ИСТИНА

Кишечнодышащие (Enteropneusta) - один из двух классов (наравне с классом Graptolithoidea, крыложаберные), объединённых в тип полухордовых (Hemichordata). Enteropneusta в настоящее время объединяет большинство известных представителей Hemichordata. Это одиночные свободноживущие морские беспозвоночные с червеобразной формой тела, которые до недавнего времени считались обитателями, в основном, мелководных биотопов (0 – 200м), зарывающимися в поверхностный слой донного осадка. Однако в 2005 году были описаны кишечнодышащие, обитающие на больших глубинах (от 350 до 4000 м), причём эти представители Enteropneusta значительно отличаются по строению от своих мелководных сородичей и ведут, в отличие от них, эпибентосный образ жизни. Обнаруженных глубоководных кишечнодышащих выделили в новое семейство класса Enteropneusta - семейство Torquaratoridae. Несмотря на то, что торквараториды были добыты и описаны всего 20 лет назад, к настоящему времени описано уже 10 видов этих животных, объединённых в 7 родов, а больше десятка новых для науки представителей семейства были сфотографированы in situ, но пока не добыты и не описаны. Выясняется, что торквараториды представляют собой широко распространённый по всему Мировому океану, обычный компонент фауны глубоководных сообществ. Они оказывают значительное влияние на биотурбацию в глубоководных экосистемах и играют важную роль в круговороте питательных веществ в глубоководных биотопах. В настоящее время это семейство кишечнодышащих очень интенсивно исследуется, несмотря на то, что их изучение осуществляется на очень бедном материале (многие виды торквараторид были описаны лишь по единственному добытому экземпляру). Большая часть опубликованных работ представляет собой краткое описание вида или рода, подтверждённое молекулярно-филогенетическим методом и содержащее небольшую анатомическую сводку. Биология и морфология торквараторид изучены в настоящее время очень слабо. Тем не менее, уже сейчас изучение торквараторид привело к открытиям особенностей, совершенно не характерных для изучаемых в течение нескольких столетий мелководных кишечнодышащих и вообще для полухордовых в целом. К таким особенностям относятся, в частности, уже упомянутый эпибентосный образ жизни, способность к наружному вынашиванию эмбрионов, единственный известный на данный момент среди полухордовых случай гермафродитизма, очень крупные яйцеклетки, в 2-3 раза превышающие по размерам яйцеклетки мелководных форм, комменсализм торквараторид с пиявками и бескишечными турбелляриями, аномально высокая плотность популяции некоторых торквараторид по сравнению с другими кишечнодышащими. В наши руки попал уникальный материал - 16 экземпляров торквараториды из Берингова моря. Оказалась, что беринговоморская торквараторида представляет собой новый для науки вид и род, который мы описали как Quatuoralisia malakhovi. Мы планируем провести всестороннее, детальное исследование организации Q. malakhovi, применив самый широкий спектр методик. Нами на данном материале уже обнаружен и описан в небольшой заметке первый случай трематодоза у полухордовых, а также в описании вида отмечено уникальное для кишечнодышащих устройство экскреторного аппарата и специфическая для торквараторид организация рено-перикардиального комплекса. Дальнейшее, более глубокое и детальное исследование торквараторид несомненно предоставит целый новый пласт сравнительно-анатомических, эмбриологических, паразитологических и биоценотических данных.

Acorn worms (Enteropneusta) represent one of two classes (with the class Graptolithoidea, pterobranchs, sea angels), united into the phylum Hemichordata. Enteropneusta currently includes most of the known representatives of hemichordates. These are solitary free-living marine invertebrates with a worm-like body shape, which until recently were considered inhabitants mainly of shallow biotopes (0 - 200m), burrowing into the surface layer of bottom sediment. However, in 2005, acorn worms living at great depths (from 350 to 4000 m) were described, and these representatives of Enteropneusta differ significantly in structure from the shallow-water acorn worms and, unlike them, lead an epibenthic mode of life. The discovered deep-sea enteropneusts were united into a new family of the class Enteropneusta - the Torquaratoridae family. Despite the fact that the torquaratorides were collected and described only 20 years ago, by now 10 species of these animals, united into 7 genera, have been described and more than a dozen new representatives of the family have been photographed in situ, but have not yet been collected and described. It turns out that torquaratorides are a widespread throughout the World Ocean, and they are a common component of the fauna of deep-sea communities. Torquaratorids play an important role in surficial bioturbation and the nutrient cycle in deep-sea ecosystems. Currently, this family of acorn worms is very intensively studied, despite the fact that their study is carried out on very poor material (many species of torquaratorids have been described only from a one collected specimen). Most of the published works are a brief description of a species or genus, confirmed by the molecular phylogenetic method and containing a small anatomical summary. The biology and morphology of torquaratorides are currently very poorly studied. Nevertheless, even now the study of Torquaratoridae has led to the discovery of features that are completely out of character for shallow-water acorn worms studied for several centuries and for hemichordates in general. Such features include, in particular, the already mentioned epibenthic lifestyle, the ability to external brooding, the one currently known case of hermaphroditism among hemichordates, very large eggs (twice and three times larger than eggs of shallow-water forms), the commensalism of torquaratorids with leeches and acoel flatworms, an unusually high abundance of some torquaratorids compared to other acorn worms. We have received a unique material - 16 specimens of torquatoride from the Bering Sea. It turned out that the Bering Sea torquaratorids is a new to science species and genus, which we described as Quatuoralisia malakhovi. We plan to realize a comprehensive, detailed study of the structure of Q. malakhovi, using the wide range of methods. Based on this material, we have already discovered and described in a small note the first case of trematodosis in hemichordates, as well as the unique structure of the excretory apparatus and the organization of the heart-kidney specific for torquaratorids are noted in the description of Q. malakhovi. Further, extensive and more detailed study of torquaratoride will undoubtedly provide a whole new layer of comparative anatomical, embryological, parasitological and ecological data.

Впервые для торквараторид будут получены и опубликованы данные о строении на микроанатомическом и тонком уровне репродуктивной системы, жаберного аппарата, рено-перикардиального комплекса ("heart-kidney"), а также всех остальных структур и систем органов. Будут опубликованы подробные данные о гаметогенезе торквараториды и её репродуктивном поведении. Таких работ в настоящее время не было проведено ни для одного представителя Torquaratoridae, а тонкое строение и гаметогенез кишечнодышащих вообще исследовалось очень отрывочно и, как правило, на 1 или 2 мелководных видах. Молекулярно-филогенетическое определение открытой нами Quatuoralisia malakhovi к настоящему моменту было проведено нами только по 16S рДНК; для полноты данных будет проведено определение данного вида и по 18S рДНК с тем, чтобы ещё точнее определить положение исследуемой торквараториды в системе семейства и класса и делать более обоснованные предположения о ходе формирования различных морфотипов и трофотипов в классе Enteropneusta. Поскольку сборы Q. malakhovi в Беринговом море проводились в течение двух лет в разные периоды года, в наше распоряжение попал материал на разных стадиях репродуктивного цикла (на преднерестовой и посленерестовой стадии), что позволит провести уникальное для торквараторид исследование процесса репродукции. Мы планируем осуществить метагеномный анализ содержимого кишечника в разных участках пищеварительной системы Q. malakhovi и выявить вероятное разнообразие микрофлоры пищеварительного тракта изучаемого животного. Физико-химическими методами, а также с помощью исследования под сканирующим электронным микроскопом будет выявлено соотношение органических и минеральных веществ в содержимом кишечника торквараториды, что, в свою очередь, послужит аргументом в выяснении вопроса об избирательном или неизбирательном питании у глубоководных кишечнодышащих. Указанные работы также будут проводиться для торквараторид впервые, а некоторые аспекты - впервые для кишечнодышащих и полухордовых. Будет детально проанализировано пищевое поведение торквараториды по данным фото- и видеосъёмки in situ, что стало возможным благодаря тому, что были получены многочисленные высококачественные снимки и видеозаписи Q. malakhovi in situ. Также молекулярно-филогенетическими методами будут определены обнаруженные нами в Q. malakhovi метацеркарии трематод и комменсалы кишечника (вероятнее всего, немертодерматиды). Будет детально изучено и реконструировано строение открытых метацеркарий трематод; также мы планируем приступить к расшифровке жизненного цикла обнаруженных паразитов и выяснить на имеющемся у нас материале интенсивность и экстенсивность инвазии в популяции Q. malakhovi для понимания значения трематодозов кишечнодышащих в исследуемом глубоководном сообществе. Весь полученный массив данных значительно расширит имеющиеся в настоящее время знания о глубоководных экосистемах, их биоразнообразии, трофической структуре и межвидовом взаимодействии.

К настоящему времени нами сделано и опубликовано описание нового рода и вида Quatuoralisia malakhovi и других обнаруженных в Беринговом море кишечнодышащих из семейств Torquaratoridae и Harrimaniidae (см. Ezhova O.V., Lukinykh A.I., Galkin S.V., Krylova E.M., Gebruk A.V., 2022. Deep-sea acorn worms (Enteropneusta) from the Bering Sea with the description of a new genus and a new species of Torquaratoridae dominating soft-bottom communities // Deep-Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 195:105014. DOI:10.1016/j.dsr2.2021.105014). В ходе подготовки этого описания была сделана полная поперечная серия гистологических срезов Q. malakhovi, а также сагиттальные и одна фронтальная серии срезов переднего участка тела (хоботок, воротник, передняя часть туловища), жаберного аппарата, генитальных крыльев, печёночного подотдела туловища (срезы окрашены железным гематоксилином по Караччи и спиртовым раствором эозина). Основная часть работы сделана Лукиных А.И. и Ежовой О.В. При работе над описанием рода и вида было обнаружено много специфических особенностей в строении Q. malakhovi, которые не вошли в описание или же были отмечены там кратко, но которые при этом нуждаются в детальном и подробном изложении на страницах научной печати.

В ходе выполнения проекта впервые для глубоководных кишечнодышащих была детально изучена микроскопическая анатомия их пищедобывающего аппарата и пищеварительной системы. Впервые получены данные об ультраструктуре различных отделов пищеварительной системы глубоководных кишечнодышащих на примере торквараториды Quatuoralisia malakhovi. Приведены доказательства избирательности питания у изучаемой торквараториды. Выяснен механизм избирательного питания поверхностным слоем осадка и размерный диапазон захватываемых пищевых частиц. Детальное изучение пищедобывающего аппарата показало, что главными органами, осуществляющими суспензионное питание у Q. malakhovi, являются ресничные латеро-вентральные борозды и внутренние каналы латеральных воротниковых губ. Анализ глубоководных фотографий выявил, что частицы, не соответствующие захватываемому размерному классу, отбрасываются и склеиваются в слизистые шнуры, а затем отодвигаются с помощью ресничек вдоль туловища Q. malakhovi, так, как это происходит и у мелководных кишечнодышащих, хотя главным пищедобывающим органом последних являются не латеральные губы воротника, а хоботок. Показано зонирование жаберной глотки торквараторид на центральную дыхательную зону и периферические боковые пищеварительные каналы (парабранхиальные желобки), по которым захваченная пища быстро поступает в пищевод, расположенный за местом закладки новых жаберных перегородок. Выяснено, что в печёночных отростках Q. malakhovi осуществляется внутриклеточное пищеварение, а непереваренные остатки накапливаются в кишечном отделе пищеварительного тракта и служат якорем, удерживающим сильно обводнённое, желеобразное тело торквараторид на дне во время питания. Анализ содержания стабильных изотопов углерода и азота в тканях, в содержимом кишечника и в грунте из местообитания Q. malakhovi выявил высокие показатели трофического обогащения, приближающиеся к показателям для хищников (5,6 промилле по тяжёлому азоту, 3,9 промилле по тяжёлому углероду), что свидетельствует о том, что торквараториды получают питательные вещества не из диатомей (несмотря на обильное содержание их раковин в кишечнике), а из потребляемого грунтового детрита. Также с учётом полученных нами данных изотопного и молекулярно-генетического анализа можно предположить, что для Q. malakhovi особую пищевую ценность представляют бактерии, которые «доедают» остатки диатомей во время длительного погружения последних из эуфотической зоны на дно. Полученные результаты опубликованы (Ezhova O.V., Trukhan M.A., Lukinykh A.I., Galkin S.V., Gebruk A.V., Schepetov D.M., Tiunov A.V., Rozanova O.L., Georgiev A.A., Malakhov V.V. Digestive system and feeding of deep-sea acorn worm Quatuoralisia malakhovi (Enteropneusta: Torquaratoridae) from the Bering sea // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2024. 203:104196. DOI: 10.1016/j.dsr.2023.104196). В переднем участке печёночного отдела кишечника Q. malakhovi, т.е. именно там, где начинается внутриклеточное переваривание потреблённой пищи, нами были обнаружены ксенацеломорфные эндосимбионты из группы Nemertodermatida, по одному экземпляру в каждой особи торквараторид. В публикациях о других видах торквараторид имеются лишь упоминания о найденных турбелляриеподобных эндосимбионтах, однако не приводится ни изображений, ни описаний, ни указаний на систематическое положение. Нами впервые показано гистологическое строение найденных ксенацеломорф и выявлены особенности, позволяющие отнести их к немертодерматидам, - два статолита в статоцисте, наличие центровентрального рта и субтерминального полового атриума. Показано сходство экологических ниш изучаемых торквараторид (Hemichordata, Enteropneusta) и глубоководных голотурий (Echinodermata, Holothuroidea), у которых найдены одни и те же эндосимбионты из группы Nemertodermatida и которым характерен сходный рацион (и те, и другие являются эпибентосными детритофагами), а также близкие показатели трофического обогащения по тяжёлому азоту и углероду. Установлено, что метацеркарии трематод, обнаруженные у Q. malakhovi, относятся либо к семейству Zoogonidae, либо к семейству Lepidapedidae. Метацеркарии обнаружены в 3-х из 7-ми изученных экземпляров Q. malakhovi и локализованы в бранхиогенительном участке туловищного целома, в воротниковом и хоботковом целомах, в гонадах (яичниках и семенниках), а наибольшее число – 11 особей – отмечено в гломерулюсе. Максимальное число трематод, найденных в одном экземпляре Q. malakhovi, составило 20 особей. В моллюсках рода Buccinum из проанализированного глубоководного сообщества не удалось обнаружить церкарии и партеногенетические стадии изучаемой трематоды ни в гонадах, ни в мантийной полости. Данные по обнаруженным немертодерматидам опубликованы (Ежова О.В., Лукиных А.И., Малахов В.В. Nemertodermatida – эндосимбионты кишечника глубоководных кишечнодышащих (Hemichordata, Torquaratoridae) // Доклады Российской Академии Наук. Науки о жизни. 2024. 515:60-63. DOI: 10.31857/S2686738924020119). Впервые детально изучен процесс гаметогенеза у кишечнодышащих. Объект исследования - глубоководные кишечнодышащие Q. malakhovi - раздельнополы (хотя среди глубоководных кишечнодышащих встречаются гермафродитные виды). Гонады лежат вдоль жаберного отдела, в широких и протяжённых генитальных крыльях, которые заворачиваются на дорсальную сторону животного, формируя перибранхиальную полость, в которую открываются гонопоры. Впервые установлено наличие двух типов семенников и выяснено, что в семенниках Q. malakhovi отсутствуют желточные клетки, однако имеются интерстициальные клетки, служащие для питания сперматоцитов и сперматид, которые не снабжаются из кровеносной сети, оплетающей гонады. Семенники лежат на дорсальной стороне генитальных крыльев и представляют собой лопастные мешочки, в которых имеются несозревшие и созревшие лопасти. Последние в значительной степени выдаются в перибранхиальную полость. Такая особенность в строении и расположении семенников обнаружена у представителя кишечнодышащих впервые. При этом центральная часть семенников всегда остаётся погружённой в толщу генитального крыла, и именно в этой части семенника открывается единственный гонопор. Вторичные гонопоры на выступающих зрелых лопастях семенника не обнаружены. Снаружи стенка семенника покрыта мышечной выстилкой, состоящей из моноцилиарных клеток, каждая из которых содержит одно мышечное волокно. Все мышечные клетки вытянуты в направлении от дна семенного мешочка к гонопору, так что гонопор оказывается окружённым венчиком из мышечных клеток. В складках между лопастями семенника мышечные клетки всегда сильно сокращены. Такое устройство гонопора и всей мышечной стенки семенника установлено впервые для кишечнодышащих. Вероятно, оно способствует сокращению семенника для вывода созревших половых продуктов во внешнюю среду. В герминативном эпителии семенников Q. malakhovi обнаружены сперматогенные клетки на разных стадиях развития (сперматогонии, сперматоциты, организованные в сперматогенные колонки, сперматиды и сперматозоиды) и интерстициальные клетки. Желточные клетки не обнаружены. Тонкие отростки интерстициальных клеток охватывают сперматогонии и сперматогенные колонки, обеспечивая горизонтальную компарментизацию герминативного эпителия. Интерстициальные клетки содержат многочисленные фагосомы с остатками дегенерирующих сперматогенных клеток. В стенках семенников обнаружены кровеносные лакуны, обычно располагающиеся на "донной" стороне семенника, противоположной гонопору. Мы впервые для торквараторид описали ультраструктуру сперматогониев, сперматоцитов на всех стадиях развития, сперматид и сперматозоидов. Сперматозоиды Q. malakhovi имеют типичное для акваспермы строение и состоят из жёлудеподобной головки и жгутика длиной 18–25 мкм. Головка спематозоида состоит из клювовидной акросомальной части, сферической ядерной части и центральной части, представляющей собой кольцо из 5-ти, реже 6-ти митохондрий. Проведено сравнение строения сперматозоидов торквараторид с представителями других семейств кишечнодышащих полухордовых, а также с иглокожими, которые вместе с полухордовыми составляют единую кладу Ambulacraria. Полученные результаты опубликованы (Lukinykh A.I., Ezhova O.V., Yushin V.V., Galkin S.V., Malakhov V.V. Male reproductive system of the deep-sea acorn worm Quatuoralisia malakhovi (Hemichordata, Enteropneusta, Torquaratoridae) from the Bering Sea // Frontiers in Zoology. 2024. 21:26. DOI: 10.1186/s12983-024-00548-w). Изучена организация женской половой системы и строение всех стадий оогенеза Q. malakhovi. Многочисленные яичники этой торквараториды лежат в целоме генитальных крыльев, примыкая к покровному эпителию их дорсальной стороны. Каждый яичник открывается в перибранхиальную полость единственным гонопором. В одном яичнике может содержаться от 4 до 16 ооцитов, которые занимают пристеночное положение. Кроме того, в яичниках обнаружены оогонии и негерминативные клетки – желточные и фолликулярные. Гонопор с внутренней стороны яичника окружён воротничком из незрелых ооцитов. Такая особенность строения яичников отмечена впервые для полухордовых. Размер ооцитов в яичниках увеличивается по мере удаления от гонопора, а наиболее крупные ооциты занимают отдельные лопасти в основании яичника. Фолликулярные клетки образуют оболочку вокруг созревающих ооцитов. Мышечная обкладка яичников сходна с таковой в семенниках Q. malakhovi. У самок сперматозоиды обнаружены не только на яйцеклетках, но и на жаберных перегородках, что может свидетельствовать о пути проникновения сперматозоидов в перибранхиальную полость самок. Диаметр зрелых ооцитов Q. malakhovi составляет приблизительно 235 мкм. Нами проведено сравнение размеров ооцитов всех описанных видов торквараторид (а также мелководных кишечнодышащих и иглокожих) и выяснено, что в пределах семейства Torquaratoridae можно выделить 3 группы видов: виды с максимальным размером ооцитов от 1000 до 1450 мкм, вероятно, имеют прямое развитие; виды с максимальным размером ооцитов от 350 до 630 мкм, скорее всего, имеют придонных лецитотрофных личинок; виды с ооцитами, максимальные размеры которых колеблются от 235 до 285 мкм находятся на границе между лецитотрофным и планктотрофным развитием. Они могут иметь планктотрофных личинок, например, гигантские (до 22 мм) торнарии, описанные под названием Planctosphaera pelagica, могут оказаться личинками одного или нескольких видов глубоководных Torquaratoridae. Полученные результаты частично опубликованы (Ежова О.В., Лукиных А.И., Малахов В.В. Размеры ооцитов позволяют предполагать существование личинок у глубоководных кишечнодышащих Torquaratoridae (Hemichordata, Enteropneusta) // Доклады Российской Академии Наук. Науки о жизни. 2024, принято в печать [Ezhova O.V., Lukinykh A.I., Malakhov V.V. Oocyte size suggests the presence of larvae in deep-sea acorn worms Torquaratoridae (Hemichordata, Enteropneusta) // Doklady Biological Sciences. 2024. DOI: 10.1134/S001249662460043X.]). Впервые изучено микроанатомическое и тонкое строение рено-перикардиального комплекса органов торквараториды (на примере Q. malakhovi). Выяснено, что организация рено-перикардиального комплекса у торквараторид в значительной степени отличается от мелководных кишечнодышащих, поскольку торквараториды лишены характерного для других семейств Enteropneusta стебелька, соединяющего хоботок с воротничком и несущего опорные структуры рено-перикардиального комплекса – буккальный дивертикул и стебельковый скелетный элемент. У торквараторид хоботок смыкается с воротником по всей дорсальной поверхности, а буккальный дивертикул оказывается отделённым от дорсальной стенки глотки и представляет собой независимый энтодермальный валик в основании хоботка. Стебельковый скелетный элемент вообще не формируется; вместо него в основании хоботка лежат две симметричные скелетные пластинки, представляющие собой плезиоморфное состояние скелетных элементов хоботково-воротниковой перегородки. Гломерулюс торквараторид повторяет форму буккального дивертикула, представляя собой сеть кровеносных капилляров, оплетающих дивертикул с дистальной стороны. Перикардиальный целом очень небольшой, сердце не выражено. Хоботковый целом обширный, однако мы не обнаружили хоботковый целомодукт, который свойственен мелководным кишечнодышащим. Парные воротниковые целомодукты имеются у торквараторид, однако в отличие от мелководных кишечнодышащих они открываются не в первую пару жаберных щелей, а непосредственно во внешнюю среду, что является плезиоморфным состоянием. Таким образом, "торквараторидный" план строения рено-перикардиального комплекса представляется состоянием, более близким к предковому по сравнению с мелководными кишечнодышащими. Однако в строении магистральных кровеносных сосудов торквараторид выявлены апоморфные черты: в стенке дорсального кровеносного сосуда имеется развитая внутренняя эндотелиальная выстилка, не характерная для мелководных кишечнодышащих, а снаружи стенка дорсального сосуда имеет мощную мышечную обкладку. По полученным результатам подготовлена рукопись статьи о строении рено-перикардиального комплекса органов торквараторид с обсуждением филогенетического пути кишечнодышащих, учитывающем новые полученные нами уникальные данные. Впервые проведена ревизия семейства Torquaratoridae: семейство в настоящее время включает 11 видов, объединённых в 7 родов. Кроме этого имеются опубликованные данные фото- и видеосъёмки ещё 8-ми неописанных представителей. Для всех торквараторид, за исключением представителей рода Allapasus характерно разрастание воротника в форме широких латеральных губ. Все известные в настоящее время торквараториды ведут эпибентосный образ жизни, медленно двигаясь по поверхности донного субстрата за счёт мукоцилиарного механизма, что было показано нами на основании полученных в ходе выполнения работ по проекту морфологических данных. Большую роль в этом движении играет мидвентральная борозда, тянущаяся вдоль всего тела животного. Питание торквараторид также осуществляется муко-цилиарным путём. Размер захватываемых частиц осадка определяется шириной ресничной бороздки на латеральных губах воротника. Если глотка мелководных кишечнодышащих разделяется на дорсальную жаберную и вентральную пищеварительную части, то у торквараторид нет мидвентрального пищеварительного желобка в глотке; вместо него мы обнаружили два симметричных латеральных парабранхиальных жёлоба, которые мы считаем гомологичными мидвентральному пищеварительному желобку других кишечнодышащих. Торкваратридам свойственна синхронизация вывода половых продуктов. Оплодотворение наружное, однако оно осуществляется в перибранхиальной полости, и первые этапы деления зиготы проходят на поверхности материнского организма, что не свойственно представителям других семейств Enteropneusta. Составлен синопсис видов и родов торквараторид и разработан определительный ключ для них и нескольких глубоководных видов из семейств Ptychoderidae и Harrimaniidae.