УДК 597.9:591.3
ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ КОСТНОГО СКЕЛЕТА КОГТИСТЫХ ТРИТОНОВ (ONYCHODACTYL US, HYNOBIIDAE) В СВЯЗИ С ЭМБРИОНИЗАЦИЕЙ ОНТОГЕНЕЗА © 2012 г. А. Б. Васильева1, Н. А. Поярков1, К. Иидзука2
1 Биологический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Москва 119991, Россия e-mail: vassil.anna@gmail.com 2 2я Средняя школа Такасима, 2-24-1 Такасимадайра, Итабаси-ку, Токио 175-0082, Япония
Поступила в редакцию 10.04.2012 г.
Изучено развитие черепа, осевого скелета и скелета конечностей японского когтистого тритона, Onychodactylusjaponicus (Hynobiidae). Исследование проведено с использованием возрастной серии эмбрионов и личинок, выведенных в лабораторных условиях из кладок, которые были получены от взятых из природных местообитаний производителей путем гормональной стимуляции. Показано, что у O. japonicus начальные этапы формирования костного скелета смещены на поздний эмбриональный период, и на выходе из яйца личинки уже обладают значительно окостеневшим позвоночником, большим набором черепных окостенений и начальными признаками оссификации в скелете передних конечностей. Обнаружено, что по сравнению с примитивным скелетогенезом гиноби-ид в развитии скелета O. japonicus имеется ряд гетерохроний, связанных с эмбрионизацией онтогенеза; в частности, для этого вида характерны более ранняя оссификация позвоночника относительно черепа, а также позднее появление и ранняя редукция короноида. В совокупности с полученными ранее данными по развитию скелета O. fischeri (Smirnov, Vassilieva, 2002), показано, что для представителей рода Onychodactylus характерна утрата или редукция некоторых скелетных признаков, присущих раннеличиночным стадиям других Hynobiidae. В частности, отмечено недоразвитие провизорных костей, в особенности короноида, и их озубления. Кроме того, подтверждено, что на челюстях когтистых тритонов не закладывается первое поколение зубов (монокуспидных непеди-целлярных), которые в норме формируются у хвостатых амфибий на ранних личиночных стадиях. Так как сходные особенности развития скелета отмечаются у других Urodela с разным уровнем эм-брионизации, можно предполагать, что в разных группах хвостатых амфибий эволюция онтогенеза проходила сходным образом и сопровождалась одними и теми же закономерными изменениями онтогенетической траектории.
Ключевые слова: Hynobiidae, Onychodactylus, онтогенез, краниогенез, зубная система, эмбрионизация.
Эмбрионизация, или переход личиночных стадий развития в эмбриональный период, широко распространена среди беспозвоночных и позвоночных животных (Захваткин, 1953; Matsuda, 1987) и представляет собой важное направление эволюции онтогенеза амфибий (Wake, 2004). В частности, эмбрионизация у хвостатых амфибий приводит к прямому развитию, характерному для большинства представителей наиболее обширного семейства Urodela — безлегочных саламандр (Plethodontidae). В этой группе переход к прямому развитию сопровождался гетерохрониями в развитии разных систем органов, в том числе различных отделов скелета — черепа, подъязычного аппарата, конечностей, а также утратой некоторых личиночных структур (Смирнов, 2008). Прогрессирующей эмбрионизации сопутствовало укрупнение яиц за счет увеличения запасов желт-
ка и увеличение продолжительности эмбрионального развития (Nussbaum, 1985; Wake, Hanken, 1996).
В других семействах Urodela прямое развитие не встречается, однако у некоторых видов наблюдается начальная степень эмбрионизации, при которой личинки выходят из яйца на более продвинутых стадиях развития, чем у видов с онтогенезом без признаков эмбрионизации. Изучение таких форм особенно важно, так как они представляют собой промежуточные этапы эволюции онтогенеза амфибий на пути к становлению прямого развития и позволяют лучше понять процессы, которые лежат в основе этой эволюции.
С точки зрения изучения онтогенеза и его эволюции когтистые тритоны рода Onychodactylus представляют особый интерес. Их относят к одной из наиболее примитивных групп Urodela —
семейству Hynobiidae, хотя ряд морфологических особенностей и молекулярно-генетические признаки свидетельствуют о длительной самостоятельной эволюции этой обособленной филетиче-ской линии, представляющей собой сестринскую группу по отношению ко всем остальным Hynobiidae (Zhang et al., 2006; Zhang, Wake, 2009; Peng et al., 2010). Распространение древней реликтовой группы, которую образуют когтистые тритоны, ограничено гористыми лесными районами дальневосточного региона Азии, где их обитание приурочено к быстрым холодным ручьям. Японский когтистый тритон Onychodactylus japonicus (Hout-tuyn 1782) встречается на двух островах Японского архипелага — Хонсю и Сикоку, уссурийский когтистый тритон Onychodactylus fischeri (Bouleng-er 1886) — на Дальнем Востоке России, в Маньчжурии и на Корейском п-ве (Kuzmin, 1995). Размножение и развитие O. japonicus изучено достаточно полно. Для этого вида характерны крупные яйца диаметром 4.5—5.5 мм, очень долгое эмбриональное (5—6 мес) и личиночное развитие: метаморфоз завершается через 2—3 года (Tago, 1931; Sato, 1943; Hayase, Yamane, 1982; Akita, Miyazaki, 1991). Существует подробное описание эмбрионального и личиночного развития этого вида, выполненное в лабораторных условиях (Iwasawa, Kera, 1980). Биология развития O. fischeri изучена гораздо хуже, хотя известно, что у животных этого вида еще более крупные (5—8 мм) яйца (Сербино-ва, Солкин, 1992; Griffin, Solkin 1995) и очень продолжительные эмбриональный и личиночный периоды (Регель, Эпштейн, 1975). Недавно были опубликованы предварительные данные по размножению O. fischeri в природных условиях в Корее (Park, 2005), а также по личиночному развитию этого вида (Lee et al., 2008); показано, что корейские популяции O. fischeri также характеризуются очень крупными яйцами (4.9—7.2 мм) и личиночным развитием продолжительностью до трех лет. Однако в настоящее время исследования в области молекулярной систематики доказали, что корейские популяции Onychodactylus относятся к самостоятельному виду, неблизкородственному O. fischeri (Poyarkov et al., 2012).
Сведения об остеологии O. japonicus собраны преимущественно в работах японских исследователей довоенного периода, изучавших, в частности, развитие черепа и гиобранхиального скелета (Okajima, 1908; 1922; Fukuda, 1930; Suzuki, 1932, 1933; Okutomi, 1936). По этим работам можно составить приблизительное представление о порядке и характере формирования некоторых скелетных элементов у животных данного вида, однако использованный авторами ограниченный и фрагментарный материал оставляет большие пробелы в знаниях об онтогенезе скелета в целом. Сведения о развитии костного скелета O. fischeri еще менее полны, так как имеющиеся исследования
относятся только к поздним личиночным стадиям и постметаморфному онтогенезу (Лебедкина, 1981; Hinchliffe, Vorobyeva, 1999; Smirnov, Vassil-ieva, 2002). Тем не менее некоторые особенности развития черепа и зубной системы O. fischeri позволили придти к выводу, что их причиной является присущая этому виду частичная эмбриониза-ция онтогенеза (Smirnov, Vassilieva, 2002).
Для более подробного изучения влияния эм-брионизации на развитие скелета когтистых тритонов мы предприняли специальное исследование с использованием полученной в лабораторных условиях возрастной серии экземпляров O. japonicus. Наибольший интерес для нас представляли ранние этапы скелетогенеза, недоступные для изучения у O. fischeri, поэтому основное внимание мы сосредоточили на развитии различных элементов костного скелета в эмбриогенезе и на ранних личиночных стадиях. Нашей основной целью было выявление возможных гетерохроний, которые, согласно современной точке зрения, являются одним из важнейших механизмов эволюционной трансформации онтогенеза (Gould, 1977; Reilly, 1997).
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
В работе использована возрастная серия эмбрионов и личинок O. japonicus, выведенных в Лаборатории кабинета естественной истории Средней школы Ецуя (Yotsuya Jr. High School), Токио, Япония. Кладки O. japonicus получены в результате гормональной стимуляции производителей — взрослых самцов и самок. Стимуляцию осуществляли путем инъекций гонадотропина по методу, разработанному для хвостатых амфибий (Iwasa-wa, Kera, 1978; Iwasawa, Kera, 1980; Iwasawa, 1994). Производители отловлены в июне 2008 г. в природном местообитании (ручей близ дер. Хиноэ-мата, уезд Минами-Айдзу, префектура Фукусима) на о-ве Хонсю, Япония. Кладки и вылупившихся личинок содержали в аэрируемых аквариумах при температуре 10°С до окончания эндогенного питания. Несколько личинок поздних стадий развития отловлено в природном водоеме в январе — феврале 2009 г. (ручей в окрестностях станции Кинугава-Коэн, Кинугава, преф. Тотиги, Хонсю). Эмбрионы и личинок регулярно фиксировали в 70% этаноле или 10% нейтрализованном формалине. Фиксированные экземпляры при необходимости извлекали из яйцевых оболочек, измеряли и определяли стадию по таблице нормального развития O. japonicus (Iwasawa, Kera, 1980). Всего в анализе использовано 11 эмбрионов и 24 личинки разных стадий, а также один взрослый экземпляр из числа производителей (табл. 1). Для выявления окостенений все экземпляры окрашивали ализарином красным, затем просветляли в 1% растворе NaOH. Для 3 экз. (ста-
Таблица 1. Возрастная серия экземпляров О. ]аротст, использованная для изучения развития костного скелета в онтогенезе
Стадия SVL, мм Число
экземпляров
50-51 12.5 1
52 12.5, 12.6 2
54 14.0 2
55 14.0-14.5 3
56 14.5 2
57 15.5 1
58 15.5, 17.0 2
59 14.3 1
60-61 15.5, 15.8 2
62 17.8 1
63 14.8, 17.3 2
64 15.0-20.4 6
65 17.0 1
66 15.9-18.5 7
70-71 24.5, 27.0 2
Взрослая самка 79.4 1
Всего 36
Примечание. SVL (snout — vent length) — длина тела от конца морды до клоаки. Для трех и более личинок одной стадии указан диапазон SVL.
дии 54, 59, 66) применяли двойную окраску на кость и хрящ ализарином красным и альцианом синим. Исследование скелета проводили с использованием бинокуляра Leica EZ4. Все использованные в работе экземпляры хранятся в лаборатории экологии наземных позвоно
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.