ИСТИНА

Инициативный проект, поддержанный РФФИ. Проект направлен на изучение микроскопической анатомии морских пауков, или пикногонид (Pycnogonida) - древней и мало исследованной группы морских хелицеровых. Изучено строение как взрослых пикногонид, так и личинок, прежде всего, сенсорный органов и нервной системы. Полученные в ходе выполнения проекта данные о микроскопической анатомии и ультраструктуре различных систем органов пикногонид восполнили недостаток информации по этой группе животных, занимающих базальное положение на филогенетическом древе членистоногих. Сведения о микроскопической анатомии и ультраструктуре пикногонид важны для реконструкции базальной филогении членистоногих.

В ходе выполнения проекта впервые описана ультраструктура личинок пикногонид, включая уникальный прядильный аппарат, клешневые железы, все сенсорные структуры и вентральные органы, ассоциированные с формирущимися ганглиями, а также переисследовано строение органов чувств взрослых морских пауков. В 2011 году было продолжено изучение ультраструктуры личинок пикногонид. Описана ультраструктура всех систем органов личинки (протонимфона) Phoxichilidium femoratum (Phoxichilidiidae). Все полученные данные – новые для науки. Описано строение стенки тела - кутикулы и эпидермиса. У некоторых клеток эпидермиса обнаружены реснички. В эпидермисе имеются железы, аналогичные кожным железам ранее изученных взрослых особей и личинок Nymphon brevirostre. Соматическая мускулатура представлена отдельными поперечнополосатыми мускульными клетками с саркомерами около 7 мкм длиной. В хоботке имеются радиальные мышцы-дилататоры глотки, кольцевые мышцы глотки и мускулатура, управляющая движением губ. Мускульные клетки прикрепляются к кутикуле посредством специализированных «сухожильных» клеток эпидермиса, описана ультраструктура зоны контакта и модификации кутикулы в местах прикрепления мышц. Полость тела в передней половине туловища, хоботке и хелифорах представлена только щелевидными промежутками, или базальные пластинки кишечника, ганглиев и эпидермиса соприкасаются. Полость тела - гемоцель, отграничена базальными пластинками от эпидермиса, кишечника, мышц, ганглиев. Гемоциты не найдены. Пищеварительная система представлена передней кишкой в хоботке, и средней кишкой, слепо замкнутой на заднем конце. Отростки средней кишки не сформированы. Протонимфоны не питаются. Губы плотно сомкнуты, Y-образный просвет глотки очень узкий. Фильтрующий аппарат отсутствует. Описаны хоботковые железы, вероятно, выполняющие функции слюнных. У взрослых пикногонид N. brevirostre описаны многочисленные «слюнные» железы. Стенка средней кишки образована пищеварительным эпителием и его базальной пластинкой. Обкладка из мускульных клеток, описанная для взрослых и личинок N. brevirostre, не обнаружена. Запаса желтка нет. В составе кишечного эпителия всего 1 тип клеток. Кишка практически не имеет просвета. Впервые изучена ультраструктура клешневых желез личинок пикногонид. У протонимфонов Ph. femoratum клешневые железы состоят из большего числа клеток и относительно крупнее, чем у личинок N. brevirostre. Сенсорные структуры. Личинка Ph. femoratum имеет два медианных глазка диамером 6 мкм. Глазной бугорок отсутствует. Обособленного оптического ганглия нет, глазки непосредственно граничат с надглоточным ганглием, отделены от нервной ткани слоем экстраклеточного матрикса. Кутикула над глазками не образует линзы. Глазок имеет бокал, образованный 2-3 клетками, в которых периферически располагаются пигментные гранулы, а ближе к ретинуле – кристаллы, образующие тапетум. Ретинула представлена не более чем 2-3 клетками, имеющими рабдомерную зону, экранированную пигментным слоем и тапетумом. Три неразветвлённые сенсиллы обнаружены при изучении внешнего строения личинки методом СЭМ. В эпидермисе туловища в районе расположения сенсилл найдены рецепторные клетки с ресничками. На хоботке личинок Ph. femoratum и взрослых особей N. brevirostre обнаружены ранее не описанные структуры – «поровые поля». Их ультраструктура позволяет предполагать, что поровые поля являются сенсорными органами. Длинные щетинки на краю губ целиком состоят из кутикулы, без полости внутри, и служат, скорее, механическим первичным фильтром при поглощении пищи. Ранее предполагалось, что шипы на базальных сегментах II и III ларвальных ножек гомологичны прядильному шипу хелифор. Однако мы впервые установили, что этим шипам присуща, скорее, сенсорная функция, так как у их основания располагаются клетки с ресничками и микроворсинками, обращёнными в полость канала, который тянется к основанию шипа. В дистальных участках пальцев клешни проходит нерв, а эпидермальные клетки имеют короткие реснички. Можно предполагать, что пальцы клешни обеспечивают осязание при перемещении личинки по колониям гидроидов – потенциальных хозяев. Интерес к строению нервной системы пикногонид связан с проблемой определения места морских пауков в системе членистоногих. Лучшая из предлагаемых сегодня (и практически единственная) синапоморфия для Chelicerata = Pycnogonida+Euchelicerata – наличие гомологичных хелицер/хелифор. На основании нейроанатомических исследований было высказано предположение, что хелифоры иннервируются от протоцеребрума (Maxmen et al., 2005), а значит, негомологичны хелицерам. Изучение экспрессии Hox-генов (Jager et al., 2006; Manuel et al., 2006) и дополнительные исследования нейроанатомии различных видов пикногонид (Brenneis et al., 2008) укрепили идею сегментарной гомологии хелифор антеннам 2 и хелицерам (все они соответствуют дейтоцеребруму), и в настоящее время традиционная гипотеза о гомологии передних конечностей пикногонид и хелицеровых не подвергается сомнению (Edgecombe, 2010). Данные о морфологии и ультраструктуре органов чувств и развитии нервной системы пикногонид также могут быть использовано в качестве морфологических признаков при филогенетическом анализе. Так, у пикногонид имеются только медианные простые глазки, но присутствует тапетум, обычно характерный у хелицеровых для латеральных глаз. На основании изучения ультраструктуры латеральных органов глазного бугорка можно отказаться от гипотезы, трактовавшей эти органы как редуцированные глаза – таким образом, у пикногонид только две пары глаз, а сами латеральные органы уникальны для этой группы членистоногих. Формирование ганглиев в онтогенезе за счёт клеток вентральных органов характерно для пикногонид и онихофор. Подобные признаки свидетельствуют в пользу гипотезы о раннем обособлении пикногонид и сохранении у них плезиоморфных черт наряду с приобретением уникальных синапоморфных признаков в ходе длительной независимой эволюции. Мы сравнили микроскопическую анатомию и ультраструктуру личинок одной и той же стадии у пикногонид из разных семейств и с различными типами развития: Nymphon brevirostre (Nymphonidae) с «типичным протонимфоном» и Phoxichilidium femoratum (Phoxichilidiidae), развитие которого проходит с «эндопаразитической личинкой». В отличие от личинок N. brevirostre, у протонимфонов Ph. femoratum отсутствует прядильный аппарат (прядильные железы и шип), более крупные клешневые железы, у них практически не выражена полость тела, отсутствует полость кишечника, ещё не развивается фильтрующий аппарат глотки, отсутствует запас желтка в кишечнике. Всё это связано, видимо, с крайне малыми размерами этих личинок, отсутствием этапа лецитотрофного питания в их развитии и последующим питанием в гастральной полости гидроидов полупереваренной пищей. У личинок обоих видов в эпидермисе, а также у взрослых особей N. brevirostre в составе пищеварительного эпителия обнаружены клетки с ресничками. О наличии ресничек в кишечнике членистоногих почти не упоминается в литературе. Этот признак представляет интерес в связи с общепринятыми представлениями о редукции ресничек почти во всех системах органов у членистоногих.