ОНТОГЕНЕЗ, 2012, том 43, № 5, с. 333-349
КЛЕТОЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВКА ^^^^^^^^ И ПРОЛИФЕРАЦИЯ, МЕТАМОРФОЗ
УДК 593.73
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЭМБРИОНАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ И МЕТАМОРФОЗА AURELIA AURITA (CNIDARIA, SCYPHOZOA) © 2012 г. Т. Д. Майорова, И. А. Косевич, О. П. Мелехова
Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12 E-mail: ikosevich@gmail.com Поступила в редакцию 27.05.11 г. Окончательный вариант получен 12.01.12 г.
Aurelia aurita — космополитичный вид сцифомедузы, основные закономерности строения и жизненного цикла которого хорошо известны. В настоящей работе проведено подробное исследование развития и строения планулы A. aurita до завершения ее метаморфоза. Прижизненные наблюдения и изучение гистологического строения планул в процессе оседания и метаморфоза показали, что внутренняя выстилка манубриума первичного полипа (соответствующая гастродерме) происходит из эктодермального слоя заднего конца планулы. Впервые проведено изучение пространственной и временной динамики распределения серотонин-эргических клеток с начальных стадий развития зародыша до формирования первичного полипа. Также прослежено распределение тирозинирован-ного тубулина и нейропептида RF-амида на разных стадиях развития A. aurita.
Ключевые слова: онтогенез, метаморфоз, морфогенез, нервная система, сцифоидные, Aurelia aurita.
ВВЕДЕНИЕ
Стрекающие (Cnidaria) рассматриваются как двухслойные, радиально симметричные животные, занимающие в соответствии со своим базовым планом строения положение, близкое к предковым формам многоклеточных животных (Догель, 1981; Brusca et al., 2003). Данные молеку-лярно-филогенетических исследований подтверждают эту точку зрения, подчеркивая, что стрекающие представляют собой сестринскую группу по отношению к билатерально-симметричным животным внутри всех многоклеточных (Medina et al., 2001). Следовательно, понимание эволюции развития внутри стрекающих представляет собой огромный интерес для установления анце-стрального варианта развития, послужившего основой для эволюции разнообразных типов развития билатеральных животных.
Благодаря такому интересу, в последние десятилетия были отработаны новые модельные системы, включающие одиночных и колониальных гидроидных (напр., Hydra (Bosch, 2003), Hydrac-tinia echinata fFrank et al., 2001), Podocoryne carnea (Groger and Schmid, 2001; Seipel and Schmid, 2005), Clytia (Carre et al., 2000) и др.), кубомедузу Tripedalia cystophora (Kozmik et al., 2008), актинию Nematostella vectensis (Fritzenwanker et al., 2002; Burton et al., 2004), кораллового полипа Acropora mille-pora (Miller et al., 1995; Miller and Ball, 2000a). Основное внимание при изучении раннего развития стрекающих направлено на выяснение механиз-
мов генетической регуляции установления полярности и первичной оси у многоклеточных. Однако, из-за большого разнообразия экспрессии гомологичных генов (Hobmayer et al., 2000; Miller et al., 2000b; Ball et al., 2004; Hayward et al., 2004; Chourrout et al., 2006), предковое состояние механизма установления первичной оси для всех стрекающих и билатерий до сих пор остается спорным. Следовательно, необходимы дополнительные молекулярно-филогенетические и сравнительно-анатомические данные по отдельным группам стрекающих, которые позволили бы увеличить информативность имеющихся филогенетических построений.
На данный момент к таким мало охваченным филогенетическими и сравнительно-анатомическими исследованиями группам стрекающих относятся сцифоидные (Scyphozoa). Даже для Aurelia aurita, одного из самых распространенных и хорошо известных представителей сцифоидных, раннее эмбриональное развитие и метаморфоз изучены достаточно поверхностно. Имеются лишь общие сведения о раннем эмбриональном развитии. Известно, что зародыши претерпевают полное равномерное дробление, в результате которого формируется целобластула. Стенки бластулы представлены высокими узкими клетками, бластоцель небольшого объема (Yuan et al., 2008). Гаструляция осуществляется разнообразными способами: мультиполярной иммиграцией, инвагинацией или обоими способами одновременно
Рис. 1. Схематичное изображение раннего развития A. aurita (из Yuan et al., 2008). Аборальный полюс вверху. А — эмбрион на стадии дробления, формирующий целобластулу. В—Е — продольные срезы через центр соответствующей стадии развития. В — появляется область инвагинации, формируется гаструла с ресничным покровом, закладываются эктодерма и первичная эндодерма. С — планула с развивающейся нервной системой. D — начало метаморфоза; первичная эндодерма оказывается сдавленной в районе аборального полюса, одновременно с этим в клетках первичной эндодермы выявляется каспаза-3. С оральной стороны формируется вторичная эндодерма, которая вскоре начинает распространяться в аборальном направлении. Е — закладка и рост щупалец полипа, завершение метаморфоза.
A. Coeloblastula
D. Metamorphosis
B. Gastrula
ec en1
C. Planula
X
lumen
cilia
bp
E. Polyp
Caspase 3 lumen
mouth gastric cavity
bc: blastocoel /*') cell division ■ : nucleus ": pyknotic nucleus bp: blastopore ec: ectoderm enl: primary endoderm
: neuron ■ ao: apical organ
en2: secondary endoderm
(Lesh-Laurie and Suchy, 1991). Лишь недавно на основе иммуно-цитохимических методов были частично описаны апикальный орган и нервная система при развитии и метаморфозе планулы A. aurita (Nakanishi et al., 2008).
В недавней работе (Yuan et al., 2008), использование конфокальной лазерной и электронной микроскопии позволило авторам обнаружить интересное явление: в процессе метаморфоза планулы в первичный полип ее эндодерма ("первичная" по терминологии авторов) замещается на "вторичную", происходящую из эктодермально-го пласта. При этом "первичная" эндодерма подвергается дегенерации и апоптозу (рис. 1).
Наряду с изучением морфологических процессов, происходящих в раннем онтогенезе стрекающих, необходимо понимание регуляции этих процессов, в первую очередь, процессов метаморфоза. Предположительно, регуляторную функцию при метаморфозе выполняют различные нейроактивные вещества, секретируемые нервной системой. Эти вещества также могут
принимать участие в регуляции онтогенеза на до-нервных стадиях развития (Bosch and Fujisawa, 2001; Buznikov et al., 2003; Katsukura et al., 2004). Каждая стадия развития характеризуется своим специфическим пространственным паттерном клеток с нейроактивными веществами. При переходе к последующей стадии нервная система предыдущей стадии часто полностью или частично утрачивается (Martin, 2000; Nakanishi et al., 2008; Seipp et al., 2010).
Нейрональная организация личинок стрекающих изучена достаточно подробно. У планул гидроидных клетки с нейроактивными веществами концентрируются на переднем полюсе тела, отдельные клетки встречаются в слое эктодермы на протяжении всего тела личинки (Martin, 1988, 1992b; Gröger and Schmid, 2001; Nakanishi et al., 2008). Эти нервные клетки, а также их отростки могут содержать такие нейроактивные вещества, как GLW-, LW-, RF- и FMRF-амиды, серотонин, таурин, дофамин, у-аминомасляную кислоту, ти-розинированный тубулин и пр. (Gröger and
Schmid, 2001; Katsukura et al., 2004; Boero et al., 2007; Kass-Simon et al., 2007; Nakanishi et al., 2008). Планулы Aurelia aurita, как и большинство планул других стрекающих, имеют эктодермальную нервную систему, состоящую из нескольких типов FMRF-амид-положительных нейронов. Это "апикальные нейроны" — клетки апикального органа, расположенного на переднем полюсе личинки; "латеральные нейроны" — клетки в боковой эктодерме. Аксоны нейронов апикального органа образуют сплетение в основании апикального органа и тянутся вдоль мезоглеи к заднему концу планулы (Nakanishi et al., 2008).
В процессе превращения в полип экспрессия FMRF-амида в эктодерме планулы понижается, переходит в эндодерму и там исчезает, что, скорее всего, связано с апоптозом FMRF-амид-содержа-щих клеток. Скопление эктодермальных нейронов на переднем конце планулы полностью дегенерирует, и "вторичная" нервная система, в которой нейроны располагается преимущественно на оральном конце полипа (соответствующем заднему концу планулы), развивается de novo (Nakanishi et al., 2008).
В настоящей работе проведено исследование развития и строения планулы Aurelia aurita в момент ее оседания и метаморфоза. На основании цейтраферной микро-видеосъемки и исследования гистологического строения личинки на разных стадиях метаморфоза показано, что лишь часть "первичной" эндодермы планулы, возможно, подвергается дегенерации. Вместе с тем полученные данные свидетельствуют о том, что внутренняя выстилка манубриума первичного полипа (соответствующая гастродерме) происходит из эктодермального слоя заднего конца планулы. Впервые на A. aurita проведено изучение пространственной и временной динамики распределения серотонин-эргических клеток с начальных стадий развития зародыша до формирования первичного полипа. Также было прослежено распределение тирозинированного тубулина и нейро-пептида RF-амида на разных стадиях развития A. aurita.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Объект исследования — сцифомедуза Aurelia aurita (Linnaeus, 1758). Материал собирали на Беломорской биостанции им. Н.А. Перцова МГУ (Кандалакшский залив Белого моря). Из ротовых лопастей половозрелых медуз извлекали зародышей на различных стадиях развития от зиготы до полностью сформированных планул. Полученных зародышей помещали в чашки Петри с фильтрованной морской водой, где продолжалось их развитие вплоть до оседания и метаморфоза пла-нулы в первичный полип. Необходимые стадии фиксировали для дальнейшего исследования.
Цейтраферную видеосъемку оседания и метаморфоза планул проводили под микроскопом МБИ-1 с помощью цифровой камеры Scope Tek DCM130E, подключенной к компьютеру, и программы Scope Photo (V 3.0.12.146). Видеомонтаж цифровых фотографий производили с помощью Sony Vegas V 8.0.
Фиксацию для световой и электронной микроскопии осуществляли 2.5% раствором глютараль-дегида на фосфатном буфере (PBS, рН 7.4), изоосмотичном морской воде (Millonig, 1964) (1час
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.