Введение к работе
Актуальность исследования. Тип Стрекающие (Cnidaria) характеризуется
наиболее примитивной нервной системой среди Истинных Многоклеточных.
Простота тканевой организации стрекающих позволяет предположить, что эти
животные сохранили в себе черты, присущие предковым формам. Вместе с тем
для ныне живущих представителей Cnidaria отмечено значительное
разнообразие строения и широкий спектр функций нервной системы. Динамика
организации нервной системы в течение онтогенеза стрекающих представляет
особый интерес, поскольку большинство представителей этого типа
характеризуются сложным жизненным циклом, включающим закономерное
чередование бесполого и полового размножения (полипоидную и медузоидную
стадии, соответственно). Таким образом, исследование закономерностей
формирования нервной системы в онтогенезе стрекающих является актуальным
направлением современной биологии развития низших многоклеточных.
Наиболее изученными классами стрекающих являются Hydrozoa
(гидроидные) и Anthozoa (кораллы), в то время как классу Scyphozoa
(сцифоидные) было уделено значительно меньше внимания. Исследование
нервной системы стрекающих минимально охватывает представителей класса
сцифоидных, так же как и представителей отряда Thecaphora класса
гидроидных. Эмбриональное и личиночное развитие стрекающих, включая
проблему дифференцировки клеток в ходе эмбриогенеза, также долгое время
оставалось в тени. Учитывая это, в настоящей работе были изучены стадии
жизненного цикла, в том числе стадии раннего развития, представителей
классов Scyphozoa и Hydrozoa, включая представителя отряда Thecaphora.
В качестве объектов изучения были выбраны два представителя класса
Hydrozoa (Gonothyraea loveni и Cladonema radiatum) и два представителя класса
Scyphozoa (Amelia aurita и Cassiopea andromeda). Эти виды были выбраны
таким образом, чтобы особенности их биологии (строение, жизненный цикл,
поведение) различались, и, в то же время, являлись типичными для своего
отряда или семейства. Особое место в работе занимает сравнение личинок
G. loveni и A. aurita как между собой, так и с личинкоподобными почками
С. andromeda, являющимися результатом бесполого размножения. Гидроид
С. radiatum стал объектом настоящего исследования вследствие особой стратегии активного захвата добычи, что требует хорошо развитых нервной и сократительной систем полипа.
Ранее в нервных клетках стрекающих был обнаружен широкий спектр нейромедиаторов, относящихся к различным классам (Kass-Simon, Pierobon, 2007). Наиболее изученным классом являются нейропептиды семейства RF-амидов. Клетки с классическими нейротрансмиттерами выявлены лишь у нескольких видов стрекающих. В настоящей работе показано распределение RF-амидов, как классических маркёров нервных клеток стрекающих, и серотонина, функции которого изучены у стрекающих в меньшей степени.
Цель и задачи исследования. Цель настоящего исследования состояла в проведении сравнительного анализа развития нервной системы и роли неиромедиаторных веществ (серотонин и RF -амиды) в онтогенезе стрекающих на примере Gonothyraea loveni (Hydrozoa), Cladonema radiatum (Hydrozoa), Aurelia aurita (Scyphozoa) и Cassiopea andromeda (Scyphozoa).
Для этого необходимо было решить следующие задачи:
Изучить распределение иммунореактивности к нейромедиаторным веществам на определенных стадиях онтогенеза представителей класса Hydrozoa {Cladonema radiatum и Gonothyraea loveni) и Scyphozoa {Aurelia aurita и Cassiopea andromeda).
Проследить динамику развития нервной системы на протяжении жизненного цикла исследуемых видов стрекающих.
Определить принадлежность серотонин- и (РМ)КР-амид-положительных клеток к тому или иному гистологическому типу.
Выявить функции серотонинэргической системы, её возможную связь с развитием и метаморфозом личинок.
Научная новизна. В работе впервые прослежено пространственно-временное распределение серотонина в онтогенезе сцифоидных и гидроидных. Высказано предположение, что серотонин играет роль в ходе метаморфоза личинки-планулы, а также личинкоподобной почки (при бесполом размножении). Серотонинэргическая нервная система, выявленная у гидрантов
Cladonema radiatum, является первым доказательством наличия нейрональных сигналов серотонина у полипов гидроидных. Впервые показано наличие нервных клеток в ценосарке побега колониальных гидроидных на примере Gonothyraea loveni. Впервые описан процесс дифференцировки и усложнения нервной системы в ходе закладки новых элементов колонии (междоузлий) у G. loveni.
Теоретическое и практическое значение работы. Результаты исследования дают наглядное представление о разнообразии организаций нервных систем различных видов стрекающих. Полученные данные позволяют провести сравнительный анализ организации и трансформации нервной системы с другими представителями типа Стрекающие. В разделе материалов и методов подробно изложены методы, выработанные в ходе изучения выбранных объектов и представляющие собой тонкие модификации стандартных протоколов. Следовательно, данные методики могут быть использованы как пропись для дальнейших работ на аналогичных объектах. Исследование представляет собой основу для дальнейшего изучения роли нейромедиаторных веществ у стрекающих. Основные результаты работы будут включены в учебные курсы по эмбриологии и зоологии.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были
доложены и обсуждены на научных семинарах кафедр эмбриологии и зоологии
беспозвоночных биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова; на
международном симпозиуме «Эволюция многоклеточности: подходы к
изучению со стороны гидры и других низших Metazoa» (Тютцинг, Германия,
2009); на IX ежегодной международной молодежной конференции ИБХФ РАН
«Биохимическая Физика» (Москва, 2009); на XXII зимней молодёжной научной
школе ИБХ РАН «Перспективные направления физико-химической биологии и
биотехнологии» (Москва, 2010); на I международных Беккеровских чтениях,
(Волгоград, 2010); на III международной конференции «Современные проблемы
физиологии и биохимии водных организмов» (Петрозаводск, 2010); на VII
международном симпозиуме общества исследователей гидроидных (Порто
Чезарио, Италия, 2010); на XI региональной конференции «Проблемы изучения,
рационального использования и охраны природных ресурсов Белого моря»
(Санкт-Петербург, 2010); на VII международной конференции молодых учёных «Молодость и прогресс биологии» (Львов, Украина, 2011); на международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2011); на X международной конференции общества нейробиологов беспозвоночных «Простые нервные системы» (Москва, 2012); на конференции, посвященной 75-летию ББС МГУ «Морская биология, геология, океанология -междисциплинарные исследования на морских стационарах» (Москва, 2013).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ (5 статей и 11 тезисов), в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах из списка ВАК.
Структура работы. Диссертация состоит из глав «Введение», «Обзор литературы», «Материалы и методы», «Результаты», «Обсуждение», «Выводы», «Список литературы», «Приложение». Список цитированной литературы включает 178 наименований, из которых 168 - на иностранных языках. Работа изложена на 162 страницах, приложение содержит 6 таблиц и 51 рисунок.
Благодарности. Автор выражает глубочайшую благодарность научным руководителям д.б.н. О.П. Мелеховой и к.б.н. И.А. Косевичу за помощь в освоении методик, а также за ценные замечания при выполнении работы и подготовке диссертации. Автор признателен сотрудникам Беломорской биологической станции им. Н.А. Перцова за возможность работы с живым материалом. Особую благодарность автор выражает Т.В. Неретиной и Н.С. Мюге. Автор благодарен Межкафедральной лаборатории электронной микроскопии МГУ; профессору Г. Пликерту (Университет Кёльна) за антитела к RF-амиду; профессору Н. Дулину (Университет Чикаго) за техническую помощь; Группе Оптических Методов Исследования ИБР РАН и К.О. Муранову (ИБХФ РАН) за возможность использования конфокальной микроскопии; сотрудникам ИБР РАН А.С. Микаеляну, Ю.Б. Шмуклеру и другим сотрудникам лаборатории эмбриофизиологии за критическое обсуждение работы; родственникам и друзьям за всестороннюю поддержку на всех этапах проведения диссертационной работы.
Работа выполнена на оборудовании ЦКП Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ. Работа выполнена при частичной
поддержке грантов Министерства образования и науки РФ и Совета по грантам Президента РФ, контрактов с Роснаукой № 02.740.11.0280 и Рособразованием № П1291, а также программы Ведущих научных школ НШ-4456.2010.4
