Нервная система Acoela, Plathelminthes и Rotifera: морфологический аспект

Тело Opisthorhis felineus Rivolta, 1884 (Opisthorchiidae) разделяется на уплощенно-конический передний отдел и задний с “острыми” боковыми краями. Как и у Fasciola hepatica, у этих трематод при аналогичном делении тела демонстрируются и определенные различия в строении нервной системы двух отделов. От боковых участков дугообразно изогнутого мозга O. felineus глубоко в паренхиму отходят вентральные стволы, а к стенке тела они приближаются немного не доходя до середины расстояния между мозгом и брюшной присоской (рис.1, К) (Иоффе и др., 1988). Как всегда в таких случаях обнаружены передние ветви вентральных стволов, которые связаны парой корешков с боковыми участками мозга. Сами главные вентральные стволы на заднем конце тела соединяются между собой, образуя небольшое кольцевое сплетение вокруг экскреторной поры.

Дорсальные стволы связаны с боковыми участками мозга 2 корешками. На заднем конце тела позади Лаурерова канала они сливаются, и их непарный участок идет вдоль срединной линии тела к кольцеобразному сплетению, образованному в этой области вентральными стволам.

Латеральные стволы соединяются с боковыми участками мозга парой корешков. В передней части тела они занимают поверхностное положение, позади брюшной присоски погружаются в паренхиму, периодически соединяясь с вентральными стволами короткими, но довольно мощными волокнами. Немного не доходя до заднего конца тела, латеральные стволы сливаются с вентральными. Число кольцевых комиссур в передней части тела достигает 7. Это - пример неравномерного ортогона (см. рис. 2). Позади брюшной присоски, отходящие от дорсальных и вентральных стволов нервные волокна сохраняют преимущественно трансверсальное направление, но уже не образуют кольцевых комиссур. На брюшной стороне они расположены более густо и менее регулярно, чем на спинной; на заднем конце они превращаются в неправильный плексус на обеих сторонах тела. В боковых участках тела плексус имеет вид ячеистой сети. Кроме ганглиев, нервных стволов и волокон различной направленности, были выявлены многочисленные нервные клетки, дающие положительную реакцию на ХЭ. Среди них следует отметить биполярные клетки, отростки которых входят в латеральный и вентральный стволы. Остальные нейроны в основном мультиполярные, но встречаются и би- и униполярные.

Таким образом, ортогон задней области тела O. felineus можно отнести к ячеистому. В целом перед нами - сочетание 2 типов ортогонов в одном животном. Сходная ситуация описана для Fasciola hepatica Linnaeus, 1758, представителя второго, из изученных мною отрядов трематод - Echinostomida.

Нервная система Prosorhynchus squamatus (Bucephalidae), которых относят к группе Gasterostomata, представлена правильным ортогоном с тремя парами продольных стволов и 10 кольцевыми комиссурами, не считая комиссуры хоботка, что соответствует регулярному частому ортогону (Котикова и др., 1984).

Мозг располагается позади хоботка, на границе передней четверти тела, и имеет H-образную форму. Передние рога мозга дают начало передним стволам, иннервирующим хоботок, а задние рога переходят в вентральные стволы, которые тянутся назад в толще паренхимы. Задние рога мозга обычно соединены между собой. Из толщи паренхимы вентральные стволы подходят к стенке тела только перед глоткой. От узлов пересечения передних ветвей со второй-пятой кольцевыми комиссурами в толщу паренхимы отходят короткие корешки к передним и задним рогам мозга и проксимальным участкам вентральных стволов. Короткие корешки дорсальных стволов отходят от задних рогов мозга. В области четвертой кольцевой комиссуры они достигают поверхности тела и разделяются на передние и задние ветви одинаковой толщины. От узлов пересечения передних ветвей со второй и третьей кольцевыми комиссурами отходят дополнительные корешки к мозгу. Латеральные стволы соединяются с мозгом 3 парами корешков. Кольцевые комиссуры равномерно распределены по всей длине тела, что характерно для регулярного частого ортогона. По ходу продольных стволов, чаще вблизи кольцевых комиссур, удается идентифицировать Х-ергические нервные клетки, посылающие свои короткие отростки в стволы. Такие нейроны выявлены в задней части тела.

6.3. Нервная система личиночных, партеногенетических стадий развития и взрослых марит

Не вдаваясь в подробности нескольких, порой очень сложных и многоступенчатых онтогенезов, присущих одному виду, в работе рассмотрены на разных видах, далеко отстоящих друг от друга, последовательные этапы усложнения нервной системы на всех фазах их развития. В целом Х-ергическая нервная система спороцист и редий устроена по единому плану и не демонстрирует сильных различий у всех исследованных к настоящему времени видов, однако в распределении КА, серотонина и FMRFамида такие различия зафиксированы. Биохимические исследования продемонстрировали у трематод наличие допамина (ДА) и норадренолина (Теренина, 1981,1982). Важная роль биогенных моноаминов в жизни трематод, в частности их трансмиттерная функция, показаны различными авторами (Bennet, Bueding, 1971); (Шишов, Люкшина, 1984; Шишов, Канев, 1986; Шишов и др., 1987).

Результаты исследования нервной системы 13 видов марит позволили выделить 4 типа ортогонов: регулярный редкий, регулярный частый, неравномерный и ячеистый (Котикова и др., 1985). Эти типы ортогонов возникают независимо в разных отрядах трематод. На филогенетическом древе трематод четко выделяются две крупные ветви: рано обособившиеся и ушедшие в сторону стригеиды и эхиностоматидо-плагиорхидная ветвь. Как и у свободноживущих турбеллярий, в этих ветвях одновременно присутствуют и примитивные, и более продвинутые формы.

Трематод сем. Fasciolidae и Echinostomatidae рассматривают как наиболее архаичных и примитивных (Gibson et al., 2002, 2005; Galaktionov, Dobrovolskj, 2003). Bucephalidae - одна из самых спорных групп. Анализируя особенности морфологии и развития, целесообразно оставить за ними старое название - Gasterostomata (Galaktionov, Dobrovolskj, 2003). Ортогон Prosorhynchus squamatus (Bucephalidae) с относительно редкими регулярными комиссурами представляет собой сравнительно малоспециализированный вариант строения нервной системы. Этот факт хорошо согласуется с сохранением у Gasterostomata целого ряда других примитивных для трематод особенностей строения мариты, что имеет важное значение для понимания эволюции Trematoda (Котикова и др., 1984). Одним из древнейших семейств трематод отряда Plagiorchiida, стоящих очень низко на филогенетическом древе, являются специализированные Azygiidae (Galaktionov, Dobrovolskj, 2003) с их регулярным частым ортогоном (Котикова, Селиванова, 1994). У наиболее низкоорганизованных эхиностоматид - неравномерный, регулярный редкий и ячеистый ортогоны. В пределах более высоко организованных плагиорхид чаще всего встречается неравномерный ортогон, единичные случаи регулярного редкого и ячеистого. Среди специализированных стригеидных трематод выявлен только регулярный частый ортогон.

Несомненно, что примитивные и специализированные группы трематод рано обособились друг от друга. В группе Plagiorchiida мы изучали Х-ергическую нервную систему представителей 6 семейств. Близко к основанию ветви высших плагиорхид ставят Opecoelidae, а одной из их вершин являются Microphallidae (Galaktionov, Dobrovolskj, 2003). У представителей 5 семейств этой группы присутствует неравномерный ортогон. Вторичные изменения этого типа ортогона в ячеистый встречаются при увеличении размеров тела (O. felineus). У наиболее продвинутого Microphallus pygmaeus обнаружен

регулярный редкий ортогон (Котикова, 1969). Таким образом, один тип ортогона наблюдается в 5 семействах, отдаленных друг от друга в этой сборной группе. Появление того или иного типа ортогона никак не связано с систематическим положением трематод и само по себе не указывает на родство между ними. Приведем несколько примеров. Неравномерный ортогон присутствует у представителей 2 групп: в переднем отделе тела мариты F. hepatica, у Sphaerostoma bramae, у Fellodistomum fellis (Котикова, 1969: Котикова, Иоффе, 1990). Регулярный редкий ортогон отмечен у всех исследованных к настоящему времени церкарий, метацеркарий (Microphallus pygmaeus) и форм с терминальной брюшной присоской (Diplodiscus subclavatus) (Котикова, Иоффе, 1990).

Рис. 3. Platyias patulus: А - FMRFамид-, Б - 5-HT IR НС; 1 - 9 схема расположения КА-ергических мозговых нейронов коловраток: 1 - Philodina sp., 2 - Manfredium eudactylotum; 3 - Platyias quadricornis; 4 - Asplanchna herricki; 5 - Euchlanis dilatata; 6 - Notommata sp.; 7 - Lecane arcuata; 8 - Brachionus quadridentatus; 9 - Dicranophorus forcipatus.

Регулярный частый ортогон описан у глубоко специализированной, стоящей довольно низко на филогенетическом древе Azygia lucii с удлиненным мускулистым телом при мощно развитых присосках (Котикова, Селиванова, 1994). Имеется он и у Prosorhynchus squamatus, с хоботком на переднем конце (Котикова и др., 1984) и у Leucochloridium sp. с мощной брюшной присоской, сдвинутой на нижнюю половину тела (Котикова, 1991). В сем. Diplostomatidae (Strigeida) при лопатовидной форме “двухсегментного” тела на переднем конце появляются псевдоприсоски. Орган Брандеса, снабженный протеолитическими железами, располагается позади брюшной присоски. Появление этого органа способствует разрастанию задней части тела, для иннервации которой на стадии мариты и развивается большое число дополнительных кольцевых комиссур (Niewiadomska, Moczoс, 1987).

Наглядным примером влияния формы тела на тип ортогона служат мариты F. hepatica (эхиностоматида) и Opisthorhis felineus (плагиорхида). У обоих видов тело марит подразделяется на 2 части, где в первой просматривается неравномерный ортогон с 3 и 7 комиссурами, а в задней - ячеистый ортогон, наиболее развитый на вентральной стороне. В заднем отделе листовидного тела F. hepatica на брюшной стороне от вентральных стволов отходит до 6 радиальных тяжей, тогда как в том же отделе бокаловидного, вытянутого в длину тела O. felineus все боковые вентральные тяжи ориентированы под углом 90° к главным стволам. Разветвление этих структур у обоих видов приводит к образованию ячеистого ортогона.

ГЛАВА 7. КОЛОВРАТКИ (ROTIFERA).

7.1. Наиболее значимые литературные данные по строению нервной системы коловраток

Первым завершенным этапом в изучении нервной системы коловраток стали классические гистологические исследования, результаты которых были собраны и проанализированы А.Ремане (Remane, 1929-32). У бентических коловраток Notommatidae и активно плавающих Asplanchnidae выявлен погруженный дорсальный мозг с нейропилем и 2 пары продольных стволов: сильные вентральные и слабые дорсальные (Nachtweys, 1925), тогда как планктонная Synchaeta имеет только пару вентролатеральных стволов (Stossberg, 1932; Remane, 1929-32). ICC исследования нервной системы коловраток впервые были проведены в лаборатории эволюционной морфологии Зоологического института РАН и их результаты доложены на Х Международном симпозиуме в Австрии в 2003 г. (Kotikova et al., 2003) и с некоторым опозданием опубликованы (Kotikova et al., 2005). Только через год в литературе появилась первая статья, в которой описано распределение 5-HT IR элементов в нервной системе двух планктонных коловраток - Conochilus coenobasis и C. dossuarius (Hochberg, 2006). Это описание совпадает с нашими результатами. Годом позже выходит вторая статья этого же автора, в которой подробно описаны FMRFамид- и 5-HT IR участки нервной системы бентической коловратки Notommata copeus (Hochberg, 2007).

7.2. Результаты исследований

Изучено строение КА-ергической нервной системы у 12 видов коловраток, принадлежащих двум классам по классификации Г.И.Маркевича (1990)( Archeorotatoria и Eurotatoria) и 5 отрядам: Bdelloida, Transversiramida, Saeptiramida, Saltiramida и Antrorsiramida (Kotikova, 1995 б; 1998; Котикова, 1997 а, б).

КА-ергическая нервная ситема коловраток построена по единому плану и ее описание приводится на примере самой крупной хищной, лишенной панциря и ноги Asplanchna herricki (Guerne, 1888) (Saltiramida) достигающей 1 мм в длину. Дугообразный мозговой ганглий с 6 нейронами 5-6 мкм лежит ближе к дорсальной стороне (рис. 3, 4). Боковые участки ганглия загибаются на вентральную сторону и дают начало паре продольных вентролатеральных стволов, содержащих пару биполярных нейронов на уровне желудка.

Объектами ICC исследования локализации двух важных сигнальных субстанций: полипептида FMRFамида и серотонина (5-HT) послужили три вида высокоорганизованного класса коловраток Eurotatoria. Это - плавающе-ползающие панцирные Platyias (Plationus по Segers et al., 1993) patulus(рис.3, А-Б) , Euchlanis dilatata Ehrenberg, 1832 и плавающая Asplanchna herricki (Guerne, 1888).

FMRFамид IR модель A. herricki выявлена в мозге кольцеобразной форме, состоящем из 14 нейронов (Kotikova et al., 2003; 2005). Шесть нейронов (5.5 мкм в диаметре) имеют форму шестиугольника. Они образуют вентральную сторону мозгового кольца и лежат близко к переднему концу тела, тогда как другие восемь нейронов формируют дорсальную сторону кольца. В дорсолатеральной области мозга выделяются сильно окрашенные нейроны каплевидной формы (8 мкм). Под ними располагаются 2 пары нейронов сферической формы (4.5 мкм в диаметре) и, наконец, пара самых мелких нейронов (2 мкм) лежит в медиальной части мозга. Непосредственно от мозга начинаются вентролатеральные стволы, которые в своей проксимальной части включают пару нейронов и прослежены только в первой трети тела.

5-HT IR модель выявлена в дугообразном нейропиле мозга, состоящем из нескольких 5-HT IR волокон. (Kotikova et al., 2003,2005). Присутствует 2 пары нейронов: более мелкие срединные (3.5 мкм) имеют яркую окраску, тогда как более крупные (5 мкм) сдвинуты в латеральном направлении и окрашены слабее. Вентролатеральные стволы прослеживаются на большем расстоянии и включают две пары нейронов: проксимальные (6.6 мкм) и дистальные (8 мкм).

7.3. Общая характеристика строения ЦНС коловраток: сравнительный аспект.

Впервые проведенное мною картирование КА-ергических элементов в нервной системе 12 видов коловраток, далеко отстоящих друг от друга в систематическом отношении, и наше совместное с О.И.Райковой ICC исследование FMRFамид- и 5-HT IR у трех видов коловраток выявило удивительное однообразие в строении их ЦНС. Среди привлеченных к работе 2 вида изучены наиболее подробно, что дает нам самое максимальное на настоящее время представление об их нервной системе, построенной дорсальным мозгом и парой вентролатеральных стволов, соединенных у отдельных форм 1-2 поперечными комиссурами, что следует рассматривать как пример значительной концентрации проводящих путей.

В нервной системе исследованных коловраток присутствуют КА, FMRFамид и 5-HT IR элементы, расположенные в мозговых ганглиях и паре вентролатеральных стволов.

Мозговые нейроны коловраток составляют 20% от общего числа клеток (Martini, 1912). Применение компьютерной программы трехмерной реконструкции продемонстрировало четкую билатеральную симметрию расположения 200 нейронов мозга у Asplanchna brightwelli (Ware, Lopresti, 1975). Число мозговых нейронов в нашем материале незначительно (14-27), но постоянно для каждого вида и составляет 11-13,5 % от общего количества нейронов мозгового комплекса. И только у Notommata copeus ICC выявлены 40 перикарионов в мозге, содержащих FMRFамид и 5-HT IR (Hochberg, 2007), а у Notommata sp. - 4 КА-ергических мозговых нейрона, что составляет уже 22% от общего количества нейронов. Крупный мозговой ганглий низкоорганизованных коловраток Rotaria и Philodina, содержащий ХЭ, имеет форму колокола (Raineri, 1984), а КА-ергические элементы в этих ганглиях располагаются по периферии, составляя лишь незначительную часть мозга (Kotikova, 1995 б). В основных участках проводящей системы Х- и КА-ергические волокна проходят параллельно друг другу (Raineri, 1984; Kotikova, 1995 б). Основные отличия в строении ЦНС коловраток наблюдаются в расположении мозговых нейронов. Выделено 3 ступени усложнения в геометрии их расположения: Х-образная, дугообразная и кольцеобразная (рис. 3, 1-9). Мозговые нейроны могут вытягиваться в продольном направлении в 3 или 4 яруса, образуя Х-образные структуры (Philodina sp., Rotaria tardigrada, Manfredium eudactylotum (КА), Platyias patulus и Notommata copeus (5-HT IR) (Kotikova, 1995 б; Котикова, 1997а, б; Kotikova et al., 2005; Hochberg, 2007). У коловраток с дугообразным мозгом плавный изгиб отмечен у представителей рода Platyias и у Notommata sp. (КА), E. dilatata (5-HT IR), а более крутой - у E. dilatata (КА) и FMRFамид IR, у A. herricki (КА) и 5-HT IR (Kotikova, 1998; Kotikova et al., 2005). Двухярусная дуга обнаружена у Asplanchnopus multiceps (КА) (Котикова, 1997 б). Появление сходной геометрии расположения мозговых нейронов различной ергичности у представителей 2 отрядов или даже классов (рр. Platyias - Asplanchna и Philodina - Manfredium) говорит о независимом и параллельном развитии этих структур у далеко отстоящих друг от друга коловраток. У низших Bdelloida описан один тип расположения КА-ергических мозговых структур, а у более высокоорганизованных коловраток - все три. Двойное ICC окрашивание продемонстрировало независимое расположение мозговых нейронов при параллельном прохождении волокон различной активности, но всегда FMRFамид IR проходят под 5-HT IR. Аналогичная ситуация наблюдается и в других группах примитивных билатерия: у Acoela (Reuter et al., 2001 a, b; Raikova et al., 2004), у немертодерматид (Raikova et al., 2000 a) и у Rhabditophora (Kotikova et al., 2002).

Описанные у коловраток тонкие дорсальные стволы (Nachtwey, 1925; Remane, 1929-32), по-видимому, обладают иной ергичностью и IR. Высокая степень концентрации мозговых нейронов и проводящих путей служит показателем высокого уровня развития простой нервной системы коловраток. Однажды выработанная модель организации ЦНС коловраток сохраняет свои позиции на протяжении длительной эволюции группы.

7.4. Мускулатура и положение нервной системы коловраток

Коловратки обладают синцитиальными покровами. Их толщина варьирует в разных частях тела от 2 до 8 мкм (Brakenhoff, 1937). У беспанцирных коловраток налицо прозрачные покровы, а кутикула - более плотная в туловищном отделе (Кутикова, 2005). Актиновые волокна мускулатуры коловраток представлены наружными кольцевыми и внутренними продольными волокнами, среди которых выделяются сильные, хорошо оформленные ретракторы. Для низкоорганизованных коловраток отряда Bdelloida характерна комбинация движения с помощью пучков ресничек головного отдела и пяденицеподобного типа движения за счет работы кольцевых и продольных пучков мускульных волокон. Существование этих 2 типов движения парадоксально в силу эволюционной альтернативы такой локомоции. По-видимому, оно возможно благодаря традиционной функции короны как единственного, хотя и весьма несовершенного, источника добычи пищи у бделлоид (Маркевич, 1994).

У другой беспанцирной коловратки Asplanchnopus multiceps выявлены два мощных полукольцевых мускула короны, а в туловищном отделе 5 кольцевых и ряд продольных мускулов, среди которых выделяются 3 пары мощных ретракторов (Kotikova et al., 2004). Для панцирных коловраток характерно наличие различного количества ретракторов и модификация ряда кольцевых мускулов в дорсовентральные (Hochberg, Litvaitis, 2000; Kotikova et al., 2001б; Sшrensen et al., 2003; Котикова и др., 2006). Движение у большинства коловраток осуществляется за счет работы мускульной системы. Отсутствие у коловраток ресничного покрова и кожно-мускульного мешка привело к образованию отдельных кольцевых и продольных мускулов параллельно с хорошо развитыми ретракторами и послужило основными условиями отсутствия плексусов.

Нервная система коловраток относится к концентрированному ортогону (см. рис. 2) и залегает под мускулатурой.

ГЛАВА 8. ОБСУЖДЕНИЕ

К началу 60-х годов ХХ века в развитии нейробиологии сложилась ситуация, которая позволила использовать новые нейрохимические методы для изучения нервной системы беспозвоночных животных. В лаборатории эволюционной морфологии ЗИН РАН впервые стали применять новые нейрохимические методы по мере их появления, начиная с выявления ХЭ, затем КА и, наконец, 5-HT и FMRFамида для изучения нервной системы широкого круга представителей низших Metazoa. Применение новых методов, которые появлялись и модифицировались на протяжении более чем трех десятилетий, позволило получить принципиально новые результаты по анатомии и клеточному составу, по химизму отдельных нейронов и волокон большого числа групп, которые были слабо изучены или совсем не поддавались изучению традиционными гистологическими методами. Благодаря использованию комплекса методов нам удалось изучить организацию нервной системы 112 видов из так называемых “бескишечных турбеллярий” Acoela, которые оказались отдельной от Plathelminthes группой организмов в ранге типа, свободноживущих и паразитических Plathelminthes и весьма обособленной и специализированной группы Rotifera. В системе животного царства Acoela и Plathelminthes занимают уникальную позицию. Это - билатерально симметричные животные, у которых впервые возникает настоящий мозг, а присущее им морфологическое многообразие позволяет проследить последовательные этапы его усовершенствования и пути эволюционных преобразований.

На основе оригинальных результатов впервые выделены 3 ступени в организации нервной системы у “плоских червей”: комиссуральный мозг + стволовая нервная система (Acoela); эндональный мозг + стволовая нервная система (Catenulida) и эндональный мозг + ортогон у остальных свободноживущих и паразитических плоских червей и коловраток. Изучение Х- и КА-ергических, 5-HT- и FMRFамид IR участков позволило по-новому охарактеризовать нервную систему коловраток как на анатомическом уровне, так и по особенностям пространственного расположения мозговых нейронов. ЦНС Acoela и Plathelminthes - Catenulida представлена мозгом и продольными стволами, тогда как у Plathelminthes - Rhabditophora и Rotifera добавляются связываюшие их поперечные или кольцевые комиссуры. Центральной частью ЦНС становится мозг. Мозг Acoela имеет форму одного или нескольких колец, соединенных поперечными тяжами. Такой мозг был назван комиссуральным (Raikova et al., 1998). Мозг плоских червей разнообразен по форме, что соответствует систематическому положению отдельных групп, форме и размерам тела: дугообразный, кольцеобразный, элипсовидный, бабочковидный, гантелевидный, трапециевидный, двулопастной, подковообразный.

Среди плоских червей в разных группах независимо появляются и эволюционируют продольные стволы и происходит олигомеризация и стабилизация их числа (обычно 3 пары). Однако увеличение размеров тела у паразитических форм приводит к постепенному их увеличению до 12 пар в ЦНС у низших цестод отряда Pseudophyllidea и до 60 пар тонких дополнительных стволов в субмускулярном плексусе (Котикова, 1979).

ЦНС Plathelminthes-Rhabditophora и Rotifera включает мозг, продольные нервные стволы и соединяющие их кольцевые или поперечные комиссуры. Такая нервная система была названа ортогоном (Reisinger, 1925). Исследованный материал позволяет выделить 8 типов ортогонов (Котикова, 1991). При определении типа ортогона особое внимание уделяется расположению продольных стволов и связывающих их комиссур, а также количеству и конфигурации последних. Возникновение ортогона одного типа в разных филогенетических ветвях говорит о его независимом формировании. Такая картина встречаемости одного типа ортогона в очень далеких друг от друга группах демонстрирует ярко выраженный независимый и параллельный характер эволюции нервного аппарата в пределах исследованных нами групп Spiralia. Тип ортогона зависит от размеров и формы тела и может меняться в онтогенезе. Таким образом, применение архитектоники нервной ситемы для макрофилогенетических построений весьма ограничено.

У Polycladida описано максимальное число, а именно - 4 плексуса (Minichev, Pugovkin, 1979; Котикова, 1983; Koopowitz, 1986). Во всех других исследованных группах Spiralia, за исключением коловраток, лишенных плексусов, выявлены субэпителиальный и субмускулярный; остальные обнаружены в разных группах или вместе, или отдельно в разных комбинациях. Особенно интересны сведения о поверхностном эпителиальном плексусе, описанном у Acoela (Reuter et al., 1998, 2001a, б; Raikova, 2004). Погружение участков первичного эпителиального плексуса в субэпителиальное и (следом за ним) путем концентрации в субмускулярное положение, проходит у турбеллярий в несколько этапов и приводит к многослойным плексусам. За счет элементов субмускулярного плексуса методом централизации нервных элементов формируются продольные нервные стволы. Все 3 плексуса, несомненно, имеют эктодермальное происхождение. По данным Ю.С. Миничева и А.П.Пуговкина (Minichev, Pugovkin, 1979) погруженный паренхимный плексус, образованный крупными мультиполярными клетками, не демонстрирует связи с эпителиальным плексусом, что дает право предполагать его иное происхождение. Проблема возникновения и закладки этого плексуса к настоящему времени не решена. Все плексусы демонстрируют различную степень наполнения Х-, КА-ергическими, 5-HT- и FMRFамид IR волокнами. В субэпителиальном плексусе доминирующим нейротрансмиттером является 5-HT, тогда как в субмускулярном это - FMRFамид и АХ (Halton, Maule, 2004). В субмускулярном плексусе вентральной стороны тела Acoela Childia groenlandica четко выделяются только 5-HT IR волокна (Raikova et al., 2004). Иной химизм демонстрирует субмускулярный плексус и тонкие периферические продольные стволы, имеющие сильную пептидергическую IR (Gustsfsson, Wikgren, 1989; Halton, Maule, 2004). В иннервации присосок высшей цестоды Moniezia expansa доминирует Х-ергическая нервная система, которую дополняют 5-HT и пептидергические волокна с редкими клетками (Maule et al., 1993). При этом не следует забывать, что 5-HT и FMRFамид это - возбуждающие медиаторы, а АХ - тормозящий. Комплексное исследование Х- и КА-ергических, 5-HT- и FMRFамид IR участков нервной системы, проводимое с помощью флуоресцентного и CLSM, существенно дополнили результаты, полученные классическими гистологическими методами. Все четыре нейротрансмиттера одновременно присутствуют в мозге и продольных стволах и порознь в разных участках комиссур и плексусов. Субмускулярный плексус неразрывен с продольными стволами (Reuter, Halton, 2001; Halton, Maule, 2004; Котикова, Райкова, 2007, 2008). Параллельное расположение Х- и КА-ергических элементов в нервной системе плоских червей происходит потому, что их противоположные эффекты осуществляются в результате действия на общий белок (Турпаев, Манухин, 1981). Паразитизм не ведет к редукции и упрощению нервной системы; напротив, возникают дополнительные структуры для иннервации органов прикрепления.

Результаты исследования анатомо-топографических особенностей ЦНС и плексусов Acoela и Plathelminthes при отсутствии плексусов у Rotifera следует рассматривать как первый трехступенчатый этап эволюционных преобразований первично примитивного интраэпителиального нервного плексуса низших Bilateria. Чтобы объективно представить филогенетическое положение различных таксонов плоских червей, как один из различительных критериев, стали активно использовать анализ особенностей строения их нервной системы. В этой связи подчеркнутое в данной работе максимальное развитие элементов нервной системы на дорсальной стороне Acoela и вентральной стороне Plathelminthes - Rhabditophora, служит важным аргументом для разделения Acoela и Plathelminthes.

Результаты молекулярно-филогенетических исследований, основанных на анализе 18S рДНК, с включением многочисленных видов Acoela и 3 видов Nemerthodermatida из 9 известных, позволили констатировать, что эти две группы следует рассматривать как отдельные, лежащие в основании Bilateria и не связанные с Plathelminthes (Jondelius et al., 2002). Дополнительные молекулярные исследования, проведенные в пределах двух отдаленно родственных групп Acoela, выявили похожий сокращенный комплект Hox генов, что позволяет рассматривать Acoela как специализированную ветвь, которая отделилась от Bilateria раньше Protostomia и Deuterostomia (Cook et al., 2004). Сокращенный комплект Hox генов можно считать анцестральным признаком Acoela, которые могли отойти от других билатерия до развития у последних 8-10 Hox генов, характерных для большинства Bilateria.

Таким образом, перед нами подробно описанная картина строения ЦНС и плексусов Acoela - Plathelminthes - Rotifera. Большой сравнительный материал позволил выделить последовательные ступени эволюционных преобразований первично примитивной плексусной нервной сети исходных анцестральных форм. Это - первый этап усовершенствования нервной системы примитивных Bilateria, который закончился образованием мозга и сложной проводящей системы, в составе которой выделены 4 нейротрансмиттера. Термин “простая нервная система”, который мы употребляем для плоских червей, уже давно стал неподходящим (Fairweather et al., 1990), ибо выявленные у них медиаторы демонстрируют более сложную нервную систему, чем считали прежде.

ВЫВОДЫ

1. Сравнительно-мофологическое исследование нервной системы у 112 видов низших Bilateria в ряду Acoela - Plathelminthes-Catenulida - Plathelminthes-Rhabditophora - Rotifera выявило три ступени эволюционных преобразований: комиссуральный мозг + стволовая нервная система Acoela; эндональный мозг + стволовая нервная система Catenulida; эндональный мозг + ортогональная нервная система Rhabditophora и Rotifera.

2. Для Acoela характерны комиссуральный мозг, состоящий из 2-3 кольцевых мозговых комиссур и 3-5 пар продольных стволов, среди которых более развитыми всегда оказыаются дорсальные. Не выявлено никаких признаков ортогона, нет и 5-HT- и FMRFамид IR эндона, характерного для Plathelminthes. Эти морфологические особенности нервной системы свидетельствуют в пользу выделения Acoela из состава Plathelminthes.

3. У свободноживущих и паразитических Rhabditophora описан погруженный мозг различной формы и выделены отряды, в которых он отделен соединительнотканной оболочкой от паренхимы. Наличие защитной оболочки мозга, несомненно, прогрессивная особенность, но встречается она в удаленных друг от друга отрядах, относящихся к разным ветвям филогенетического древа Plathelminthes, что свидетельствует о параллельном достижении такого высокого морфологического уровня.

4. В ортогональной нервной системе Rhabditophora от мозга отходят обычно более развитые вентральные или латеральные стволы, а дорсальные связаны с ним 1-3 парами корешков. Максимальная концентрация элементов нервной системы приводит к слиянию проксимальных участков вентральных и латеральных стволов, а у отдельных Rhabdocoela к ним присоединяются и дорсальные.

5. У Plathelminthes количество выявленных мозговых нейронов невелико (10 - 40). Общее число КА-ергических нейронов (20-24), несколько больше 5-HT IR (28-36) и FMRFамид IR (22-60). Для каждого вида число нейронов постоянно. Все четыре нейротрансмиттера одновременно присутствуют в мозге, продольных стволах и порознь в разных участках комиссур и плексусов.

6. Максимальное число плексусов выявлено у поликлад: эпителиальный, субэпителиальный, субмускулярный и внутренний. В других группах плоских червей обнаружены субэпителиальный и субмускулярный плексусы, а у крупных форм к ним добавляется и внутренний. В субэпителиальном плексусе доминируют 5-HT IR волокна, а в субмускулярном FMRFамид IR и Х-ергические элементы. Установлено параллельное прохождение волокон различного химизма по ходу всех проводящих путей, за исключением отдельных участков комиссур, но всегда FMRFамид IR волокна локализованы под 5-HT IR. Х-ергические и FMRFамид IR волокна плотно упакованы в продольных стволах и составляют большую часть их нервной системы. Этим можно объяснить ту максимальную информацию по строению проводящей системы, которую мы получаем при выявлении ХЭ.

7. Разработана анатомическая классификация проводящих путей Plathelminthes, выделено восемь типов ортогонов. Для ортогональнальной нервной системы характерно максимальное развитие вентральных или латеральных стволов. Формирование каждого типа ортогона напрямую связано с морфологическими особенностями организмов, размером и формой тела, а у паразитических форм также со строением и расположением органов прикрепления. Выявление одного и того же типа ортогона у представителей филогенетически далеких групп плоских червей говорит о независимом и параллельном развитии ортогонов.

8. В онтогенезе элементы Х-ергической нервной системы возникают в мозге однодневной мюллеровской личинки поликлад, корацидия цестод и мирацидия трематод, а формирование ортогональной нервной системы происходит, соответственно, перед оседанием мюллеровской личинки, у процеркоида и церкарии. На личиночных стадиях развития паразитических плоских червей выявляется регулярный редкий или частый ортогон, тогда как у половозрелых форм происходит изменение типа ортогонов.

9. Применение гистохимических и ICC методик исследования нервной системы и флуоресцентного метода обнаружения Ф-актиновых волокон в мускулатуре в сочетании с флуоресцентной и сканирующей микроскопией позволило выявить анатомо-топографические особенности строения нервной системы и места расположения четырех нейротрансмиттеров. Самую полную информацию дает метод выявления ХЭ.

10. Нервная система коловраток построена по единому плану и представлена дорсальным мозгом, парой продольных вентролатеральных стволов, соединенных у отдельных видов 1-2 поперечными комиссурами, что соответствует концентрированному ортогону. Плексусы не выявлены. В нервной системе присутствуют КА, 5-HT и FMRFамид.

11. В изученных группах коменсально-паразитических турбеллярий и паразитических платод не выявлено ни редукции, ни упрощения нервной системы. Напротив, для иннервации органов прикрепления возникают дополнительные ганглиозные структуры, а в густом субмускулярном плексусе обнаружены дополнительные волокна, продольно ориентированные вдоль основных стволов.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ, ИСПОЛЬЗОВАННЫХ В ТЕКСТЕ И РИСУНКАХ

нервный система стволовой ортогональный

АХ - ацетилхолин, ВЛС - вентролатеральный ствол, ВС - вентральный ствол, ГС - главный ствол, ДЛС - дорсолатеральный ствол, ДС - дорсальный ствол, К-ергический -катехоламинергический, КК - кольцевая комиссура, КМ - комиссуральный мозг, ЛС - латеральный ствол, М - мозг, НС - нервная система; ПВВС - передняя ветвь вентрального ствола, ПДПК - переднее дорсальное полукольцо, ПНС - простая нервная система; СМП - субмускулярный плексус, Х-ергический -холинергический, ХЭ - холинэстераза, ЦНС - центральная нервная система, ЭМ - электронная микроскопия; CLSM - конфокальный лазерный сканирующий микроскоп, ICC - иммуноцитохимический, IR- иммунореактивный.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Котикова Е.А. Гистохимический метод изучения нервной системы у плоских червей // Паразитология, 1967. Т. 1, № 1. С. 79 - 81.

2. Котикова Е.А. Холинэстераза трематод и некоторые особенности строения их нервной системы // Паразитология, 1969. Т. 3, № 6. С. 532 - 537.

3. Котикова Е.А. Сравнительно-анатомическое исследование нервного аппарата плоских червей (Plathelminthes) :Автореф. дисс. канд. биол. наук. - Л., 1971. 21 с.

4. Мамкаев Ю.В., Котикова Е.А. О морфологических особенностях нервного аппарата бескишечных турбеллярий // Зоол. журн., 1972. Т. 51, вып. 4. С. 477 - 489.

5. Котикова Е.А. Некоторые особенности нервного аппарата Proseriata (Turbellaria) // Зоол. журн., 1976 а. Т. 55, вып. 4. С. 508 - 514.

6. Котикова Е.А.Сравнительно-анатимическое исследование нервного аппарата цестод отряда Pseudophyllidea // Проблемы зоологии. Отчетная сессия ЗИН АН СССР по итогам работ 1975 г. - Л.; 1976 б. С. 50 - 52.

7. Котикова Е.А., Куперман Б.И. Развитие нервного аппарата Triaenophorus nodulosus (Cestoidea, Pseudophyllidea) в онтогенезе // Паразитология, 1977. Т. 11, № 3. С. 252 - 259.

8. Котикова Е.А.. Куперман Б.И. Анатомия нервного аппарата цестод семейств Amphicotylidae и Diphyllobothriidae (Pseudophyllidea) // Паразитология, 1978 а. Т. 12, № 3. С. 210 - 217.

9. Котикова Е.А., Куперман Б.И. Новые данные о строении нервного аппарата цестод отряда Pseudophyllidea // Биол. моря, 1978 б. № 6. С. 41 - 46.

10. Котикова Е.А. Особенности эволюции нервного аппарата цестод // Эволюционная морфология беспозвоночных. Тр. Зоол. ин-та АН СССР. 1979. Т. 84. С. 34 - 38.

11. Котикова Е.А. Морфологические особенности развития нервного аппарата мюллеровской личинки поликлад // Биология моря, 1981. № 6. С. 30 -36.

12. Котикова Е.А. Нервная система турбеллярии Acerotisa sp. (Polycladida, Cotylea) // Зоол. журн., 1983 а. Т. 62, вып. 8. С. 1148 - 1154.

13. Котикова Е.А. Особенности строения нервной системы диплозоонид (Monogenea, Diplozoonidae) // Исследование по морфологии и фаунистике паразитических червей. Тр. Зоол. ин-та АН СССР. 1983 б. Т. 121. С. 12 - 17.

14. Иоффе Б.И., Котикова Е.А. Нервная система Scutariellidae (Turbellaria, Temnocephalida) // Паразитология, 1983. Т. 57, № 2. С. 101 - 106.

15. Котикова Е.А., Иоффе Б.И., Руновская И.В. Нервная система Prosorhynchus squamatus (Trematoda: Bucephalidae) // Паразитология,1984. Т.18, № 5. С. 408-412.

16. Котикова Е.А., Иоффе Б.И., Резник Г.К. О строении нервной системы мариты трематод (в связи с вопросом об изменениях нервной системы плоских червей при переходе к паразитизму) // Простые нервные системы. - Казань: Изд-во КГУ, 1985. Ч.1. С. 105 - 107.

17. Котикова Е.А. Нервная система Anoplodium mediale (Turbellaria, Anoplodiidae) // Паразитология, 1986. Т. 20, №. 2. С. 149 - 151.

18. Kotikova E.A. Comparative characterization of the nervous system of the Turbellaria // Hydrobiologia, 1986. Vol. 132. P. 89 - 92.

19. Иоффе Б.И., Котикова Е.А. Нервная система Acanthocotyle verrilli (Monogenea, Acanthocotylidae) // Исследование моногеней. Тр. Зоол. ин-та АН СССР. 1988. Т. 177. С. 107 - 116.

20. Иоффе Б.И., Котикова Е.А., Резник Г.К. Строение нервной системы мариты Opisthorchis felineus // Тр. ВИГИС. 1988. Т. 29. С. 60 - 69.

21. Котикова Е.А., Иоффе Б.И. Катехоламины и холинэстеразы в нервной системе турбеллярии Provortex karlingi // Журн. эвол. биохим. и физиол.,1988 а. Т. 24, № 2. С. 142 - 148.

22. Котикова Е.А., Иоффе Б.И. Нервная система рабдоцелоидных турбеллярий Graffilla и Pseudograffilla в связи с их систематическим положением // Зоол. журн., 1988 б. Т. 67,

23. вып. 11. С. 1621 - 1630.

24. Иоффе Б.И., Котикова Е.А. Строение нервной системы Dalyellioida (Turbellaria, Neorhabdocoela) // Зоол. журн.,1989 а. Т. 68, вып. 2. С. 165 - 177.

25. Иоффе Б.И., Котикова Е.А. О нервной системе Polycystididae и Koinocystididae (Turbellaria, Kalyptorhynchia) // Морфология ресничных червей. Тр. Зоол. ин-та АН СССР. 1989 б. Т. 195. С. 47 - 69.

26. Котикова Е.А., Иоффе Б.И. Холинэстеразы в нервной системе трематод Diplodiscus subclavatus и Fellodistomum fellis // Паразитические и свободноживущие черви: фаунистика и морфология. Тр. ЗИН АН СССР. 1990. Т. 221. С. 26 - 38.

27. Котикова Е.А. Ортогон плоских червей и основные пути его эволюции // Морфологические основы филогенетики плоских червей. Тр. Зоол. ин-та АН СССР. 1991. Т. 241. С. 88 - 111.

28. Тимофеева Т.А., Котикова Е.А. Нервная система низших моногеней, представителей отрядов Tetraonchoidea и Dactylogyroidea // Паразитология, 1993. Т. 27, № 2. С. 118 - 125.

29. Котикова Е.А., Селиванова Р.В. Об особенностях строения нервной системы двух видов трематод из группы Prosostomata // Паразитология, 1994. Т. 28, № 3. С. 236 - 244.

30. Kotikova E.A. Glyoxylic acid induced fluorescence in the nervous system of Gyratrix hermaphroditus (Kalyptorhynchia, Polycystididae) // Hydrobiologia, 1995 a. Vol. 305. P. 135 - 139.

31. Kotikova E.A. Localization and neuroanatomy of catecholaminergic neurons in some rotifer species // Hydrobiologia, 1995 б. Vol. 313 / 314. P. 123 - 127.

32. Тимофеева Т.А., Котикова Е.А. Особенности топографии нервной системы моногеней // Паразитология, 1995. Т. 29, № 2. С. 127 - 139.

33. Котикова Е.А. Локализация катехоламинов в нервной системе коловраток отряда Transversiramida // Докл. РАН, 1997 а. Т. 353, № 6. С. 841 - 843.

34. Котикова Е.А. Распределение катехоламинэргических элементов в нервной системе коловраток (Rotifera) // Зоол. журн., 1997 б. Т. 76, № 11. С. 1277 - 1282.

35. Котикова Е.А. Распределение холинэстераз и катехоламинов в нервной системе тифлопланид // Журн. эвол. биохим. и физиол., 1997 в. Т. 33, №. 2. С. 135 - 141.

36. Raikova O.I., Reuter M., Kotikova E.A., and Gustafsson M.K.S. A commissural brain! The pattern of 5-HT immunoreactivity in Acoela (Plathelminthes) // Zoomorphol., 1998. Vol. 118. P. 69 - 77.

37. Kotikova E.A. Catecholaminergic neurons in the brain of rotifers // Hydrobiologia, 1998. Vol. 387/388. P. 135 - 140.

38. Kotikova E.A., Raikova O.I., Flyatchinskaya L.P., Reuter M., Gustafsson M.K.S. Rotifer muscles as revealed by phalloidin-TRITC staining and confocal scanning laser microscopy // Acta Zool. (Stockh.), 2001 . Vol. 82. P. 1 - 9.

39. Котикова Е.А. Катехоламинэрические нейроны в нервной системе Neorhabdocoela (Turbellaria) // Журн. эвол. биохим. и физиол., 2001. Т. 37, № 4. С. 323 - 328.

40. Kotikova E.A., Raikova O.I., Reuter M., Gustafsson M.K.S. The nervous and muscular system in the free-living flatworm Castrella truncata (Rhabdocoela): an immunocytochemical and phalloidin fluorescence study // Tissue & Cell, 2002. Vol. 34, N 5. P. 365 - 374.

41. Kotikova E.A., Raikova O.I., Reuter M., Gustafsson M.K.S. Musculature of an illoricate predatory rotifer Asplanchnopus multiceps as revealed by phalloidin fluorescence and confocal microscopy // Tissue & Cell, 2004. Vol. 36. P. 189 - 195.

42. Kotikova E.A., Raikova O.I., Reuter M., Gustafsson M.K.S. Rotifer nervous system visualized by FMRFamide and 5-HT immunocytochemistry and confocal laser scanning microscopy // Hydrobiologia, 2005. Vol. 546. P. 239 - 248.

43. Котикова Е.А., Райкова О.И., Флячинская Л.П. Исследование архитектоники мускулатуры коловраток методом флуоресценции с применением конфокальной микроскопии // Журн. эвол. биохим. и физиол. , 2006. Т. 42, № 1. С. 72 - 79.

44. Котикова Е.А., Райкова О.И. Особенности строения центральной нервной системы Acoela, Plathelminthes и Rotifera // Ученые записки Казанского гос. ун-та. Серия Естеств. науки, 2007. Т. 149, кн. 3. С. 126 - 131.

45. Котикова Е.А., Райкова О.И. Архитектоника центральной нервной системы Acoela, Plathelminthes и Rotifera // Журн. эвол. биохим. и физиол., 2008. Т. 44, № 1. С. 84 - 94.

Размещено на Allbest.ru