ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Создание концепции морфологической эволюции вторичноротых, охватывающей всё разнообразие планов строения этой важнейшей группы животных.
At the beginning of the 21st century, a scientific revolution took place in biology, which led to a radical restructuring of the animal kingdom system. The new Bilateria system contains three macrotaxons: Lophotrochozoa, Ecdysozoa, and Deuterostomia. In the new Bilateria system, the Deuterostomia clade is sister to the Ecdysozoa+Lophtrochozoa clade. The analysis of the morphological evolution of Deuterostomia is one of the most urgent tasks of evolutionary biology, since it will reveal the initial features of the ancestor of Bilateria, the ways of evolution of the putative symplesiomorphies of bilateria, to reveal the origin of the morphological organization of hemichordates, echinoderms, chordates, and vertebrates. In this work, based on the original results on microscopic anatomy, developmental biology, molecular phylogenetics, taking into account paleontology data, the following topical questions of evolutionary morphology will be answered for the first time. 1. Is metamerism a primary trait of the deuterostomes. Ways of evolution of metamerism in Deuterostomia. Causes of metamerism reduction in Hemichordata and Echinodermata. 2. Is it possible to homologize the segmental composition of the body within Deuterostomia. Segmental body composition in the main groups of Deuterostomia. Is it possible to homologize the segments of deuterostomes and other Bilateria. 3. The origin of the gill slits of the deuterostomes. Whether the gill slits are homologous within the Deuterostomia. Are the gill slits a morphological synapomorphy of Deuterostomia. 4. Origin and evolution of the tentacular apparatus and limbs of the deuterostomes. Is it possible to homologize the tentacular apparatus within the Deuterostomia, are the tentacles and limbs of the deuterostomes and other Bilateria homologous. 5. Is the scenario of the origin of chordates by dorso-ventral inversion relevant at the current level of knowledge? Homology of the mouth, notochord, neural tube, gill slits, tentacular apparatus, and limbs of the chordates within the inversion scenario. The new results obtained in the work will be used to develop a modern system of taxa of the deuterostomes. The latter is the basis for measures for the conservation and rational use of natural biological diversity, including new, rare, poorly studied and practically valuable species. The new fundamental results will be used to create a new generation of textbooks and manuals on evolutionary biology, which the Russian education system urgently needs.
В результате проведённых исследований будет создана концепция морфологической эволюции вторичноротых, охватывающая всё разнообразие планов строения этой важнейшей группы животных. В этой концепции будут учтены достижения классической сравнительной анатомии, современной биологии развития, новые достижения палеонтологии и данные молекулярной филогенетики. На основе оригинальных данных, полученных в ходе выполнения проекта, будут получены ответы на следующие фундаментальные вопросы эволюционной морфологии вторичноротых. - Будет выяснено происхождение метамерии вторичноротых, проанализированы пути эволюции метамерии Deuterostomia и причины редукции метамерии у Hemichordata и Echinodermata. - Будет проведён анализ гомологии сегментов тела в пределах Deuterostomia и доказана возможность сквозной гомологии сегментов тела в пределах всех Bilateria. - Будет выяснено происхождение метамерных жаберных щелей Deuterostomia и найдены вероятные гомологи жаберных щелей в других группах Bilateria. - Будет выяснено происхождение щупальцевого аппарата и конечностей вторичноротых и обоснована их гомология щупальцам и конечностям в других группах Bilateria. - Будет разработан новый сценарий происхождения хордовых путём дорсо-вентральной инверсии и проведён анализ гомологии ротового отверстия, хорды, нервной трубки, жаберных щелей, щупальцевого аппарата и конечностей хордовых в рамках инверсионного сценария.
Все члены научного коллектива (за исключением студентов) были основными исполнителями грантовых проектов или принимали участие в проектах под руководством В.В. Малахова. Малахов В.В., Ежова О.В., Екимова И.А., Ганцевич М.М. и Лукиных А.И. в совокупности за период с 2018 по 2022 год имеют 34 совместные публикации; Агеенко Н.В. совместно с В.В. Малаховым участвовала в выполнении работ в рамках мегагранта РНФ "Современные технологии учёта морских биологических ресурсов и мониторинга природных популяций особо ценных промысловых гидробионтов Дальневосточных морей России" (соглашение № 14-50-00034). Все три студентки, задействованные в решении задач проекта, в настоящее время выполняют выпускные квалификационные работы под руководством В.В. Малахова и О.В. Ежовой. Аспирантка Лукиных А.И. в настоящее время готовит кандидатскую диссертацию под руководством Ежовой О.В., а до этого защитила под руководством Ежовой О.В. магистерскую диссертацию на тему "Микроскопическая анатомия и ультраструктура половой системы Quatuoralisia malakhovi n. gen., n. sp. (Hemichordata, Enteropneusta, Torquaratoridae)". Членами научного коллектива получены и опубликованы обширные результаты исследования микроскопической анатомии различных групп вторичноротых животных.
Полученные результаты будут использованы для создания современной системы животного царства, которая является научной основой для разработки мероприятий по инвентаризации биологического разнообразия животных, сохранению и рациональному использованию биологических ресурсов. Полученные результаты станут основой для разработки нового поколения образовательных программ в области фундаментальной и прикладной биологии, а также создания нового поколения учебников и учебных пособий по эволюционной биологии, в которых остро нуждается российская система образования.
грант РНФ |
# | Сроки | Название |
1 | 15 мая 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Проведение молекулярно-филогенетического анализа для животных, видовая принадлежность которых не подтверждена в настоящее время генетическими данными, а также анализа популяций кишечнодышащих, предположительно представляющих собой разные виды |
Результаты этапа: В ходе работ реконструирована микроскопическая анатомия аберрантного представителя Echinoidea – плоского морского ежа Scaphechinus griseus. Специальное внимание уделено реконструкции целомических образований и гемальных полостей. Целомы S. griseus, за исключением осевого и перикардиального, образуют серию из 7 циркуминтестинальных колец, расположенных вдоль орально-аборальной оси тела. Наличие метамерных целомических колец у Echinodermata позволяет предполагать, что метамерия иглокожих происходит от метамерии, свойственной общим предкам вторичноротых животных. В ходе работ получено полное анатомическое описание Oikopleura vanhoeffeni, реконструированное на основе 3D моделирования по полным сериям гистологических срезов. Обнаружена фундаментальная диссимметрия анатомического строения аппендикулярий, выражающаяся в организации пищеварительной системы, нервной системы, строения и расположения сердца. Применение метода заливки норок кишечнодышащих полиуретановой смолой показало, что Saccoglossus mereschkowskii строит сложные спиралевидные ходы с несколькими входными отверстиями и единственным отверстием для выхода фекальных шнуров. Было изучено биологическое разнообразие и роль симбиотических грибов и грибоподобных организмов, ассоциированных с кишечнодышащими. Было выявлено 46 изолятов грибов, ассоциированных с интегументом S. mereschkowskii, в посевах из норок S. mereschkowskii – 6 изолятов, среди которых представители Ascomycota gen.sp., Penicillium sp., Cladosporium allicinum, Plectosphaerella plurivora, Umbelopsis ramanniana, а также грибоподобные организмы Labyrinthulomycetes gen. sp. Обнаружены фунгицидные свойства покровов и внутренних органов кишечнодышащих. Разработана оригинальная методика содержания мелководных кишечнодышащих в узких боксах, конструкция которых позволяет наблюдать и объективно документировать механизмы их локомоции и питания. Выявлены механизмы питания кишечнодышащих, которые существенно отличаются у мелководных и глубоководных представителей класса Enteropneusta. Обе группы собирают органические частицы с поверхности осадка, используя мукоцилиарный механизм, однако достигается это разными способами. Мелководные представители кишечнодышащих питаются, собирая с поверхности дна верхний тонкий слой осадка с помощью хоботка, который способен вытягиваться в длину в 6-8 раз. Глубоководные кишечнодышащие ведут эпибентосный образ жизни и используют для питания не хобот, а разрастания воротникового отдела – латеральные губы. Чаще всего в содержимом кишечника отмечаются панцири диатомовых водорослей – представители родов Thalassiosira, Thalassionema, Actinocyclus, Neodenticula, Grammatophora, Fragilariopsis. Проведено сравнительное анатомо-гистологическое исследование репродуктивной системы мелководных и глубоководных кишечнодышащих. У обитающих на литорали и в верхней сублиторали роющих кишечнодышащих S. mereschkowskii гонады расположены в генитальных гребнях позади жаберного отдела туловища, которые можно рассматривать как рудименты генитальных крыльев. Гонады представляют собой целомические мешочки, каждый из которых соединён с внешней средой отдельным целомодуктом. У обитающих в батиали эпибентосных кишечнодышащих Quatuoralisia malakhovi гонады лежат вдоль жаберного отдела, в широких и протяжённых генитальных крыльях, которые заворачиваются на дорсальную сторону животного, формируя перибранхиальную полость, в которую и открываются гонопоры. Вывод ооцитов в перибранхиальную полость осуществляется путём выворачивания яичника "наизнанку". У глубоководных кишечнодышащих Q. malakhovi имеет место наружное вынашивание яйцеклеток. Редукция генитальных крыльев связана с обитанием в субстрате с преобладанием грубых песчаных фракций. Наружное вынашивание объясняется эпибентосным образом жизни глубоководных Torquaratoridae. Проведённый в ходе работ анализ экспрессии регуляторных генов у Cnidaria и таксонов трёхслойных Bilateria позволяет доказать гомологию глоточной плоскости Anthozoa и сагиттальной плоскости трёхслойных Bilateria и подтвердить происхождение целомических сегментов из периферических желудочных карманов кишечнополостных. На основе экспрессии ортологичных генов доказана гомология преорального сегмента и щупальцевого сегмента у всех трёхслойных билатерий. Предполагается, что у предков билатерий было два круга щупалец – лабиальный и маргинальный. Маргинальные щупальца кишечнополостных гомологичны метамерным оконечностям билатерий, а лабиальные щупальца гомологичны периоральным ресничным щупальцам и вентральной ресничной подошве – невротроху. Обсуждаются возможные гомологи метамерных придатков и ресничных щупалец у Deuterostomia. У хордовых (принимая во внимание «перевёрнутую теорию» их происхождения) радиалии медианного плавника рассматриваются как гомологи лабиальных щупалец, в то время как радиалии парных плавников рассматриваются как гомологи маргинальных щупалец. Двухфазная экспрессия генов Hox позволяет нам доказать гомологию пальцев четвероногих и радиальных плавников примитивных рыб. Сходство генетических механизмов, регулирующих развитие конечностей, позволяет протянуть нити гомологии от щупалец кишечнополостных к конечностям позвоночных. | ||
2 | 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. | Формулирование эволюционной модели становления морфотипа "асцидия" и преобразований одиночного морфотипа асцидий в колониальный морфотип |
Результаты этапа: | ||
3 | 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. | Формулировка концепции происхождения и эволюции щупальцевого аппарата и конечностей у вторичноротых животных. Актуальный пересмотр сценария происхождения хордовых путём дорсо-вентральной инверсии |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".