ОНТОГЕНЕЗ, 2004, том 35, № 4, с. 285-290
= РЕГЕНЕРАЦИЯ
УДК 591.746:591.3:611-013
МОРФОГЕНЕЗ У ПЛАНАРИЙ Dugesia tigrina1
© 2004 г. И. М. Шеймаи, Н. Д. Крещенко, 3. В. Седельников*, А. В. Грозный
Институт биофизики клетки РАН *Пущинский государственный университет 142290 Пущино, Московская обл. e-mail: sheiman@icb.psn.ru Поступила в редакцию 21.05.03 г. Окончательный вариант 03.02.04 г.
Проводили компьютерную морфометрию регенерантов планарий Dugesia tigrina. Анализу подвергали рост бластемы у фрагментов планарий после их деления и после поперечной перерезки на разных уровнях тела. Бластема на хвостовых фрагментах росла интенсивнее, чем на головных и тем быстрее, чем ближе к головному концу была сделана перерезка. После деления планарий бластема росла медленнее, чем после перерезки в зоне деления. Рост смежных бластем, образованных по обе стороны после деления или после перерезки, происходил с разной интенсивностью в зависимости от новой полярности тела.
Ключевые слова: планарии, деление, регенерация, морфогенез, морфометрия.
Процесс регенерации таит в себе множество загадок. Испытанный объект его исследования, благодаря их огромной морфогенетической пластичности, - планарии. Некоторые виды планарий, размножающиеся бесполым путем, способны как к естественной (после деления), так и к искусственной (вызванной оперативно) регенерации. Некоторые закономерности регенерации планарий были изучены в начале XX столетия Морганом (Morgan, 1901) и Чайл-дом (Child, 1941).
Изучение восстановительного морфогенеза у делящихся планарий может способствовать пониманию регенерации, вызванной повреждением их тела. Предпринят сравнительный анализ регенерации после деления планарий и после перерезок тела на разных его уровнях. Для изучения был выбран начальный этап регенерации - формирование и рост бластемы.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Объект. В работе использована лабораторная раса планарий Dugesia tigrina (Girardi), культура которой содержится в Институте биофизики клетки десятки лет при постоянных условиях. В аквариумах вода заменяется два раза в год, температура составляет 19-21°C. Кормом служат дождевые черви и мотыль. Стеллажи, на которых расположены сосуды с планариями, в том числе и с экспериментальными во время
1 Работа поддержана INTAS (проект < 96-1365).
опытов, завешены темной тканью. Для опытов отбирали червей длиной 12-13 мм с острым хвостовым концом.
Операции. Перерезки проводили под бинокулярным микроскопом при помощи глазного скальпеля. Планарий на фильтровальной бумаге клали на ледяную поверхность в чашки Петри для частичного обездвижения. После перерезки образовывались разные части тела, которые обозначены как фрагменты: передние (головные), предглоточные, заглоточные и задние (хвостовые), в зависимости от места перерезки. Образующиеся бластемы, из которых формировался передний конец, соответственно обозначали как головные, а бластемы, из которых формировался задний конец, как хвостовые. Поделившихся планарий отбирали по утрам после ночного деления.
Морфометрия. Для изучения роста бластемы был применен морфометрический метод. Была собрана установка и разработана техника для ввода изображения планарий в компьютер, дающая возможность измерения площади бластемы у регенерантов. При выборе видеокамеры существовали определенные трудности. Во-первых, планарии плохо контрастируют с фоном в водной среде и, во-вторых, реагируют на резкое изменение освещенности. Была выбрана камера WAT-502A С^а1ес", Япония), способная работать при малой освещенности и обладающая высокой чувствительностью. Она снабжена резьбой, позволяющей изготовить специальный переходник для монтирования на окуляр бинокулярного микро-
286
ШЕЙМАН и др.
х 102
14 12 - а j . - - ° . '"'
10 - . - *
8 _ '' 2
6 - -
4 2 " а' 1 1 1 1 1
1 2 3 4 5 6
1 2
Рис. 1. Рост бластем у фрагментов поделившихся пла-нарий: а - динамика роста площади бластем; б - фрагменты планарий.
1 - задний фрагмент и головная бластема; 2 - передний фрагмент и хвостовая бластема. Здесь и на рис. 24: по оси абсцисс - время измерений, сут; по оси ординат - величина площади, у.е.
скопа. Следующая сложность при съемке планарий связана с их подвижностью. Невозможность фиксации объекта приводит к необходимости выбора момента, в который можно произвести фотографирование. Для ввода изображения с видеокамеры в компьютер была использована плата видеозахвата Aver Media TV Capture 98 with VCR, дающая возможность делать стоп-кадр. При нужном положении планарии делается стоп-кадр, и если полученное изображение удовлетворительно, то оно вводится в компьютер.
В качестве программы, способной выделить объект и измерить его длину и площадь, использовали программу NIH Image Национального института здоровья США. Система собрана и функционирует на компьютере Pentium II Celeron, США.
На изображениях регенерирующих планарий выделяли бластему, величину ее площади выражали в условных единицах (1мм2 = 1266 у.е.).
Измерения производили в течение 5 сут регенерации начиная с 3-х сут. В каждой группе оперированных и поделившихся планарий исследова-
ли от 10 до 30 животных, опыты повторяли два-три раза.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Рост бластемы после деления планарий. Для первоначальной характеристики морфогенеза поделившихся планарий изучали рост бластемы у образовавшихся головных и хвостовых фрагментов (материнский и дочерний зооиды). На рис. 1 показана динамика изменения величины площади бластемы обоих фрагментов. В 1-е сут измерения, соответствующие 3 сут регенерации, две бластемы мало различались по величине, и хвостовая бластема незначительно превосходила головную. В последующие дни площадь бластемы увеличивалась. Скорость ее роста была различной у двух фрагментов: бластема хвостового фрагмента, из которой формировался головной конец новой планарии, увеличивалась значительно быстрее, чем бластема головного фрагмента. Последняя не только увеличивалась менее интенсивно, но рост ее вообще прекращался после 6-х сут регенерации (4-е сут измерения). Таким образом, рост бластемы происходит значительно медленнее в головном фрагменте, чем в хвостовом, несмотря на то что головной фрагмент значительно больше хвостового.
Исследования предусматривали сравнение роста бластемы после деления планарий и после их перерезки.
Рост бластемы при естественной и искусственно вызванной регенерации. В следующей серии опытов к планариям, отобранным после деления, присоединяли экспериментальную группу, в которой оперативным путем разделяли тело планарий на два фрагмента на уровне, приблизительно соответствовавшем зоне деления. У всех четырех фрагментов измеряли площадь бластемы. При первом измерении площади всех бластем мало различались между собой, при этом размеры бластем поделившихся планарий были несколько больше, чем таковые у перерезанных. Разница была заметнее между головными бластемами (табл. 1). В последующем бластемы хвостовых фрагментов перерезанных планарий увеличивались быстрее, чем бластемы головных фрагментов, так же, как это было у поделившихся планарий. При попарном сравнении головных и хвостовых фрагментов в двух группах планарий оказалось, что как головные, так и хвостовые фрагменты растут после перерезки быстрее, чем после деления (рис. 2).
Топография бластемы. Следующие операции проводили дополнительно с целью выяснить характер морфогенеза на разных уровнях тела и его зависимость от зоны деления. Сравнивали рост бластем при перерезке планарий перед глоткой и
Таблица 1. Динамика изменения средней величины площади бластемы у разных регенерантов планарий D. tigrina, у.е.
Время после Перерезка Деление Перерезка Деление
операции, сут головная бластема хвостовая бластема
1 357.7 ± 147 388.3 ± 119 410.2 ± 98 453.4 ± 109
3 1079.0 ± 233 1046.8 ± 152 868.1 ± 177 658.8 ± 147
5 1391.1 ± 147 1291.0 ± 252 963.3 ± 250 778.9 ± 150
позади ее, т.е. бластемы разного топографического происхождения. На рис. 3 приведены результаты такого опыта. Видно, что уже при первом измерении, на 3-и сут регенерации, головные бластемы отличались по своей величине. У фрагмента, образовавшегося после предгло-точной перерезки, головная бластема была больше, чем у фрагмента, образовавшегося после заглоточной перерезки; по мере роста бластем эти различия увеличивались. Хвостовые бластемы также отличались. Они были меньше у головных фрагментов, образовавшихся после предглоточной перерезки, но росли интенсивнее, чем у фрагментов, образовавшихся после заглоточной перерезки.
Головные и хвостовые бластемы. Для отдельного рассмотрения выделили динамику роста всех головных и всех хвостовых бластем. Поделившихся планарий дополнительно перерезали примерно посередине каждого фрагмента, в результате чего образовались три линии разделения планарий (схема на рис. 4, а; 1 и 3 - перерезки, 2 - деление) и соответственно четыре фрагмента тела (рис. 4, а; А, Б, В, Г ). В 1-е сут измерения головные бластемы немного различались по величине, далее их размер увеличивался с разной интенсивностью: наибольших размеров достигала бластема Б, меньше других росла бластема Г, промежуточное положение занимала бластема В. Хвостовые бластемы в 1-е сут измерения почти не отличались между собой, затем так же, как головные, росли с разной интенсивностью, наибольшей у фрагмента А и наименьшей у фрагмента В (рис. 4, б, в).
Из представленных данных следовало, что все головные бластемы росли лучше хвостовых. Наиболее интенсивно росли бластемы (как головные, так и хвостовые), ближайшие к головному концу тела планарий. Выявленная закономерность указывала на разную морфогенетическую активность на разных уровнях тела планарии и на ее убывание по мере удаления от головного конца тела. Этот вывод согласуется с известной теорией Чайлда о физиологическом градиенте (Child, 1941).
Смежные бластемы. Сравнивали попарно рост бластем, образующихся по разные стороны от линии перерезки перед глоткой и позади ее, а также после деления планарий. В каждой такой паре одна бластема формировала головной (головная бластема), а другая - хвостовой конец тела (хвостовая). Для их сравнения вв
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.