ОНТОГЕНЕЗ, 2007, том 38, № 3, с. 228-234
МЕХАНИЗМЫ ^^^^^^^^^^^^^^^^ РЕГЕНЕРАЦИИ
УДК 591.746:591.3:611-013
ОСОБЕННОСТИ РЕГЕНЕРАЦИИ ГЛАЗ У МНОГОГЛАЗЫХ ПЛАНАРИЙ
Polycelis tenuis
© 2007 г. И. М. Шейман, 3. В. Седельников*
Институт биофизики клетки РАН *Пущинский государственный университет 142290 Пущино, Московская обл. E-mail: sheiman@icb.psn.ru Поступила в редакцию 19.04.06 г. Окончательный вариант получен 10.07.06 г.
У планарий Polycelis tenuis, передний конец тела которых окаймлен многочисленными глазами, изучена регенерация и отрицательный фототаксис. Приведены сравнительные данные по тем же показателям у двуглазых планарий Girardia tigrina. Множественные глаза регенерировали постепенно со снижением скорости регенерации и независимо от темпа восстановления переднего конца тела, на котором они расположены. Реакция отрицательного фототаксиса восстанавливалась независимо от общего числа восстановленных глаз и носила неустойчивый характер у планарий обоих видов.
Ключевые слова: планарии, многоглазые, регенерация, отрицательный фототаксис.
У планарий существуют оформленные фото-рецепторные структуры - глаза, которые отличаются у разных видов как по числу, так и по расположению. Самые распространенные представители рода Dugesia имеют два глаза на головном конце тела над "мозгом". Множественные глаза располагаются группами или цепочкой. Наиболее известные виды многоглазых планарий, у которых имеются краевые глаза, окаймляющие передний конец тела, относятся к роду Polycelis. Парные глаза планарий были исследованы разными методами (Sopott-Ehlers, 1991; Pineda et al., 2000; Salo et al., 2002), чего нельзя сказать о множественных. В последние годы интерес к исследованию глаз планарий связан с проблемой эволюции фоторецепторов (Fernald, 2000). В литературе отсутствуют сравнительные данные о формировании, развитии и регенерации глаз у разных видов планарий в связи с их функционированием.
Предполагаем, что восстановление глаз в ходе регенерации планарий может ответить на вопрос о связи восстановительных и функциональных событий, таких как зависимость реакций на свет от наличия глаз и от их числа. Одновременно регенерация глаз у планарий может служить удобной моделью морфогенеза. Этому способствует четкое внешнее морфологическое выражение (время появления глаз и динамика их числа у многоглазых планарий) и функциональное проявление (отрицательный фототаксис). Задача данной работы - изучить регенерацию глаз у многогла-
зых планарий и сравнить результаты с исследованиями регенерации глаз на двуглазых планариях.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Работа выполнена на двуглазых (Girardia tigrina) и многоглазых (Polycelis tenuis) планариях. Планарий обоих видов разрезали перед глоткой на головной и хвостовой фрагменты. Кормление регенератов начинали через 3 нед после операции. Восстановление глаз изучали на хвостовых фрагментах. Для удобства подсчета глаз у многоглазых планарий использовали их изображение на экране компьютера AMD Athlon, которое получали с помощью видеокамеры WAT-902DM ("WA-TEC", Япония), вмонтированной в бинокуляр МБС-10. Съемку планарий проводили ежедневно в течение месяца, а затем один раз в 3 сут до времени восстановления числа глаз, присущего ин-тактным планариям. На тех же изображениях измеряли длины тела и бластемы, которые выражали в условных единицах (1 мм = 36 усл. ед.). Для исследования фототаксиса планарий помещали в кристаллизаторы (0 = 23 см) с водой и камнем посередине. Сбоку направляли свет от лампы накаливания (100 Вт). Градиент освещенности в кристаллизаторе измеряли с помощью люксметра, он составлял 550-400 Лк.
Опыты по изучению реакций на свет проводили ежедневно на интактных планариях и на фрагментах спустя 1 сут после операции. Обычно планарии плавали некоторое время по дну кристаллизатора, затем прятались под камень. Фототаксис ха-
Рис. 1. Динамика восстановления глаз у 100 планарий P. tenuis после удаления передней части тела. По оси абсцисс - время после операции, сут; по оси ординат - среднее число глаз у одной особи.
рактеризовали числом реакций избегания света в группах из 20 особей. Число планарий, находящихся под камнем, подсчитывали каждые 10 мин в течение 30 или 50 мин. Опыты ставили отдельно на группах интактных и регенерирующих планарий, находящихся в одинаковых условиях при температуре 20-21°С. Все опыты были проведены в зимний период (декабрь-январь).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Восстановление глаз у планарий P. tenuis. Регенерация глаз у дву- и многоглазых планарий имеет свои особенности. У двуглазых планарий G. tigrina восстановление обоих глаз происходит на 5-6-е сут регенерации. У интактных планарий P. tenuis число глаз колеблется от 40 до 100, а иногда выходит за эти пределы. У головных фрагментов этих животных глаза полностью сохраняются. Первые глаза у хвостовых регенератов появляются на 6-е сут регенерации. Затем их число постепенно увеличивается. Наблюдение мы вели до приближения их числа к близкому для интактных планарий. Через 2 нед скорость появления новых глаз постепенно снижается (рис. 1). Первые 20 глаз восстанавливаются спустя 2 нед после начала регенерации. Следующие 20 глаз - еще через 26 сут, после чего процесс восстановления продолжает замедляться; 60 глаз мы определили только на 96-е сут от начала регенерации.
Первые глаза появляются по бокам бластемы. Следующие глаза окаймляют весь передний и боковые края тела планарий. С ростом числа увеличивается плотность их расположения, особенно
по переднему краю головного конца (рис. 2). На протяжении 3 нед они хорошо различимы на фоне светлой бластемы. Позже, когда у планарий восстанавливается пигментация, глаза в виде черных точек все еще хорошо видны по краям тела.
Регенерация головного конца тела P. tenuis. В отдельной серии опытов мы исследовали параллельно рост регенерирующего хвостового фрагмента и восстановление глаз. Вначале у интактных планарий измеряли длину всего тела и его передней части, в которой находились глаза, а также общее число глаз. Между величиной участка с глазами и их числом не было обнаружено определенной зависимости, и эти величины сильно варьировали у разных планарий, что видно по стандартному отклонению (табл. 1). На хвостовых регенератах такие же измерения производили один раз в неделю. Общая длина регенератов и длина регенерирующей части - бластемы - со временем увеличивались. Одновременно росло и число глаз по краям передней части тела. Этот показатель у разных планарий очень отличался, как это было отмечено и для интактных планарий (табл. 1). Отличалась и динамика увеличения числа глаз на протяжении месяца.
Как показали отношения длины участка, содержащего глаза, или длины бластемы к количеству глаз, между ростом бластемы и числом регенерирующих глаз нет прямой зависимости (рис. 3).
Отрицательный фототаксис. В природе и в лабораторных условиях планарии проявляют реакции избегания света, или отрицательный фототаксис. При этом они прячутся на нижней поверхности растений, камней или других предметов.
Рис. 2. Восстановление глаз у планарий P. tenuis.
а - схема (1-4 - последовательные этапы восстановления в течение 1 мес); б - макрофотография, увел.: х20. Г - глотка, (—) - отделение бластемы у хвостового регенерата.
В лабораторных условиях планарии покидают свои укрытия на время принятия пищи или при помещении их в непривычные условия, проявляя ориентировочную реакцию. Для характеристики реакций избегания ежедневно подсчитывали число планарий, находящихся под камнем в конце опыта, а также по 10-минутным интервалам на разных этапах регенерации. Планарии двух видов
Таблица 1. Восстановление переднего отдела тела планарии P. tenuis
Планарии, нед после операции Средняя длина, мм Число глаз
тела участка с глазами
Интактные 992 ±149 262 ± 43 61 ± 17
1 594 ±104 47 ± 12 2 ± 1
2 694 ±149 91 ± 23 17 ± 7
3 664±118 115 ± 35 29 ± 10
4 773 ±185 121 ± 35 20 ± 8
отличались как по числу глаз, так и по поведению: P. tenuis были менее подвижны, чем G. tigrina.
В течение двух недель число реакций избегания у интактных планарий G. tigrina постоянно колебалось. После перерезки у головных фрагментов реакции избегания проявлялись с первых же суток восстановления хвостового отдела, а в последующие сутки реакция избегания колебалась. При этом число таких ответов иногда превосходило число реакций у интактных планарий. У хвостовых регенератов реакции избегания света появились только на 5-е сут регенерации: первоначально у 20, а к 9-м сут - у 100% особей. Колебания числа реакций в разные дни у регенератов по своему характеру не отличались от таковых у интактных планарий (рис. 4, а). По ходу опыта интактные планарии то прятались под камень, то уплывали из-под него, но число реакций избегания в целом увеличивалось от первоначального периода (10 мин) до последнего (40-50 мин) как в начале исследования, так и в его конце. В 1-е сут после перерезки головные регенераты
наиболее активны, а в середине и в конце опытов (7-е и 13-е сут) вели себя, подобно интактным планариям. В целом по ходу опытов хвостовые регенераты проявляли меньшую активность (табл. 2).
Интактные планарии P. tenuis избегали света неравномерно в разные дни наблюдений. У головных фрагментов реакции избегания света проявлялись сразу после перерезки, и в разные периоды регенерации их число также колебалось. На протяжении месяца после перерезки оно было выше, чем у интактных планарий. У хвостовых регенератов реакции появлялись только на 13-е сут регенерации и в дальнейшем их число варьировало, оставаясь в среднем меньше, чем у интактных планарий и у головных регенератов.
Для оценки восстановления реакций избегания света у регенератов на протяжении месяца сравнивали среднее число реакций с таковым у интактных планарий в пяти последовательных опытах в первой и последней декадах месяца (рис. 4, б). Сравнение числа реакций у головных регенератов и интактных планарий не обнаружило достоверных отличий, хотя у головных регенератов на-
25-, 20151050-
1
3
Рис. 3. Отношение между длиной части тела с глазами и числом глаз (по оси ординат) у интактной планар
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.