УДК 595.371
МОРФОЛОГИЯ И УЛЬТРАСТРУКТУРА ЖЕЛЕЗ "АМФИПОДНОГО ШЕЛКА" AMPITHOE RUBRICATA (CRUSTACEA, AMPHIPODA, AMPITHOIDAE) © 2015 г. Н. Ю. Неретин
Биологический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Москва 119991, Россия e-mail: dulichii@yandex.ru Поступила в редакцию 18.07.2014 г.
Исследована анатомия желез "амфиподного шелка" у амфиподы Ampithoe rubricata. Описаны морфология и ультраструктура желез переоподов 3—4 A. rubricata (Montagu 1818). Изготовляли серийные полутонкие и ультратонкие срезы, использовали методы световой и трансмиссионной электронной микроскопии. Показано, что в переоподах 3—4 A. rubricata есть железы двух типов, производящие разные по химическому составу секреты. Протоки желез обоих типов открываются в общий резервуар. Каждая железа состоит из нескольких секреторных и одной канальцевой клеток. Структура, считавшаяся ранее хитиновой стенкой канала, является цитоплазмой канальцевой клетки, присутствие этой клетки в этих железах показано впервые. Секреторные клетки одноядерные или двуядерные, рядами располагаются вдоль каждой канальцевой клетки. Описан новый, неизвестный ранее, тип желез у ракообразных.
Ключевые слова: амфиподный шелк, строительные железы, железы тегумента, переоподы 3—4, Ampithoe rubricata
DOI: 10.7868/S0044513415040121
Для многих паукообразных, насекомых и некоторых ракообразных (часть Amphipoda, предположительно, также некоторые Ostracoda и Ta-naidacea) известна способность к производству различных нитевидных материалов белковой природы, объединяемых общим названием "шелк" (Kovoor, 1987; Sutherland et al., 2010; Kro-nenberger et al., 2012; Wouters, De Grave, 1992; Bird, Holdich, 1985). Некоторые из этих материалов обладают уникальными физическими свойствами и являются перспективными биоматериалами (Бо-гуш и др., 2006; Краснова, 2011; Altman et al., 2003; Hakimi et al., 2007). Шелк многих насекомых и хе-лицеровых подробно исследован и продолжает активно изучаться (Sutherland et al., 2010; Foelix, 2010). Изучение строения желез, производящих шелк, необходимо для понимания процессов формирования шелка, образа жизни и жизненных циклов животных (Vollrath, Knight, 2001; Foe-lix, 2010).
В отличие от шелка хелицеровых и насекомых, нитевидные секреты ракообразных (в классическом понимании, не считая насекомых, Regier et al., 2010) и железы, их формирующие, исследованы фрагментарно. Хотя способность производить нитевидные секреты известна для амфипод, тана-
ид, остракод и декапод (Kronenberger et al., 2012; Kakui, Hiruta, 2014; Wouters, De Grave, 1992; Dworschak, 1998). В большинстве случаев о химической структуре, физических свойствах этих материалов и строении производящих их желез известно очень мало.
Многие амфиподы производят шелкоподоб-ный секрет для постройки домиков, норок и так называемых палочек или мачт (Dixon, Moore, 1997; Skutch, 1926; Cerda et al., 2010; Mattson, Cedhagen, 1989). Секрет получил название "амфиподный шелк" еще в 19 в., однако, данные о его химической структуре есть только для одного вида — Crassicorophium bonellii (Milne Edwards 1830) (Kronenberger et al., 2012). Разные авторы описывали этот секрет у разных видов амфипод по-разному: иногда как цемент для скрепления стенок трубки (Goodhart, 1939; Hart, 1930; Shillak-er, Moore, 1978), а иногда как оформленные нити (Mattson, Cedhagen, 1989; Skutch, 1926; Cerda et al., 2010; Barnard et al., 1988; Kronenberger et al., 2012; Неретин, 2013).
"Амфиподный шелк" производят специальные железы, расположенные в 3-й и 4-й парах конечностей переона (переоподах 3—4). Такие железы имеются у представителей семейства Ampelis-
cidae (Cadien, 2007) и, как минимум, у семи семейств амфипод группы Corophiida (Dixon, Moore, 1997; Skutch, 1926; Carter, 1982; Mattson, Cedhagen, 1989; Goodhart, 1939; в соответствии с системой Lowry, Myers, 2013; Myers, Lowry, 2003). Железы в переоподах известны также у Calli-anassida (Decapoda; Dworschak, 1998) и многих Tanaidacea (Kakui, Hiruta, 2014; Blanc, 1884).
Железы переоподов 3—4 у амфипод были впервые открыты Смитом в 1874 г. (Smith, 1874), а в 1880 Небески опубликовал морфологическое описание и рисунки желез Jassa falcata (Montagu 1808) (здесь и далее приводятся современные названия видов). Он также отмечал наличие сходного железистого аппарата у ряда других видов ко-рофиидных амфипод и дал несколько фрагментарных замечаний и рисунков для них.
После работы Небески (Nebeski, 1880) вопрос о строении желез амфиподного шелка долгое время не привлекал внимания. Сведения, приведенные в руководствах по артроподам, изданных в первой половине 20 в. (Reibisch, 1927; Гурьянова, 1951) основаны на рисунках и описаниях Небески (Nebeski, 1880). Впоследствии, эта работа была забыта, так что в 2012 г. Кроненбергер с соавторами (Kronenberger et al., 2012) описали морфологию желез амфиподного шелка двух других видов амфипод (С. bonellii, Lembos websteri Bate 1857 из семейств Aoridae и Corophiidae), не зная о работе предшественника.
Общий план расположения основных элементов секреторного аппарата переоподов 3—4 сходен у всех изученных видов: секреторные части желез располагаются в проксимальной части конечности, а выделение секрета происходит из поры на конце когтя (последнего членика). Во всех случаях в когте есть кутикулярный резервуар (по: Nebeski, 1880; Kronenberger et al., 2012).
Железистый аппарат переоподов 3—4 всегда содержит две группы желез, производящих разные по химическому составу секреты. Одна группа всегда расположена в проксимальной части каждой конечности (только во втором членике), а вторая дистальнее (Nebeski, 1880; Kronenberger et al., 2012).
Сами железы у разных видов различаются между собой. Небески (1880) считает железы изученных им рачков одноклеточными. Внутрь каждой железы заходит кутикулярная трубка (канал). Она может самостоятельно вести к резервуару в когте, но чаще короткие трубочки от каждой клетки вливаются в основной кутикулярный канал. Основных каналов в конечности несколько, а железы лежат вдоль них. О клетках, образующих систему каналов, не сообщается. Сходная система каналов описана в строительных железах тана-ид (Blanc, 1884).
В конечностях C. bonellii и L. websteri железы в базальном членике описаны как дольчатые (по: Gorvett, 1951; Talbot, Demers, 1993), а в меральном членике — как розеточные (на основе классификации желез тегумента Talbot, Demers, 1993; по: Kronenberger et al., 2012).
Таким образом, для амфипод известны железы амфиподного шелка, как минимум, 2 типов. Для желез первого типа отсутствуют электронно-микроскопические данные, для желез второго нет подробного описания общей морфологии. Для большинства видов амфипод неизвестно, какого типа железы они имеют.
В нашей работе мы исследовали анатомию и ультраструктуру желез амфиподного шелка Amp-ithoe rubricata (Montagu 1818). Семейство Amp-ithoidae — растительноядная ветвь корофиидных амфипод (Myers, Lowry, 2003), домики их часто связаны с водорослями и иногда имеют оригинальную конструкцию. A. rubricata строят коко-нообразные трубочки с двумя выходом в гуще нитей нитчатой водоросли Cladophora sp. Шелк A. rubricata представлен в виде оформленных нитей (по: Skutch, 1926). У некоторых видов семейства эти нити могут иметь большую прочность, стягивая края талломов водорослей (Skutch, 1926; Cerda et al., 2010; Dixon, Moore, 1997). Достоверных данных о химической структуре шелка и морфологии желез для представителей семейства Ampithoidae нет. Есть краткие сведения о железах Ampithoe ramondi Audouin 1826. Известно, что принципиально они устроены также, как и железы J. falcata, однако подробные иллюстрации и описание отсутствуют (Nebeski, 1880).
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Сбор материала производили в июле 2012 г. в окрестностях ББС МГУ им. Н.А. Перцова (Белое море, Кандалакшский залив, о-в Малый Еремеевский, 66°33.224' с.ш., 33°7.954' в.д.), на глубине 0—0.7 м. Собирали нитчатую водоросль Cladophora sp., из нее в лаборатории отбирали рачков. До дальнейшей обработки их держали в аквариуме.
Переоподы 3—4 бритвой отделяли от туловища. Для лучшего проникновения фиксатора конечности разрезали на 2—3 части или делали на них несколько надрезов.
Фиксацию производили 2.5% раствором глута-рового альдегида на 0.1 М какодилатном буфере (pH 7.2—7.4, на холоду, в три смены: первые две по 2 ч, третья 1—2 суток). После отмывки в какоди-латном буфере (3 смены по 20 мин), производили постфиксацию 1.5% раствором тетраксида осмия (в течение 2—3 ч). После повторной отмывки образцы переводили в спирт.
Для обезвоживания конечности переводили в ацетон. Из ацетона их переводили в смолу Epon
812 (Sigma-Aldrich), посредством 3 каш (3 : 1, 1 : 1, 1 : 3, по 24 ч) и заливали в блоки.
Световая микроскопия
На микротомах LKB-3 и Dupon МТ 5000 стеклянными и алмазным ("Diatome Histo") ножами изготовляли полутонкие срезы (толщиной 1 мкм). Их окрашивали смесью толуидинового и метиле-нового синих или толуидиновым синим при температуре 60° C.
Готовые препараты просматривали под микроскопами Leica DM 2500 (цветные камеры Leica DFC 290 и VideoZavr Standard USB VZ-C605S, программное обеспечение, соответственно, Leica Application Suite, версия 3.7.0, и VideoZavr, версия 1.5.1015 0) и Carl Zeiss Axioplan 2 Imaging (монохромная камера AxioCam HRm, программное обеспечение AxioVision, версия 3.1.2.1). Серии срезов фотографировали при увеличении в 40 раз.
Всего было обработано 6 блоков.
Электронная микроскопия
Резку ультратонких срезов производили на ультрамикротомах Leica стеклянными и алмазным ножом. Срезы наклеивали на бленды с формваровой пленкой. Срезы контрастировали уранилацетатом (45 мин при 37°С) и нитратом свинца (15 мин в темноте, с кристаллами NaOH). В промежутке их отмывали дистиллятом.
Ультратонкие срезы изучали на ТЭМ "Jeol JEM 1011" (центр коллективного пользования электронной микроскопии ИБВВ РАН, межкафедральная лаборатория электронной микроскопии Биологического факультета МГУ). Отдельные участки фотографировали при увеличении в 3—50 тысяч раз.
Обработка данных
Из полученных фотографий с
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.