ЗООЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2015, том 94, № 1, с. 17-25
УДК 593.4
СТРУКТУРА КИНЕТИДЫ ХОАНОЦИТА ГУБКИ HALICLONA SP. (DEMOSPONGIAE, HAPLOSCLERIDA) И ЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ СИСТЕМАТИКИ И ФИЛОГЕНИИ DEMOSPONGIAE
© 2015 г. И. Р. Поздняков1, С. А. Карпов1,2
1Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург 199034, Россия
e-mail: d_igor_po@yahoo.com 2Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург 199034, Россия Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург 199034, Россия
e-mail: sakarpov4@gmail.com Поступила в редакцию 25.05.2013 г.
Молекулярно-филогенетические исследования показали единое происхождение губок и Metazoa, а также родство Metazoa с хоанофлагеллатами. На серийных ультратонких срезах исследовано строение кинетиды хоаноцитов губки Haliclona sp. и показаны ее основные особенности: асимметрия триплетов кинетосомы; фибриллярные корешки, идущие в глубь клетки; пучки латеральных микротрубочек, достигающих межклеточных контактов, и отсутствие центриоли. Детально охарактеризованы мощные переходные фибриллы в дистальной части кинетосомы. Дана трехмерная схема строения кинетиды хоаноцитов Haliclona. Сравнительный анализ кинетиды хоаноцитов у немногих изученных представителей группы Demospongiae показывает соответствие ультраструктурных и молекулярно-филогенетических данных.
Ключевые слова: губки, кинетида, Haliclona, Demospongiae, хоаноциты, хоанофлагеллаты.
DOI: 10.7868/S0044513415010122
Со времени полного признания биологами эволюционного учения особый интерес для исследователей представляют губки (Porifera), обладающие такими особенностями организации, которые, по-видимому, были характерны для многоклеточных животных на первых этапах их эволюционного развития и которые у других современных животных не наблюдаются.
По данным многих исследователей губки не имеют настоящих органов и не имеют линии репродуктивных клеток (Ересковский, 2005; Вест-хайде, Ригер, 2008; Leys, 2007; Adams et al., 2010). Вполне естественно, что с самого начала изучения губок зоологи пытались выяснить, являются ли губки настоящими многоклеточными животными. Другими словами, можно ли уровень организации губок рассматривать как настоящую многоклеточность, и унаследована ли многокле-точность губок от предка, общего с другими Metazoa, или она возникла у губок независимо. Очевидное внешнее сходство хоаноцитов губок и хоанофлагеллат еще полтора века назад явилось основанием для гипотезы о происхождении губок от хоанофлагеллат (James-Clark, 1868), ко-
торая живо обсуждается и в современной научной литературе (Nielsen, 2001; Willmer, 1991; King, 2004; Maldonado, 2004). И если проблема уровня организации губок часто ведет к дискуссиям о понятиях и терминах и находится на грани философских рассуждений, то вопрос об общности происхождения губок и прочих Metazoa легко и вполне однозначно решается методами молекулярно-филогенетического анализа. Работы последних лет показали, что Metazoa, включая губок, монофилетичны, а Choanoflagel-lata является сестринской группой Metazoa (Medina et al., 2003; Adl et al., 2005, 2012).
Однако молекулярно-биологический подход не дает "портретов" тех организмов, которые условно находятся в точках ветвления, являясь общими предками сестринских групп. Поэтому остается открытым вопрос: как соотносится план строения губок с планом строения общего предка многоклеточных животных, насколько нынешние губки похожи на предка Metazoa или отличны от него, и насколько сходны или несходны с одноклеточным предком Metazoa современные хоанофлагеллаты.
2
17
Для разрешения этих вопросов, как и многих иных, связанных с эволюцией морфологических признаков, принципиально важным является рассмотрение особенностей морфологии, в частности, сопоставимых структур клетки, обладающих высокой эволюционной консервативностью (Wiens, 2004). Вслед за авторами более ранних исследований (Woollacott, Pinto, 1995; Karpov, Leadbeater, 1998) нам представляется, что одним из таких эволюционно-консервативных образований является жгутиковый аппарат клетки, или кинетида. Особенно интересно сравнение кине-тиды хоанофлагеллат и хоаноцитов губок, так как именно их морфологическое сходство изначально навело зоологов на предположение об эволюционном родстве. Однако, если о кинети-де хоанофлагеллат мы имеем вполне ясные представления (Karpov, 2000; Karpov, Leadbeater, 1998), так же как и о вариантах строения кинети-ды более высокорганизованных многоклеточных (Вестхайде, Ригер, 2008), то наши знания о строении кинетиды хоаноцитов губок и его разнообразии весьма фрагментарны (Gonobobleva, Maldonado, 2009; Pozdnyakov, Karpov, 2013). Только для трех видов губок было сделано детальное описание строения жгутикового аппарата, основанное на сериях продольных и поперечных срезов: Ephydatia uviatilis (Brill, 1973; Карпов, Ефремова, 1994), Halisarca dujardini (Gonobobleva, Maldonado, 2009) и Sycon sp. (Pozdnyakov, Karpov, 2013). Еще для четырех видов имеются фрагментарные сведения о кинетиде хоаноцита в работах, посвященных другим аспектам морфологии, физиологии и эмбриологии губок. Это Corticum candelabrum (Boury-Esnault et al., 1984), Sycon sp. (Eerkes-Medrano, Leys, 2006), губка из группы Calcinea (Amano, Hori, 2001) и Aplysina aerophoba (Maldonado, 2009).
Оказывается, даже у этих немногих исследованных губок различия в строении жгутикового аппарата хоаноцитов существенны. Общее же число видов губок намного больше, и для подавляющего большинства из них строение кинети-ды пока не описано. Таким образом, сейчас мы не имеем достаточных данных ни для анализа эволюции кинетиды внутри типа Porifera, ни для заключений о сходстве кинетиды жгутиковых клеток губок с кинетидой родственных губкам организмов и различиях между этими кинетидами. Поэтому пока невозможно сделать важные и интересные филогенетические заключения как о ходе морфологической эволюции при становлении Metazoa, так и об особенностях эволюционного развития внутри группы Opisthokonta в целом.
При таком положении детальное описание кинетиды еще одного вида губок будет суще-
ственным вкладом в накопление знаний, необходимых для последующих теоретических обобщений.
В статье представлены результаты исследования кинетиды хоаноцитов морской губки Hali-clona sp. (Demospongia, Haplosclerida) и приведена трехмерная реконструкция кинетиды по сериям ультратонких срезов.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Губка Halicona sp. была собрана в морском аквариуме ЗИН РАН в декабре 2012 г. Целая губка размером около 8 см в длину была доставлена в лабораторию в сосуде с морской водой. В лаборатории губку сразу же разделили на фрагменты, каждый объемом около 1 мм3. Полученные образцы фиксировали 0.3% раствором OsO4 на 0.1 М какодилатном буфере в течение 5 мин при комнатной температуре, затем помещали объект без отмывки в 2% глутаральдегид на том же буфере, на льду в темноте. Через 15 мин заменяли раствор глутаральдегида на свежий раствор той же концентрации и оставляли на льду в темноте на 2 ч. После споласкивания в буфере оставляли губку в растворе 1% OsO4 на ночь при температуре +4°С. После отмывки образцы провели через серию спиртов возрастающей концентрации и заключили в смесь Эпон-Аралдит производства компании EMS. После полимеризации заточенные блоки помещали на 2 ч в 10% раствор HF для удаления спикул. Затем на ультратоме Leica при помощи стеклянного ножа были получены ультратонкие срезы, которые помещали на бленды с подложкой из пиолоформа и окрашивали в 2% растворе уранилацетата на 70% этиловом спирте и в цитрате свинца. Серийные срезы просматривали на электронных микроскопах: JEM 2100 TEM с цифровой камерой Gatan ERlangshen 500, и Philips FEI Morgagni 268(D) TEM с цифровой камерой Olympus.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Ядро в хоаноците Haliclona sp. расположено базально, поэтому кинетида не имеет с ним морфологической связи (рис. Ы).
Аксонема жгутика имеет типичное строение 9 + 2. Переходная зона короткая и заполнена электронно-плотным материалом (рис. 1Ж). Центральные микротрубочки, проходя сквозь него, упираются в поперечную пластинку, которая находится на уровне поверхности клетки, практически, на дистальном конце кинетосомы (рис. 1Г, 1Ж, 13). В зоне плотного материала находится цилиндрическая структура, которая за-
Рис. 1. Ультраструктура хоаноцита Haliclona sp.: А — продольный срез клетки; Б—Е — серия продольных срезов кинетиды; Ж — продольный срез кинетосомы в плоскости триплетов одинаковой длины; З — продольный срез кинетосомы в плоскости триплетов разной длины. Масштаб (нм): А — 1000; Б—З — 100.
метна на продольных срезах в виде двух нитей вдоль периферических микротрубочек (рис. 1В, 1З). Поскольку эта структура маскируется электронно-плотным материалом, нельзя с уверенностью сказать, является ли она полым цилиндром (как у Halisarca dujardini (Gonobobleva, Maldonado, 2009)), или спиралью (как у Ephydatia fluviatilis Карпов, Ефремова, 1994).
От дистальной части кинетосомы к плазматической мембране отходят девять мощных переходных фибрилл. Каждая из них начинается от триплета кинетосомы двумя вертикальными пластинками, которые смыкаются друг с другом и образуют одну пластинку прикрепляющуюся к плазмалемме (рис. 2А—2Б). Место отхождения переходной фибриллы на поверхности кинето-
сомы отмечено вытянутым электронно-плотным образованием высотой около 70 нм и шириной 15—20 нм (рис. 1Д). В местах соединения переходных фибрилл с плазмалеммой видны характерные электронно-плотные гранулы размером примерно 35 нм (рис. 1Б, 1Е), На продольных срезах через хо-аноцит переходная фибрилла выглядит вытянутой пластинкой, крепящейся с одной стороны к дистальной части кинетосомы, а с другой — к плазма-лемме (рис. 1В).
На поверхности кинетосомы находятся один или несколько сателлитов с отходящими от них под различными углами к кинетосоме одиночными микротрубочками (рис. 1В—1Д, 13; 2Д, 2Е).
На некоторых продольных срезах заметна незначительная асимметрия кинетосомы, т.е. не-
Рис. 2. Детали строения кинетиды ИаНЫвиа 8р.: А—Г — серия поперечных срезов кинетосомы; Д, Е — продольные срезы кинетосомы с отходящими микротрубочками и фибриллами. Масштаб 100 нм.
к
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.