ОНТОГЕНЕЗ, 2010, том 41, № 2, с. 114-119
= РЕГЕНЕРАЦИЯ
УДК 591
ПРОЦЕСС РЕГЕНЕРАЦИИ У ПЛАНАРИЙ РАЗНЫХ ВИДОВ1
© 2010 г. И. М. Шейман, Н. Д. Крещенко, М. В. Нетреба*
Институт биофизики клетки РАН *Пущинский государственный университет 142290 Пущино, Московская область E-mail: sheiman@icb.psn.ru Поступила в редакцию 14.03.09 г. Окончательный вариант получен 05.05.09 г.
Сравнивали рост бластемы и функциональное созревание глотки у планарий разных видов в ходе регенерации. Интенсивность роста бластемы была наибольшей у Polycelis tenuis, наименьшей — у Schmidtea mediterranea. У планарий Girardia tigrina половой и бесполой рас характер роста бластем различался мало. Функция глотки в ходе регенерации хвостовых фрагментов, лишенных глотки, проявлялась у G. tigrina в обычные сроки и в более ранний период — при регенерации в лишенных глотки головных фрагментах. У планарий других двух видов сроки регенерации глотки не имели закономерного характера и были растянуты по сравнению с этим же процессом у G. tigrina.
Ключевые слова: планарии, регенерация, бластема, глотка, пищевое поведение.
Способность планарий к регенерации привлекает к ним повышенный интерес. Интенсивные исследования в разные периоды времени обогащали знания новыми данными о процессах морфогенеза, поведении клеток и регуляторных процессах. Авторы исследований обычно указывали видовую принадлежность экспериментального объекта, но полученные результаты принято было обобщать, приписывая их всем видам планарий. Между тем для оценки полученных фактов существенно знать, универсальны ли они для восстановительных процессов или характерны только для отдельных таксономических групп. Так, известно, что не все виды планарий способны к регенерации, не регенерируют, например, молочно-белая планария и некоторые байкальские эндемики (по наблюдениям одного из авторов). Кроме того, не всегда регенерация сопровождается образованием бластемы (№Пу1§, 1978). Об источниках регенерации глотки у планарий существуют спорные мнения (Крещенко, 2009). Морфогенетическая пластичность планарий проявляется не только в регенерации, но и в процессах жизнедеятельности (Шейман, 1984). Все эти сведения послужили предпосылкой для проведения сравнительного анализа морфогенеза в процессе регенерации наиболее часто используемых в качестве объектов видов планарий.
1 Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (проекты № 09-04-00243а, 08-04-00271а, 07-04-00452а).
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Работу выполнили на четырех видах пресноводных планарий: два вида Girardia tigrina (бесполая лабораторная и природная половая расы) и Schmidtea mediterrane (бесполая раса), относящиеся к семейству Dugesidae, и Polycelis tenuis (половые) семейства Polycelis. Три вида из них — двуглазые, а P tenuis — многоглазая (рис. 1). Всех содержали в сосудах со смесью водопроводной и дистиллированной воды (2: 1) в полутемных условиях при температуре 19— 21°С, в этих же условиях проводили опыты. Планарий кормили два раза в неделю дождевыми червями.
Регенерацию животных характеризовали с помощью морфологических и функциональных показателей. У перерезанных планарий измеряли площадь отрастающей регенерационной бластемы методом компьютерной морфометрии (Шейман и др., 2004). Функциональным показателем являлось появление пищевой реакции глотки (Крещенко, 1993) в процессе ее регенерации у фрагментов перерезанных планарий. Операции перерезки проводили впереди или позади глотки. Группе планарий предъявляли пищу и устанавливали долю регенератов, поевших и увеличившихся в объеме в последовательные дни после операции. Опыты проводили одновременно в группах из 30 планарий и повторяли до трех раз.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Динамику роста регенерационной бластемы изучали в трех опытах, проводившихся одновременно на четырех видах планарий. В каждом из них оперировали по 30 червей, у которых отрезали примерно
х104 10
8
6
0
10 11
Рис. 1. Внешний вид планарий: а — Polycelis tenuis; б — Girardia tigrina; в — Schmidtea mediterránea.
1/5 передней части тела, а затем измеряли площадь головных бластем у хвостовых фрагментов. Съемку регенератов производили на 3, 5, 7 и 10-е сут после операции, т.е. в ходе первого этапа регенерации. Этот период характеризуется наиболее интенсивными процессами роста и развития структур бластемы планарий (Шейман, 1984). Результаты морфометри-рования бластем в трех опытах были близки. Данные одного опыта, иллюстрирующие изменения средней площади головных бластем на регенерирующих хвостовых фрагментах представлены на рис. 2.
Рис. 2. Динамика роста головной бластемы при регенерации у разных видов планарий: 1 — Polycelis tenuis; 2, 3 — Girardia tigrina (бесполая и половая расы соответственно); 4 — Schmidtea mediterranea. По оси абсцисс — время регенерации, сут; по оси ординат — средняя величина площади бластемы, усл. ед. Различия достоверны во всех точках между всеми видами планарий (t-критерий Стьюдента); различия между P. tenuis и G. tigrina: p = 0.0544 в первой точке, p < 0.001 — во всех последующих точках; между половой и бесполой расами G. tigrina: p < 0.001 в первой точке, p = 0.3459 — в последней; между G. tigrina и S. mediterranea: p < 0.001 во всех точках.
Первоначально величина бластемы была близка для всех исследованных видов, однако при последующих измерениях их площади стали различаться, что свидетельствует о разной интенсивности роста. Небольшая разница в площади бластем между разными видами планарий была заметна уже на 3-и сут регенерации, и в дальнейшем рост бластем у планарий разных видов происходил неодинаково. Для характеристики интенсивности роста бластем в качестве дополнительного показателя использовали величину угла, образуемого на рис. 2 между осью абсцисс и отрезком кривой динамики роста бластемы до каждой последующей точки измерения. В табл. 1 приведены величины углов для всех измерений по всем группам планарий. Наибольшей оказалась интенсивность роста бластемы у P. tenuis, наименьшей — у S. mediterranea, а у обеих рас G. tigrina она была почти одинаковой и занимала промежуточное положение. По ходу опытов интенсивность роста бластемы продолжала увеличиваться в том же порядке, а затем постепенно уменьшалась. У Р. tenuis на протяжении всех измерений сохранялась наиболее высокая скорость роста бластемы, а у остальных планарий она изменялась почти одинаково, постепенно убывая. Наиболее резко она уменьшалась у S. mediterranea после 7-х сут регенерации.
У головных фрагментов площадь регенерацион-ных бластем измеряли так же, и так же, как и у хво-
4
2
116
ШЕЙМАН и др.
Таблица 1. Интенсивность роста бластем у разных видов планарий, выраженная в величине угла (см. в тексте)
Планарии Величина угла между точками*, °
0-1 1-2 1-3 1-4
G. tigrina, бесполая раса 24 30 29 26
G. tigrina, 17 22 22 25
половая раса
S. mediterranea 13 24 25 21
P. tenuis 29 39 39 37
Примечание: * точки соответствуют 3, 5, 7 и 10-м сут регенерации (см. рис. 2).
стовых фрагментов, наибольшая интенсивность роста бластемы была у планарий P. tenuis, а наименьшая - у S. mediterranea.
Динамика восстановления функции глотки служила показателем ее регенерации. Функция глотки выражается в проявлении пищевой реакции планарий. Были проведены два варианта операций на всех видах: 1) животных перерезали перед глоткой, хвостовые фрагменты сохраняли старую глотку, а головные были ее лишены, 2) разрез проводили позади глотки, сохраняя ее только в головных фрагментах. Для тестирования пищевой реакции глотки все регенераты ежедневно получали доступ к пище, которую убирали спустя 1 ч. Поевших планарий удаляли из сосудов с регенератами и регистрировали их число. Кроме того, сравнивали проявления пищевой реакции в ходе регенерации глотки. В качестве контроля служили реакции интактных планарий и фрагментов регенерирующих планарий, у которых глотка после перерезки сохранялась. Проявление функции глотки у всех исследованных объектов варьировало по времени, а ее восстановление происходило с разной динамикой.
Восстановление функции регенерирующей глотки у всех фрагментов, лишенных ее при операции, происходило по-разному: у G. tigrina обеих рас глотка начинала функционировать на 8-9-е сут регенерации в обоих фрагментах; у головных фрагментов S. mediterranea - на 1 сут раньше и, напротив, позже у хвостовых фрагментов. У P. tenuis при схожем с
предыдущими видами времени начала функционирования глотки восстановление ее у всех регенератов было наиболее длительным. При этом и у головных, и у хвостовых фрагментов, лишенных глотки, восстановление пищевой реакции происходило в одинаковые сроки (табл. 2; рис. 3, а, б).
В контрольных группах у всех головных фрагментов, содержащих глотку, пищевая реакция сохранялась и проявлялась на следующие после операции сутки точно так же, как и у интактных планарий. У хвостовых фрагментов, содержащих глотку, проявление пищевой реакции запаздывало по сравнению с головными фрагментами и растягивалось по времени. Раньше других реакция проявлялась у S. mediterranea и P tenuis, у G. tigrina обеих рас — позднее и восстанавливалась в компактные сроки. Окончательное восстановление пищевой реакции у всех фрагментов происходило после 5 сут регенерации (рис. 3, в).
Таким образом, функция глотки у P. tenuis восстанавливалась в растянутые сроки как при регенерации самой глотки в любом из двух фрагментов, так и при ее сохранении в хвостовом фрагменте и при регенерации у него недостающей головной части. Во втором варианте интактная глотка начинала функционировать раньше, чем регенерирующая, но восстанавливала ее функцию в более длительные сроки. У S. mediterranea в хвостовых фрагментах как при наличии, так и в отсутствие глотки восстановление пищевой реакции происходило так же, как у P. tenuis.
ОБСУЖДЕНИЕ
У планарий разных видов существуют различия в структурной организации тела, например, в нервной системе варьирует форма ганглия и число продольных стволов. У исследованных в нашей работе видов планарий представители семейства Dugesidae имеют ганглий в форме подковы и одну пару мозговых глаз, а представител
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.