ОНТОГЕНЕЗ, 2012, том 43, № 2, с. 136-142
= РЕГЕНЕРАЦИЯ
УДК 59:591.169.2
ОСОБЕННОСТИ РЕПАРАТИВНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПЛАВНИКОВ МНОГОПЕРОВЫХ РЫБ (Polypteridae, Actinopterygii)
© 2012 г. А. И. Никифорова, В. А. Голиченков
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра эмбриологии
119234, Москва, Ленинские горы, д. 1/12 E-mail: alyonanmsu@gmail.com
Поступила в редакцию 18.10.11 г.
Окончательный вариант получен 07.11.11 г.
Эпиморфная регенерация плавников изучена у различных лучеперых рыб (Actinopterygii), однако виды, представляющие филогенетически базальные линии таксона, пока остаются вне внимания исследователей. Информации о регенерационных возможностях данных групп существенна, как для понимания эволюционных истоков феномена эпиморфоной регенерации, так и оценки универсальности регенерационных потенции лучеперых. В связи с данной проблемой нами впервые была исследована регенерация плавников двух представителей семейства архаичных многоперовых рыб (Polypteridae), каламоихта (Erpetoichthys calabaricus) и сенегальского многопера (Polypterus sene-galus). Наряду с возможностью восстановления костных лучей, широко распространенной среди лучеперых, многоперовые рыбы демонстрируют способность к эффективному восстановлению эн-доскелета и мускулатуры основания плавника. Это необычное свойство позволяет представить многоперовых в качестве новых модельных объектов изучения механизмов регенерации конечностей позвоночных.
Ключевые слова: регенерация плавников, лучеперые рыбы, многоперовые, эндоскелет, костные лучи.
Лучеперые рыбы, или Actinopterygii обладают способностью к репаративной регенерации парных и непарных плавников. Согласно текущим преставлениям, регенерационные потенции представителей различных семейств таксона ограничены кожной лопастью — дистальным компартмен-том плавника несущим многочисленные костные лучи, в то время как проксимальные структуры плавника — мускулатура и эндоскелет, не могут быть эффективно восстановлены (Akimenko et al., 2003; Galis et al., 2003; Padhi et al., 2004; Iovine, 2007). Регенерация костных лучей плавников изучена у многих Actinopterygii, включая известный модельный объект биологии развития, Danio rerio (Akimenko et al., 2003; Poss et al., 2003; Tal et al., 2010). Показано, что восстановление утраченных фрагментов кожной лопасти проходит по типу эпиморфной регенерации, через этап формирования недифференцированного предшественника, или регенерационной бластемы (Akimenko et al., 2003; Poss et al., 2003). Костные лучи в ходе регенерации образуются de novo, составляя продолжение лучей интактного фрагмента (Akimenko et al., 2003). Зависимость эффективности регенерации плавника от наличия костных лучей в интактном фрагменте была продемонстрирована в ряде ран-
них исследовании, начиная с экспериментов M. Бруссоне, который пришел к заключению, что восстановление плавника происходит, только в том случае, если при ампутации в плавнике сохраняются проксимальные концы костных лучей (по Казанцеву, 1935). Впоследствии данное положение было экспериментально подтверждено для различных костистых рыб (Teleostei) (Morgan, 1906; Morril, 1906; Wunder, 1938; Goss, Stagg, 1957), и в итоге определило современные представления о регенерационных лимитах в данной группе, а также в таксоне Actinopterygii в целом. Однако ряд фактов не позволяют считать выдвинутое положение строго универсальным: во-первых, описаны случаи регенерации парных и хвостового плавников, ампутированных проксимальнее уровня костных лучей, у мальков и ювельных особей нескольких семейств Teleostei (Казанцев, 1935; Кудокоцев, Силкина, 1967); во-вторых, известна уникальная способность взрослых стернопиговых рыб (Ster-nopygidae, Gymnotiformes) регенерировать ка-удальный конец тела, включая мускулатуру и утраченные элементы эндоскелета (Kirschbaum, Meunier, 1981). Однако приведенные примеры не могут считаться доказательством наличия у Actinopterygii эффективной программы восстановления прокси-
мальных отделов плавников, так как в данных случаях регенерация не ведет к правильному восстановлению утраченных структур, а напротив, сопровождается значительными нарушениями строения конечностей. При этом данные факты ясно свидетельствуют о существовании межгрупповых различий среди Те1ео81е1 (костистых рыб) по способностям к регенерации различных структур конечностей. Более значимые межгрупповые отличия могут быть выявлены при сопоставление ре-генерационных возможностей Те1ео81е1 (костистых рыб) и современных видов многоперообразных (Ро1ур1ег1Гогше8), осетрообразных (Ае1репзег1-Югте8), амиеобразных (АтШ0гте8) и панцир-никообразных (Ьер1зо81е1Гоете8) представляющих филогенетически базальные линии Ае1хпор1егу§И, однако об особенностях регенерации в этих группах нам практически ничего не известно. В связи с вопросом о пределах восстановительных потенции конечностей Ае1тор1егу§п нами впервые была исследована регенерация плавников у двух представителей семейства архаичных многоперовых рыб (Ро1ур1епёае), калабарского каламоихта (Erpetoich-thys calabaricus) и сенегальского многопера (Polypterus senegalus).
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
В работе были использованы сенегальские многоперы (Polypterus senegalus) и каламоихты (Erpeto-ichthys (Calamoichthys) calabaricus) ювенильного возраста, приобретенные в ООО "Север Аква". В ходе эксперимента рыб содержали в аквариумах общей вместимостью 50 литров, группами по 5— 10 животных, в условиях постоянной аэрации и при следующих значениях показателей воды: T = = 25—28°С, ёН = 10°, рН = 6.8-7. Животных кормили 3 раза в неделю мотылем (личинки СЫгопо-тш). Период предварительной акклиматизации рыб данным условиям содержания составлял от 7 до 14 дней. Все операции были выполнены после анастезии рыб в водном растворе Ы8-222 в разведении 1 : 4000. Для анализа регенерации плавников разных типов были созданы отдельных группы, проведение двух вариантов ампутации на одном животном не допускалось. Грудные плавники ампутировали глазными ножницами на уровне проксимальных окончаний базальных элементов эн-доскелета, брюшные — на уровне дистальной трети основания, включающем эндоскелетные элементы, у хвостового плавника отрезали часть свободной лопасти, на уровне середины центральных костных лучей. После завершения регенерации грудные плавники ампутировали повторно и анализировали их строение. Так как предварительные наблюдения показали, что возможности объектов исследования не ограниченны однократным восстановлением конечностей, в группе из 15 сенегальских многоперов дополнительно исследовали
эффекты повторных регенерации грудных плавников, в этом случае у многоперов ампутировали оба плавника, что, однако не сказывалось на их жизнеспособности. Особенности скелета интакт-ных плавников и регенератов оценивали, анализируя тотальные препараты, полученные с использованием стандартных методик дифференциального выявления хрящевой и костной ткани Альциано-вым голубым и Ализариновым красным ^оиз-8еаих, 1985), на этапе промежуточного просветления мягких тканей плавника использовали раствор трипсина (5 мг трипсина (НПП "ПанЭко") на 0.3 мл насыщенного раствора №2В4О7 и 0.7 мл ёН2О). Всего в исследовании было задействовано 35 сенегальских многоперов и 5 каламоихтов.
При выполнении операции и содержания животных мы руководствовались положениями нормативных документов и инструктивных материалов, рекомендованных Комиссией по биоэтике МГУ имени М.В. Ломоносова.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Полный набор плавников лучеперых рыб представлен хвостовым, анальным, спинным и парными брюшными и грудными плавниками. У многоперовых рыб, за исключением каламоихта, который утратил брюшные плавники, присутствуют все пять типов плавников. Из них парные грудные плавники являются наиболее специализированными, и могут служить многоперам в качестве опорных конечностей (рис. 1а). Так как морфологическая специализация плавника может быть ассоциирована с изменением его регенерационных возможностей, для общей оценки восстановительных потенции плавников многоперовых рыб нами были выбраны разные плавники: в случае сенегальского многопера — парные грудные и брюшные, а также хвостовой плавник, в случае каламо-ихта — грудные и хвостовой. Предварительный анализ морфологии плавников показал (рис. 1), что прошедшие метаморфоз ювенили обладают сформированным эндо- и экзоскелетом (костными лучами). Эндоскелет грудных, плавников представлен тремя базальными элементами, несколькими удлиненными радиальными элементами (медиальные радиалии) и уже сформировавшимся радом дистальных хрящей, расположенных на границе с дистальной лопастью и таким образом полностью соответствует дефинитивному плану (рис. 1б, 1г). Также как и в грудных плавниках, скелетные структуры брюшных и хвостовых плавников были полностью дифференцированы (рис. 1в; 3г).
Наши наблюдения показали, что ювенили способны к регенерации всех тестированных типов плавников, кроме того плавники могут быть восстановлены повторно.
Рис. 1. Парные плавники многоперовых: а — Сенегальский многопер, Ро1ур1вгш senegalus, представитель древнего семейства Ро1ур1ег1(Зае. Необычные грудные плавники с узким основанием и развитой мясистой лопастью при необходимости могут служить многоперу опорными конечностями; б — эндоскелет грудного плавника сенегальского многопера; в — брюшные плавники сенегальского многопера. Эндоскелет плавника представлен несколькими удлиненными элементами (р), прикрепленными к тазовому поясу (тп); г — грудной плавник калабарского каламоихта (Erpetoichthys са1аЪапсш) внешне схожий с плавников многопера, отличается относительно меньшей длинной медиальных радиалий (мр). б — ба-зальные элементы эндосклета, кл — костные лучи.
Регенерация свободной лопасти хвостового плавника, рассеченного на уровне середины центральных костных лучей, полностью завершается спустя месяц после ампутации, однако основные структуры лопасти плавника — костные лучи и кровеносные сосуды восстанавливаются уже к концу третьей недели регенерации. Оба исследованных вида регенерируют каждый индивидуальный костный луч
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.