediterranea – гермафродит, вынашивание яиц и развитие личинок происходит внутри трубки. Эмбрионы собраны в небольшие агрегации, в одной трубке может быть 1-2 агрегации, до 10 эмбрионов в каждой.
Регенерация А. mediterranea. В эксперименте по регенерации переднего отдела тела А. mediterranea было задействовано 48 червей; 36 червей из Ионического моря были рассажено в 12 чашек по 3 экземпляра, остальные 12 в 4 чашки по 4 экземпляра. Черви из Адриатического моря были рассажены в 3 чашки по 6 экземпляров. Для контроля 3 червячка из 3-х разных чашек (2 чашки с ионическими и 1 с адриатическими) были оставлены неповрежденными.
Передние концы регенерируют хуже, чем задние. Из 63 червей, разрезанных пополам, выжило 8 передних концов и 19 задних. Последние А. mediterranea из Ионического моря погибли на 5-й день эксперимента, черви из Адриатического моря показали большую выживаемость и дожили до 8-го дня регенерации. Вероятно, это обусловлено тем, что температура воды в месте обитания и сбора ионических червей, задействованных в эксперименте, составляла 16С, а адриатических – 20-22С, тем самым, черви из Адриатического моря могли легче переносить температуру холодной комнаты лаборатории, где находились чашки с регенерирующими животными (20С).
Из 18 адриатических червей были зафиксированы 15, из 48 ионических – 4 экземпляра. Регенерация переднего отдела тела у А. mediterranea осуществляется эпиморфозом, полного восстановления торакального отдела тела наблюдать не удалось из-за ограниченного времени наблюдений. У 5 экземпляров А. mediterranea из Адриатического моря на 7-ой день регенерации появились зачатки опахал жаберного венчика, на 8-ой день у одного червячка на опахалах начали развиваться радиолы. Экспериментальное изучение выпадения щетинок при регенерации у F. baltica
Биология F. baltica. F. baltica селится плотными поселениями на литорали, предпочитая места с течением. На заиленных участках черви выбирают в качестве субстрата большие камни, а в тех местах, где грунт промывается достаточно хорошо, селятся прямо на дне, обычно в понижениях микрорельефа. Трубочки F. baltica вертикально воткнуты в грунт приблизительно на три четверти своей длины. Во время прилива черви высовывают свои жаберные венчики, фильтруя пищевые частицы, а во время отлива прячутся. Если за время отлива микрорельеф изменился и стал непригодным для фильтрации, черви легко покидают свои трубочки и переползают на другое место. F. baltica ползает в толще грунта, на спине и хвостом вперед. В таком положении червячок может шагать длинными спинными волосовидными щетинками и смотреть вперед пигидиальными глазами, а жаберный венчик в сложенном состоянии волочится сзади, не мешая движению. Во время ходьбы, через каждые несколько шагов, червячки переворачиваются то на один, то на другой бок, по-видимому, чтобы равномерно распределить слизь вокруг своего тела. Новую трубку червь строит примерно за 5-10 минут, сначала он выделяет слизь и собирает на себя сразу много песчинок, которые окутывают его со всех сторон. Соединив эти песчинки между собой, червячок высовывает передний конец тела из трубки и начинает собирать и прикреплять подходящие для него песчинки с помощью своего воротничка и приротовых щупалец.
Размножение F. baltica происходит в конце лета (вторая половина июля-август). Самки достраивают к своим трубками одну или несколько выводковых камер, в которых из крупных оранжевых яиц, до 200 мкм в длину. Личинки развиваются в выводковых камерах, молодые червячки покидают материнские трубки уже с полным количеством сегментов.
Регенерация F. baltica. F. baltica были разрезаны на уровне середины торакса, у всех 28-ми образовавшихся таким способом червей раны затянулись приблизительно через 48 часов. Несколько червей (3 передних конца и 1 задний), находившихся при комнатной температуре, погибли через неделю. Остальные продолжали ползать по чашке Петри, строя трубочки, но не восстанавливая ни торакальный отдел, ни заднюю часть тела в течение 25 дней. На 26-й день эти черви были выпущены обратно на литораль.
Экспериментальное изучение выпадения щетинок при регенерации у P. reniformis Биология P. reniformis. P. reniformis проводит в трубке всю свою жизнь, за исключением личиночной стадии. Извлеченные из трубок взрослые черви не могут построить себе новую трубочку и не способны ползать. Трубки P. reniformis прочные, кожистые, органические, инкрустированы мелким песком и детритом, замкнуты с заднего конца, и, как правило, в 2-3 раза длиннее живущего в ней червя. Почти всегда трубку можно визуально разделить на две части: горизонтальную (заднюю) и вертикальную (переднюю). Горизонтальная часть (обычно 2/3 длины) стелющаяся по субстрату, плотная, часто полупрозрачная, иногда ломкая. Горизонтальные части трубочек червей в колонии могут слипаться друг с другом, переплетаться, и прирастать к субстрату настолько прочно, что зачастую невозможно не разорвав, отделить их от камня. Вертикальная часть свободна, она непрозрачна из-за включений мелкого песка и детрита, эластичная и гибкая, рвется труднее, чем горизонтальная часть трубочки. Самый кончик трубочки (ее последние 1-1,5 см) тонкий и мягкий, и, когда червь резко втягивается в трубку, схлопывается и закручивается.
Поселения. Черви живут плотными поселениями на камнях или скалах, причем камни, используемые червями, как субстрат, могут быть как совсем маленькими, чуть больше спичечного коробка, так и достаточно большими (до 3х1,5х1м в длину, ширину и высоту). По нашим наблюдениям, минимальная площадь поселения червей составляет 0,00025 м2 а максимальная не превышает 3 м2, даже если размер камня позволяет колонии распространяться дальше.
В колониях трубки расположены так, что расстояние между жаберными венчиками червей оказывается не менее 1,5 см, но основания их соединяются и переплетаются между собой (рис. 27). Реже трубки могут срастаться по всей длине (при этом полости их не сливаются, и каждый червь остается изолированным). У взрослых червей такое полное срастание встречается редко (приблизительно 1 экземпляр из 70), молодые особи строят тонкие полупрозрачные трубочки, целиком прирастающие к стенке трубки взрослого животного. С ростом и развитием маленький червь удлиняет свою трубочку, и она отходит от трубки взрослого червя, соединяясь с нею только в проксимальной части. В некоторых случаях трубки могут поникать под весом новых трубок молодых червей и стелиться по субстрату большей своей частью, или вообще не касаться его и крепиться к трубочкам червей нижнего яруса. Верхняя часть трубочки вертикальная, и, как правило, остается свободной и не срастается с трубочками других червей (рис. 27).
В колонии можно выделить три яруса: нижний, средний и верхний (рис. 27). Нижний ярус представляет собой переплетение базальных частей трубок (рис. 27). Средний ярус образован вертикальными частями трубок, в этой зоне трубки сильно обрастают губками, Haliychondria panicea (Pallas 1766), H. sitiens (Schmidt 1870), Leucosolenia complicata (Montagu 1812), гидроидами Hydrallmania falcata (Linnaeus 1758), Abietinaria abietina (Linnaeus 1758), двустворчатыми моллюсками Musculus laevigatus (Gray 1824), M. discors (Linnaeus 1767) и асцидиями Boltenia echinata (Linnaeus 1767), Halocynhtia pyriformis (Rathke 1806), Styela rustica (Linnaeus 1767) и Molgula griffithsii (MacLeay 1825) (рис. 27). Этот ярус может быть выражен сильнее или слабее в зависимости от условий на участке дна, на котором находится колония. Наиболее ярко ярус обрастателей выражен в больших колониях, располагающихся на валунах в местах с сильным течением (м. Крест), а на склонах с гравийным грунтом и относительно небольшой скоростью течения (о. Кокоиха) можно обнаружить маленькие колонии по 5-10 червей, совсем лишенные яруса обрастателей. Верхний ярус также имеется не всегда, он представляет собой дистальные концы трубочек, свободные от обрастаний. В верхнем ярусе на трубки взрослых червей часто оседают личинки (рис. 27).
Изменение щетинкового вооружения параподий у Oweniidae
A. catenata. У A. catenata в нотоподии имеется небольшой подиальный бугорок, который несет два ряда простых волосовидных щетинок, верхний (ближе к спинной стороне тела) и нижний (ближе к брюшной). Нотоподиальные щетинки очень длинные, по своей длине они могут достигать диаметра всего сегмента тела животного, но над поверхностью видны приблизительно наполовину. Щетинковые мешки нотоподий глубокие, сильно вдающиеся в стенку тела. Ряды щетинок находятся под углом один относительно другого, так, что основания рядов расходятся, а ближе к поверхности параподии щетинки постепенно сближаются, из-за этого мешок имеет форму рукавицы; в основной его части располагается более длинный верхний ряд щетинок, а в аппендиксе нижний, более короткий.
Клетки щетинкового мешка светлые, крупные, с маленькими ядрами, в цитоплазме видна развитая система промежуточных филаментов. Зоны роста обоих рядов волосовидных щетинок вентральные. Признаков деградации фолликулярных клеток щетинок в предполагаемой зоне выпадения обнаружено не было. Мускулатура мешка сложная, состоит из длинных пучков мышц, приводящих в движение огромные щетинки червя. Невроподия представлена большим мускульным валиком с одним рядом бородатых крючковидных щетинок. Крючковидные щетинки в ряду располагаются на большом расстоянии друг от друга. Фолликулярные клетки и все клетки мешка сильно вакуолизированы, система промежуточных филаментов внутри щетинкового мешка развита не очень сильно. Зона роста находится в углублении на вентральном конце щетинкового мешка. На полутонких срезах через зону роста можно видеть головки развивающихся щетинок. Проваливающиеся в целомическую полость щетинки и деградирующие фолликулярные клетки на противоположном конце ряда в предполагаемой зоне выпадения обнаружены не были. Фолликулярные клетки самой последней щетинки в ряду не отличаются от фолликулярных клеток более молодых щетинок. Снаружи щетинковый мешок окружен мощной мускулатурой. P. praetermissa. Параподии P. praetermissa очень похожи на параподии A. catenata. В нотоподии небольшой бугорок, несущий два ряда очень длинных простых волосовидных щетинок. Щетинковый мешок рукавицеобразный, клетки щетинкового мешка очень крупные, светлые, кажутся пустыми. Ядра фолликулярных клеток маленькие. Зоны роста обоих рядов волосовидных щетинок вентральные (рис. 52).
В невроподии имеется большой мускульный валик, несущий один ряд крупных редко расположенных бородатых крючковидных щетинок. Фолликулярные клетки щетинок большие и светлоокрашенные, система промежуточных филаментов внутри фолликулярных клеток развита незначительно. Зона роста находится в углублении, на вентральном конце щетинкового мешка, заполнена темноокрашенными клетками, среди которых видны развивающиеся щетинки (рис. 52). На противоположном конце щетинкового мешка зона выпадения не обнаружена.
Строение щетинковых мешков Oweniidae G. oculeata. У G. оculeata маленькие нотоподии, подиальные бугорки в них практически не развиты и несут два параллельных ряда длинных перистых волосовидных щетинок. Щетинковый мешок глубокий, клетки мешка очень крупные, светлые, кажутся пустыми. Зоны роста обоих рядов вентральные.
Невроподии начинаются с 4-го сегмента тела, в них имеется небольшой подиальный валик, тянущийся от нотоподии почти до средней линии брюшной стороны тела, и покрытый рядами мелких крючковидных щетинок (рис. 11, 12). Эти ряды внешне не всегда хорошо отделяются один от другого, особенно в задних сегментах. Лучше всего ряды прослеживаются у взрослых червей в средних сегментах туловища (рис. 11).
Снаружи невроподиальный щетинковый мешок G. оculeata окружен развитой мускулатурой (рис. 53, 54, 55). На полутонких срезах видны большие светлые фолликулярные клетки крючковидных щетинок с крупными ядрами. Внутри мешка имеется характерная система промежуточных филаментов, образующих мощные тяжи, которые располагаются приблизительно на высоте середины щетинкового мешка, и разделяют щетинковые ряды между собой (рис. 53, 54, 55А). Вдоль заднего края щетинкового мешка располагаются зоны роста многочисленных рядов щетинок, в них находятся скопления темных клеток с крупными ядрами и развивающиеся крючковидные щетинки. На противоположном краю щетинкового мешка, в предполагаемой зоне выпадения, фолликулярные клетки выглядят так же, так же, как и фолликулярные клетки во всем остальном щетинковом мешке (рис. 55Б, В). Обнаружить выпадающие щетинки в предполагаемой зоне выпадения не удалось.
Строение щетинковых мешков Terebellidae
N. zostericola. В торакальной невроподии 4-7 сегментов N. zostericola имеется подиальный валик; щетинковый мешок окружен развитой мускулатурой и несет один длинный ряд очень тесно расположенных авикулярных крючковидных щетинок. Клетки щетинкового мешка кажутся темными из-за большого количества промежуточных филаментов. Фолликулярные клетки, в отличие от сопутствующих эпителиальных, сильно вакуолизированы (рис. 56).
Невроподиальный щетинковый мешок длинный и неглубокий, зона роста крючковидных щетинок располагается в углублении на дорсальном краю щетинкового мешка (рис. 56). На противоположном вентральном краю щетинкового мешка выпадающих щетинок нами обнаружено не было. Дорсальный и вентральный края щетинкового мешка прикрыты сверху эпителиальными складками, и, таким образом, самые старые и самые молодые щетинки не видны на поверхности тела червя (рис. 56).
Щетинковые мешки торакальных невроподий 8-15 устроены сходным образом, за исключением того, что они содержат в себе два ряда щетинок и две зоны роста. Зон выпадения с деградирующими щетинками, так же, как и в одиночных рядах, обнаружить не удалось. Обсуждение
Изменение щетинкового вооружения параподий полихет в течение жизни
Одной из главных задач настоящего исследования было выяснение закономерностей изменения щетинкового вооружения параподий у полихет в течение жизни. Полученные результаты показали, что у большинства изученных нами видов полихет щетинки из одного ряда, появившиеся в параподии на разных жизненных стадиях червя, различаются между собой по величине. Пока червячок маленький, щетинки в его параподиях мелкие, а с возрастом и увеличением размеров тела в его параподиях из зоны роста появляются все более и более крупные щетинки. То же самое происходит и у взрослых червей в параподиях новых сегментов, недавно образовавшихся из предпигидиальной бластемы, и еще не достигших своих окончательных размеров. В результате, у взрослого червя можно видеть, что щетинки в рядах постепенно увеличиваются от одного конца ряда к другому. Исключение составляют представители семейства Maldanidae разных возрастов, у которых закономерностей в изменениях размера и формы щетинок с возрастом обнаружено не было; с ростом червя щетинок в ряду становится больше, а их размер может увеличиваться, уменьшаться или оставаться прежним. Возможно, это объясняется недостаточным количеством исследованного материала.
В ходе эксперимента по регенерации Pseudopotamilla reniformis было установлено, что постепенное увеличение щетинок в ряду можно наблюдать в параподиях не только растущих червей, но и при развитии новой параподии во время регенерации. Когда в параподии регенерирующих P. reniformis появляется новый щетинковый мешок, зоны роста всегда сначала порождают мелкие щетинки, а с дальнейшим развитием щетинкового мешка, начинает формировать все более и более крупные. Увеличение щетинок продолжается до тех пор, пока их величина не достигнет величины нормальной взрослой щетинки, после этого размер продуцируемых зоной роста щетинок стабилизируется.
Регенерация торакальной параподии (морфаллаксис)
Каким образом у крупных полихет с длинными щетинковыми рядами щетинки двигаются из зоны роста в зону выпадения, ясно не до конца. В целом, если учитывать, что движение щетинок – очень медленный процесс, то оно представляется возможным благодаря двум обстоятельствам. Во-первых, все щетинки в ното- или в невроподии находятся в общем щетинковом мешке, между щетинками нет эпителиальной базальной мембраны. Во-вторых, щетинки обязательно организованы в ряды, и каждый ряд имеет свою собственную зону роста на одном конце. Исключение из этого правила составляют Spiochaetopterus costarum (Claparde, 1869) (Сhaetopteridае) и Magelona alleni Wilson, 1958 (Magelonidae), у которых нет четко оформленных зон роста, и новые щетинки в ряду у которых могут формироваться где угодно. Возможно, отсутствие ясно выраженной зоны роста отражает предковое состояние, потому как другие представители семейства Magelonidae, и их ближайшие родственники, Spionidae, имеют ясно выраженные зоны роста, локализованные на одном конце щетинкового ряда (Hausen, 2005). Единственная зона роста, расположенная на конце ряда, позволяет щетинкам двигаться в одном направлении внутри общего щетинкового мешка. Основными современными исследователями, изучающими хетогенез, было выдвинуто предположение, что такое движение щетинок обеспечивается постоянным изменением фолликулярных клеток и обычных клеток ткани мешка, непрерывно меняющих форму. Промежуточные филаменты и полудесмосомы распадаются и собираются вновь в другом месте, в результате таких перестроений фолликулы щетинок, подталкиваемые образующимися позади них новыми и новыми фолликулами, медленно ползут вдоль базальной мембраны, из зоны роста в зону выпадения (Bartolomaeus, 1996; Hausen, 2005; Bartolomaeus, 2011, личное сообщение).
Такое объяснение движения щетинок правомочно в рамках идеального щетинкового ряда, описываемого моделью Бартоломеуса и Хаусена, но, в конкретных случаях, в параподиях у живых червей, зачастую щетинки двигаются иначе. В частности, при формировании нового невроподиального щетинкового мешка у регенерирующей P. reniformis движение щетинок осуществляется не столько благодаря переползанию их фолликулярных клеток вдоль базальной мембраны, сколько росту самого щетинкового мешка. Зона роста остается на месте, в дорсальной части мешка, и производит новые щетинки, а сам мешок удлиняется в вентральном направлении, унося вместе с собой самые старые щетинки в ряду. Таким способом отдельная крючковидная щетинка длиной около 30 m может переместиться на расстояние до 400 m.
Очень вероятно, что таким же образом щетинки перемещаются у червей с длинными щетинковыми мешками и большим количеством щетинок в ряду, как, например, у крупных теребеллид и сабеллид. Скорее всего, щетинковые ряды, вместе со своим мешком, удлиняются в течение всей жизни червя, параллельно с увеличением диаметра сегментов его тела. В результате, никакого перемещения одной отдельной щетинки, относительно подстилающей ее фолликул базальной мембраны, не происходит, щетинка двигается прочь от зоны роста вместе со своим маленьким участком базальной мембраны, пока растет весь щетинковый мешок. Одновременно с этим щетинки могут выпадать из зоны выпадения.
Поскольку процесс выпадения щетинок очень медленный и щетинки вываливаются редко, мы предполагаем, что когда старая щетинка выпадает, пустота, оставшаяся на ее месте, быстро заполняется клетками ткани щетинкового мешка. Таким образом, щетинковый мешок за счет перестраивания этой части своих клеток способен поддерживать свою форму постоянной, и поэтому обнаружить на гистологических срезах признаки выпадения щетинок практически невозможно.
Строение щетинковых мешков у полихет разных видов Обнаружить выпадающие щетинки в предполагаемых зонах выпадения на срезах невроподий исследованных нами полихет не удалось. Возможных объяснений отсутствия зон выпадения на гистологических срезах можно предложить два. Первое объяснение заключается в следующем: если модель смены щетинок в рядах действительно описывает клеточные процессы, происходящие в щетинковом мешке, то зону выпадения так трудно обнаружить, потому что щетинки выпадают очень редко, а сам процесс умирания щетинки происходит очень быстро, за 4-5 суток.
Второе объяснение предполагает, что зон выпадения не существует. Возможно, у видов, в параподиях у которых очень маленькое количество щетинок, или у тех видов, срок жизни у которых невелик щетинковые ряды действительно удлиняются в течение всей жизни, а зона роста работает очень медленно.
Медленная и быстрая смена щетинок
Смена щетинок у полихет может быть двух типов: быстрой и медленной. Клеточные процессы в фолликулах выпадающих щетинок при обеих этих сменах одинаковы, но при быстрой смене щетинок происходит редукция щетинкового мешка, выпадение всех щетинок, а затем формирование нового мешка с новыми ростовыми зонами, которые породят щетинки другого типа. Обычно это связано с перестройкой целых сегментов в тех случаях, когда червь за короткий срок вынужден реорганизовать большой участок тела. Быстрая смена происходит на таких важных этапах онтогенеза, как ларвальный метаморфоз, эпитокия (превращение атокного сегмента в эпитокный) и в случае регенерации (превращении абдоминального сегмента в торакальный). Важно отметить, что во всех этих случаях не задействована зона выпадения (щетинки и их фолликулярные клетки деградируют на протяжении всего щетинкового мешка). Медленная смена щетинок не связана со значительными перестройками сегментов, уменьшающими жизнеспособность червя на время реорганизации и щетинковый мешок при медленной смене не редуцируется. Такая смена щетинок осуществляется через зону выпадения, и происходит постепенно, например, с возрастом.
