ОНТОГЕНЕЗ, 2008, том 39, № 5, с. 390-398
== ХРОНИКА
УДК 591
ИССЛЕДОВАНИЯ ПО БИОЛОГИИ РАЗВИТИЯ В ИНСТИТУТЕ
БИОЛОГИИ МОРЯ ДВО РАН
Институт биологии моря ДВО РАН (ИБМ) был создан для организации масштабных фундаментальных исследований морской биоты Японского моря и Северной Пацифики. Одним из генеральных направлений исследований в ИБМ сразу стало исследование размножения и развития морских организмов. В настоящее время работы в области эмбриологии, биологии развития и размножения морских организмов ведутся в специально для этого созданной лаборатории эмбриологии, а также в ряде других лабораторий Института. Мы можем только кратко обрисовать весь спектр исследований последних лет. Коллегам, интересующимся более полной информацией, предлагается список.
Лаборатория эмбриологии (зав. В.В. Юшин) основана В.Л. Касьяновым в 1973 г., позже ее основатель стал директором ИБМ, академиком РАН и возглавлял научную школу морских биологов "Биология размножения и развития морских организмов", неоднократно поддержанную грантами РФФИ и Федерального агентства по науке и инновациям. В.Л. Касьянов, трагически погибший 1 октября 2005 г., организовал лабораторию и научную школу таким образом, чтобы
каждый сотрудник становился самостоятельной творческой личностью, представляющей то или иное направление исследований. После более чем 30 лет развития для коллектива научной школы характерен широкий спектр исследований: разнообразие методов (гистологические, цитологические, ультраструктурные, цитохимические, имму-нохимические, молекулярно-биологические), объектов и районов работ в сочетании с широтой исследуемых проблем и регулярными семинарами позволяют видеть многообразие процессов размножения и развития морских организмов. Усилия концентрируются, с одной стороны, на анализе клеточных механизмов личиночного развития и метаморфоза не исследованных ранее групп организмов; с другой стороны - на стремлении выявить общие закономерности морфогенетических процессов с привлечением методов топологии, фрактальной геометрии, компьютерного анализа. Особое внимание уделяется захватывающему морфологическому разнообразию на всех исследуемых уровнях организации, наблюдаемому при анализе биологии размножения и развития морских организмов, что в мировой литературе до сих пор остается на втором плане.
Объектами исследований служит широкий круг водных организмов: водоросли, кишечнополостные, плоские черви, немертины, нематоды, полихеты, моллюски, ракообразные, иглокожие, полухордовые и хордовые животные. В 1970-х гг. в лаборатории была проведена масштабная работа по исследованию размножения массовых видов морских моллюсков и иглокожих Японского моря, результаты которой опубликованы в виде монографии (Касьянов и др., 1980). На следующем этапе с применением световой и сканирующей электронной микроскопии впервые было детально описано развитие и строение личинок 28 видов двустворчатых моллюсков, голотурий, морских ежей, морских звезд и офиур, даны определительные таблицы для идентификации личинок в планктоне. Эти исследования также были опубликованы в виде монографии (Касьянов и др., 1983), которая была переведена на английский язык и издана за рубежом (Kasyanov et я1., 1998). В монографии Касьянова (1989), также переведенной и изданной в США (Kasyanov, 2001), рассмотрены вопросы становления и дифференцировки пола, гаметогенеза и строения гамет, раннего развития двустворчатых моллюсков и иглокожих; описаны строение и адаптации к пелагическому существованию планктотрофных личинок; дан анализ размножения, плодовитости, описано оседание личинок и пополнение ими популяции; рассмотрены генетические аспекты репродуктивных стратегий, приуроченность планктотрофных стратегов к определенным районам обитания; приведена сравнительная характеристика планктотроф-ной и лецитотрофной стратегий.
Так Касьянов и его коллеги и ученики, работавшие в лаборатории эмбриологии, заложили базовые знания по размножению и развитию морских беспозвоночных Японского моря. В настоящее время основные направления работы сотрудников лаборатории охватывают феномены всего онтогенеза морских организмов. Исследуются стволовые клетки, половые детерминанты, гаметогенез, эмбриогенез, сравнительная эмбриология и эволюция онтогенезов морских организмов, личиночное развитие и метаморфоз, экология размножения и развития, фракталы, хаос и самоорганизация в морфогенезе организмов и их клеточных систем. Наиболее актуальные исследования механизмов морфогенеза в онтогенезе включают изучение стволовых клеток, половых детерминантов, половых и вспомогательных клеток гонад, цитодифференцировок в эмбриогенезе, нелинейных процессов и самоорганизации в биологических системах.
Стволовые клетки, половые детерминанты, гаметогенез, половые и вспомогательные клетки. С использованием методов световой и электронной микроскопии, цитохимии и молекулярной биологии, а также культивирования клеток и тка-
ней были изучены беспозвоночные животные с бесполым размножением и постоянной самоподдерживающейся линией тотипотентных (по крайней мере, мультипотентных) стволовых клеток: паразитические корнеголовые ракообразные (Crustacea: Cirripedia: Rhizocephala), планария Duge-sia tigrina (Turbellaria), колониальный гидроид Obe-lia longissima (Cnidaria), а также (в качестве "эталона") культивируемые эмбриональные стволовые клетки мыши (Isaeva et al., 2001, 2004, 2005; Исаева и др., 2003; Shukalyuk et al., 2005).
Впервые прослежен процесс уникального для членистоногих бесполого размножения у представителей корнеголовых ракообразных. Показано, что процесс бесполого размножения (бла-стогенеза) у исследованных видов колониальных корнеголовых ракообразных на паразитической стадии жизненного цикла осуществляется путем почкования эпителиального трубковидного столона. Впервые найдены стволовые тотипотент-ные клетки в столонах колониальной интерны и в ранних зачатках экстерн корнеголовых на паразитической стадии жизненного цикла. Недифференцированные стволовые клетки принимают участие в морфогенезе ранних почек интерны, а позже мигрируют в развивающийся яичник экстерны в качестве первичных половых клеток. Стволовые клетки изученных животных выделяются также селективной экспрессией активности щелочной фосфатазы и ядерного антигена проли-ферирующих клеток (PCNA) - маркеров эмбриональных стволовых клеток позвоночных животных - и характеризуются присутствием типичных для зародышевой (половой) плазмы терминальных тел сходной ультраструктурной морфологии. Реакция выявления активности щелочной фосфатазы, используемая для идентификации эмбриональных стволовых и первичных половых клеток позвоночных животных, впервые применена в качестве цитохимического маркера стволовых клеток беспозвоночных, что открывает возможность ее использования в качестве универсального и достаточно специфичного маркера стволовых клеток беспозвоночных животных (Исаева и др., 2003;. Shukalyuk et al., 2005).
Полученные данные - первое свидетельство общности исследованных функциональных характеристик эмбриональных стволовых клеток позвоночных и беспозвоночных животных столь отдаленных таксонов, как млекопитающие, ракообразные и книдарии (Исаева и др., 2007). Таким образом, выявлен эволюционный консерватизм морфофункциональной организации тотипотент-ных (мультипотентных) стволовых клеток представителей нескольких таксонов животного мира, что согласуется с молекулярно-биологически-ми данными зарубежных исследователей. Эти результаты вносят также вклад в концепцию эволюционного консерватизма механизмов, поддер-
живающих структурную организацию и функциональную активность детерминантов зародышевой плазмы в линии эмбриональных стволовых и половых клеток.
На материале оогониальных клеток планарий, иглокожих и рыб впервые получены морфологические доказательства участия митохондрий в биогенезе терминальных тел зародышевой (половой) плазмы. Ультраструктурные данные свидетельствуют о преобразовании матрикса митохондрий с кристами внутренней мембраны в специфический гранулярно-фибриллярный материал герминаль-ных тел морского ежа, трепанга и камбалы (Reunov et ¿1., 2000; Реунов и др., 2004а, 2005; Александрова, 2006).
Было исследовано взаимодействие половых детерминантов с митохондриями в необластах (тотипотентных стволовых клетках) планарий Dugesia tigrina бесполой расы, а также в гениальных клетках при спонтанной сексуализации пла-нарии этой бесполой расы (Isaeva et ¿1., 2005). Найдены характерные для турбеллярий детерминанты зародышевой (половой) плазмы, называемые хроматоидными телами. Обнаружено разрушение наружной мембраны митохондрий, контактирующих с хроматоидными телами половой плазмы в гениальных клетках, выход материала митохондриального матрикса в цитоплазму и его интеграция с материалом хроматоидных тел, подобно тому, что ранее было найдено в гениальных клетках иглокожих и позвоночных.
Полученные результаты согласуются с другими молекулярно-биологическими данными о присутствии в герминальных гранулах зародышевой плазмы молекул митохондриального происхождения, а также позволяют и выявить механизм транспорта митохондриальных производных в гранулы половой плазмы. Кроме того, эти результаты подтверждают гипотезу (Исаева, Реунов, 2001) об участии митохондрий в биогенезе зародышевых детерминантов и присутствии в зародышевой плазме структур митохондриального происхождения, которые совместно с продуктами ядерного генома обеспечивают воспроизведение и функционирование макромолекулярного комплекса детерминантов стволовых клеток и клеток половой линии. Предполагается, что выход митохондриального матрикса в цитоплазму служит механизмом освобождения и транспорта ри-босомной РНК и других продуктов митохондриального генома с последующей интеграцией в состав зародышевых детерминантов половой плазмы (Reunov et ¿1., 2000; Исаева, Реунов, 2001; Реунов и др., 2004а, 2005; Reunov, 2004; Isaeva et ¿1., 2005).
Результаты сравнительного изучения гамето-генеза, морфологии гамет, процессов оплодотворения и ранних этапов развития зиготы у многоклеточных животных показали, что общий план
строения
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.