ИСТИНА

Всестороннее изучение функциональной анатомии и биологии развития беспозвоночных создает основу фундаментальных научных исследований эволюционных процессов, играет решающую роль в понимании функционирования биоценозов и живых систем в целом. Полученные результаты могут быть использованы для биотехнологических целей, а также для генетического и морфологического мониторинга биоразнообразия. Проводимые исследования необходимы для разработки диагностики и прогноза изменения природной среды в ХХI веке в России под влиянием природных и антропогенных факторов, оценки экологических последствий глобальных изменений климата, и сохранения жизнеобеспечивающих функций природных биосистем всех уровней организации.

Detailed study of functional anatomy and developmental biology of invertebrates creates the basis of the fundamental scientific investigation of evolutionary processes, and plays the crucial role in understanding of biocoenosises and living system functioning in general. Findings can be used for biotechnological purposes, and for genetic and morphological biodiversity monitoring. The research is necessary for diagnostics and forecast of environmental changes in XXI century in Russia under the effect of natural and anthropogenic factors, estimation of ecological consequence of global climate alterations, and preservation of life sustenance function of natural biosystems at all levels of organisation.

Будут получены новые данные об эмбриональном и раннем постэмбриональном развитии ряда видов Metazoa, относящихся к типам Porifera, Cnidaria и Arthropoda. Процессы регенерации и бесполого размножения будут сопоставлены с морфогенезами при половом размножении. Анализ клеточного поведения и ряда механизмов регуляции формообразования послужит основой для последующего изучения эволюционных механизмов. На основании анализа морфологических, ультраструктурных и молекулярных признаков будет проведена реконструкция системы Tantulocarida, загадочной группы миниатюрных паразитических ракообразных.

1. Продолжено изучение закономерности морфогенетических процессов у представителей низших многоклеточных – представителей Губок и Стрекающих. На гистологическом и ультраструктурном уровнях описаны процессы раннего эмбрионального развития и метаморофза личинок гидроидных Gonothyraea loveni, Sarsia lovenii, Clava multicornis и Aglantha digitale. Проанализировано поведение клеток (пролиферация, миграция, дифференцировка) начиная со стадий дробления, формирования личинки и ее метаморфоза в первичный полип. Выявлены определенные различия в порядке формирования нервной системы у личинок Гидроидных, относящихся к разным экологическим группам. Начато сравнительное изучение закономерностей морфогенезов на начальных стадиях формирования медузоидной стадии Гидроидных и Сцифоидных, что позволит в дальнейшем приблизиться к пониманию базового жизненного цикла Стрекающих (Cnidaria) для решения спорных вопросов филогении этой группы низших Metazoa. 2. Проведены и продолжаются сборы материала для изучения паразитических стадий мешкогрудых ракообразных (Ascothoracida). С применением различных методов световой, электронной и лазерной конфокальной микроскопии изучены и описаны новые для науки виды из центрально и северной Пацифики. По генам 28S и трем белок-кодирующим генам проведен молекулярно-генетический анализ филогении группы Thecostraca, включая представителей миниатюрных паразитов, представителей группы Tantulocarida. Полученные филогенетические деревья подтверждают выдвинутую ранее гипотезу о сестринском положении Tantulocarida по отношению к Cirripedia внутри таксона Thecostraca. Продолжаются исследования ультраструктуры личиночных стадий Tantulocarida.

В соответствие с заявленными в технических заданиях целями проекта исследования проводились по двум основным направлениям: 1) Изучение развития и вегетативного размножения низших многоклеточных (Porifera, Cnidaria); 2) Исследование филогенетических связей между ракообразными класса Thecostraca. Целью исследований по первому направлению было проведение сравнительного анализа эмбрионального и раннего пост-эмбрионального развития представителей Гидроидных (Hydrozoa) и Сцифозоа (Scyphozoa), отличающихся закономерностями жизненного цикла. В ряде исследований акцент был сделан на формировании нервной системы и ее трансформации в случае метаморфоза личинки. 1. Впервые детально, с применением классических и современных методов, изучено эмбриональное и ранее постэмбриональное развитие гидроидного Aglantha digitale. Данный вид представляет значительный сравнительный интерес, так как характеризуется прямым развитием медузы из личиночной стадии без полипоидной стадии. Изменение жизненного цикла наложило определенные изменения на эмбриональное развитие, и на развитие нервной системы. Нервная система у данного вида в значительной степени напоминает формирование нервной системы у одиночных гидроидных полипов. Получен обширный материал по созреванию ооцитов у гидроидного Ectopleura larynx, которое происходит путем слияния предшественников с образованием синцития. Многочисленные ядра такого синцитиального ооцита продолжают, судя по всему, активно участвовать в процессах раннего развития зародыша вплоть до стадии гаструлы. Анализ эмбрионального развития E. larynx позволяет утверждать, что развитие происходит без метаморфоза. Жизненный цикл Sarsia lovenii мало отличается от типичного для Hydrozoa жизненного цикла со сменой полипоидного и медузоидного поколения. Вместе с тем, проведенные исследования позволили выявить характерные особенности эмбрионального развития и формирования личиночной нервной системы, связанные с малоклеточностью личинки. Подробное изучение закономерностей полового размножения широко распространенного вида Clava multicornis позволило обнаружить и описать феномен гермофрадитизма и интерсексуальности. Данный вид гидроидного обычно представлен раздельнополыми колониями. Однако в условиях плотных агрегированных поселений были обнаружены гермафродитные колонии, несущие, кроме того, интерсексуальные гонофоры («гонады»). Экспериментально показано, что это возможно за счет срастания гистосовместимых колоний разного пола и миграции предшественников половых клеток. На примере двух видов колониальных гидроидных, относящихся к разным основным группам Гидроидных - Obelia longissima (Thecata) и Sarsia loveni (Athecata) – проведен анализ процесса вегетативного размножения. Основное внимание было обращено на закономерности клеточного поведения формирование нервной системы в отделяющихся фрагментах. Показано, что основную роль в отделении фрагментов от колонии играет апоптоз клеток. Неровная система во вновь формирующихся из фрагментов колониях развивается заново из предшественников – и-клеток. 2. Проведены исследования эмбрионального и раннего пост-эмбрионального развития ряда представителей Сцифоидных (Scyphozoa, Cnidaria). Анализ эмбрионального развития сцифоидных Aurelia aurita, Cyanea capillata и и C. tzetlinii позволил провести сравнение процессов гаструляции у сцифоидных и кораллов. На основании этого сделан вывод о том, что гаструляцию у сцифоидных можно рассматривать как видоизменение «базового варианта гаструляции» у кораллов на основе гетерохронии. Процессов формирования глотки первичного полипа «перенесен» с личиночной стадии на стадию метаморфоза личинки после ее прикрепления к субстрату. Выявлена закономерность формирования септ у сцифополипов, детально изучена их анатомия и ультраструктура. Результаты позволяют утверждать, что принцип организации полипоидных стадий кораллов и сцифоидных сходен. Получены уникальные данные об эмбриоанльном развитии сидячей медузы эмбрионального развития Lucernaria qudricornis (Staurozoa). Начато изучение процесса гаструляции у сцифомедузы Pelagia noctiluca с прямым развитием. Полученные по этому направлению результаты позволят провести более детальный сравнительно-эволюционный анализ закономерностей развития представителей Стрекающих (Cnidaria). Кроме того, понимание разнообразия раннего развития представителей этой группы поможет в прогнозе вероятных изменений в функционировании биосистем при возможных изменениях природной среды. 3. Проведен детальный сравнительный анализ процесса реагрегации клеток и восстановления исходной организации животного у двух видов губок. Для работ по этому направлению были выбраны представители трех наиболее многочисленных групп губок, относящихся к кл. Demospongiae и кл. Calcarea (п/кл Calcaronea и п/кл Calcinea). Одной из форм пластичности организации губок является способность их клеток к реагрегации после диссоциации тканей животного. В ходе этого процесса происходит формирование многоклеточных агрегатов разнообразного строения, и при определенных условиях может происходить полное восстановление исходной организации животного. В работе были проанализированы факторы, влияющие на процесс реагрегации и его финальную стадию, закономерности клеточного поведения. Полученные результаты и отработанные методы и подходы делают процесс реагрегации клеток удобной модельной системой, которая позволяет в контролируемых условиях изучать функционирование тканей губок, что поспособствует более глубокому пониманию особенностей организации и биологии этих древних животных. Данное направление исследования имеет прикладной потенциал, так как может послужить основой разработки промышленного культивирования губок с целью получения биологически активных соединений. Целью исследований по второму направлению было проведение всесторонних исследований ракообразных, представителей групп Thecostraca и Tantulocarida. Достижение этой цели возможно на основе всесторонних исследований с использованием двух основных подходов: молекулярно-генетического и морфологического. Паразитические ракообразные Tantulocarida — являются крайне мало изученным таксоном. Необходима полная реконструкция их жизненного цикла и детальное изучение анатомии и ультраструктуры различных стадий в жизненном цикле, а также исследование их распространение и биоразнообразия. Группа Thecostraca представлена либо сидячими (Cirripedia: Acrothoracica, Thoracica), либо паразитическими ракообразными (Ascothoraciada, Facetotecta, Cirripedia: Rhizocephala). На основе изучения развития, морфологии и ультраструктуры представителей Thecostraca возможно понять эволюцию паразитизма внутри группы, выявить весь спектр приспособлений к паразитическому образу жизни. В ходе работ по данному направлению получены следующие результаты: 1. По свободно-живущим личинкам описаны два новых вида Tantullocarida (Tantulacus coroniporus sp. nov и Polyniapodella thieli sp.nov) из Атлантического океана с глубин около 5726 м. Для исследований тантулокарид впервые использована конфокальная лазерная микроскопия (CLSM), что позволяет изучать единичные образцы (голотипы) небольших (75-150 мкм) личинок тантулюсов без риска их потери, который высок при подготовке для исследований на сканирующем электронном микроскопе. Использование конфокальной микроскопии позволило описать структуру и скульптуру наружных покровов, а также некоторые внутренние структуры тантулюса, такие как стилет, хоботок, кишка, мышцы, в том числе ретракторы стилета. Это представляет отдельный интерес, так как целый ряд органов личинки тантулюса, дегенерирует после её оседания на хозяина. 2. Мониторинг популяции Tantulocarida в окресностях ББС МГУ (Белое море). Сбор проб в двух локациях в типичном местообитании изучаемых видов в летний и зимний период проведен с целью обнаружения ранее не изученных половозрелых самок беломорских тантулокарид. Был сделан предварительный вывод, что тантулокариды переживают зимний период на стадии прикрепившегося тантулюса. 3. Участие в 2016 году в Немецко-Российском глубоководном рейсе (So250) на немецком судне Sonne в Тихом океане в районе Курило-Камчатского желоба (KURAMBIO II) позволило собрать пробы из мест потенциального обитания Тантурокарид, имеющих в основном глубоководное распространение. В ходе экспедиции KURAMBIO II удалось собрать уникальный материал по данной группе ракообразных с ультраабиссальных глубин, что впервые подтверждает их распространение в хадальной зоне Мирового океана. В ходе разбора проб тантулокариды были обнаружены в пробах на всех исследованных глубинах: от 5500м до 9300м. В ультраабиссальной зоне Мирового океана (глубже 5000м) тантулокариды отмечены впервые. В качестве хозяев зарегистрированы гарпактициды 9 родов, а также один вид равноногих раково (Isopoda: Macrostyllidae). Сделана уникальная находка: два экземпляра партеногенетических стадий тантулокарид были обнаруженны на глубине 3000-6000 м, прикрепленными к планктонным гарпактицидам рода Nodivorax, являющихся типично планктонными видами. Сделанная находка — это первый случай заражения планктонных ракообразных тантулокаридами. Впервые в районе Курило-Камчатского желоба были собраны представители двух отрядов (Dendrogastrida и Laurida) мешкогрудых ракообразных (Ascothoracida). Зарегистрирован новый вид хозяина для паразитического мешкогрудого рода Dendrogaster. Два предположительно новых вида Ascothoraх (отр. Laurida) были обнаружены в генитальных бурсах двух различных видов офиур. Описаны два новых вида и новый род мешкогрудых ракообразных (Thecostraca: Ascothoracida) с глубин 5200-5700 м Курило-Камчатской впадины. Ascothorax rybakovi Kolbasov et Petrunina, 2018, паразитирующий в генитальных бурсах офиуры Amphiophiura cf. pacifica (Litvinova 1971) и Cardiosaccus pedri Kolbasov et Petrunina 2018 – паразит офиуры Ophiacantha pacifica (Lütken & Mortensen 1899). На основании морфологических признаков проведена ревизия семейства Ascothoracidae, показана невалидность рода Parascothorax. В ходе разбора проб был обнаружен один экземпляр изоподы семейства Macrostyllidae, с прикрепленным к нему паразитом (Tantulocarida, Doryphallophoridae). Образец был изучен при помощи конфокальной лазерной и световой микроскопии, что позволило по одному экземпляру паразита получить информацию о морфологических признаках личинки и взрослой стадии — самца. В ходе разбора пробы глубоководного планктона из района Курило-Камчатского желоба собрано более 40 экземпляров паразитов планктонных гарпактицид сем. Aegisthidae (род Pontostratiotes). В том числе - уникальная находка самки тантулокариды. Ранее самки тантулокариды были найдены всего дважды за всю историю изучения этого таксона. 4. Подготовлено описание нового вида, относящегося к роду Microdajus (Tantulocarida: Microdajidae) — паразита клешненосного ослика (Tanaidacea) с абиссальной равнины Индийского океана. Всего на одном экземпляре хозяина было обнаружено пять паразитов на разных стадиях развития: личинка-тантулюс, развивающиейся самцы, партеногенетическая самка. Опубликовано описание двух новых видов тантулокарид из Атлантического океана (Martinez Arbizu, Petrunina, 2017): Tantulacus coroniporus sp. nov и Polyniapodella thieli sp.nov. 5. Сделано описанием внутреннего строения уникальной личиночной стадии Tantulocarida — тантулюса. Впервые проведено исследование анатомии тантулокарид при помощи трансмиссионной электронной микроскопии. Впервые достоверно показано наличие в голове личинки таких уникальных структур как непарный стилет, цементные железы и их протоки, хоботок, корневая система. Нервная система, представленная мозгом и брюшной нервной цепочкой, впервые описана на ультраструктурном уровне. Выявлены признаки, связанные с чрезвычайной миниатюризацией личинки. Впервые проведено описание изменений в строении личинки, которые возникают в результате перехода от свободно плавающего к прикрепленному, паразитическому образу жизни. 6. Проведен анализ современной классификации, известных стадий, размеров тела личинки тантулюса и распространение всех описанных видов тантулокарид. Подготовлен обзор всех литературных данных о находках тантулокарид, включая информацию о видах (таксонах) хозяев и глубинах нахождения, даже для находок свободно плавающих личинок тантулюсов из мейобентоса. Результаты анализа данных позволяют опровергнуть подлинность недавно зарегистрированных находок личинок тантулюсов на амфиподах Lepidepecreella debroyeri Schiaparelli, Alvaro, Kilgallen, Scinto & Lörz, 2015 год из бухты Терра-Нова (море Росса, Антарктида). Опухолевые аномалии на экзоскелете планктонных копепод в центральной части Красного моря и вокруг гидротермальной сипов Тайваня были ошибочно отнесены к тантулокаридам. 7. На примере вида H.itoi из Белого моря, впервые для Facetotecta показано наличие семи науплиальных стадий личиночной фазы жизненного цикла. Найденные в планктоне и выведенные в культуре личиночные стадии изучены при помощи сканирующей электронной микроскопии. Обсуждается нарушение концепции Hexanauplia (Copepoda + Thecostraca), для которых ранее было описано максимально 6 науплиальных стадий. Полная реконструкция жизненного цикла и детальное изучение анатомии и ультраструктуры различных стадий в жизненном цикле позволят лучше понять эволюцию паразитизма внутри изучаемых групп паразитических ракообразных. Такие данные необходимы для предварительной оценки их распространения и биоразнообразия.