ИСТИНА

Водно-сосудистая система является важнейшей синапоморфией типа иглокожих, и выявление путей её эволюции может сыграть ключевую роль в понимании филогенетического развития Echinodermata. Современное представление о путях эволюции внутри типа иглокожих крайне противоречиво, так как морфологические и палеонтологические филогенетические схемы существенно расходятся с молекулярно-филогенетическими построениями. Строение амбулакральной системы в этих построениях практически не учитывается, что связано с неравномерной изученностью этой системы в разных классах иглокожих и отсутствием единой терминологии в описаниях у разных авторов, что затрудняет гомологизацию отдельных элементов системы в пределах типа. Основными объектами исследования будут представители подтипа Asterozoa: Asterias rubens, Ophiura robusta, Strongylocentrotus pallidus, и представитель подтипа Holothurozoа - Chiridota laevis. В ходе реализации проекта будут применяться классические (изготовление полных гистологических серий срезов) и современные (компьютерное 3D-моделирование, рентгеновская микротомографии, трансмиссионная электронная микроскопия) методы морфологических исследований. В ходе выполнения проекта ожидается впервые осуществить 3D-реконструкцию водно-сосудистой системы всех основных объектов исследования, исследовать микроскопическую анатомию водно-сосудистой системы морского ежа Strongylocentrotus pallidus и голотурии Chiridota laevis, получить сведения по ультраструктурной организации различных участков водно-сосудистой системы морской звезды Asterias rubens (с особым вниманием к экскреторной функции и сайтам ультрафильтрации). В ходе выполнения проекта будет проведён сравнительно-анатомический анализ организации водно-сосудистой системы иглокожих. Планируется опубликовать три полнообъёмные статьи в рецензируемых международных научных журналах и сделать два доклада на международных конференциях.

В результате работы будет впервые осуществлена 3D-реконструкция водно-сосудистой системы Asterias rubens, морского ежа Strongylocentrotus pallidus, голотурии Chiridota laevis, исследована микроскопическая анатомия и гистологическая организации водно-сосудистой системы морского ежа Strongylocentrotus pallidus и голотурии Chiridota laevis. Впервые будут получены сведения по ультраструктурной организации в различных участках водно-сосудистой системы Asterias rubens, с особым вниманием к экскреторной функции и сайтам ультрафильтрации. В ходе выполнения проекта будет проведён сравнительно-анатомический анализ организации водно-сосудистой системы иглокожих. В результате выполнения работы будет опубликовано три полнообъёмных статьи в рецензируемых международных научных журналах и сделано два доклада на международных конференциях.

Авторы освоили методы изучения микроскопической анатомии и ультраструктуры иглокожих, модифицировали существующие методы фиксации и подготовки материала для изучения гистологии и ультраструктуры иглокожих, освоили методы 3D-моделирования с использованием программного обеспечения 3D-DOCTOR, AMIRA и Imaris. В рамках подготовки задела исследована микроскопическая анатомия осевого комплекса органов, в состав которого входят элементы водно-сосудистой системы у нескольких видов иглокожих: Asterias rubens и Ophiura robusta. Собран материал для гистологического и ультраструктурного исследования Asterias rubens, Ophiura robusta, Strongylocentrotus pallidus, Chiridota laevis. По результатам предварительных исследований в рамках задела опубликовано 6 статей в рецензируемых научных журналах, сделано 9 докладов на российских и 2 доклада на международных научных конференциях.

В ходе выполнения проекта впервые за последние сто лет была переисследована организация водно-сосудистой системы представителей четырёх современных классов иглокожих: Asteroidea (Asterias rubens и Asterias amurensis, Forcipulatida), Ophiuroidea (Ophiura robusta, Ophiurida), Echinoidea (Strongylocentrotus pallidus, Сamarodonta) и Holothuroidea (Chiridota laevis, Apodida). Работа выполнена с применением как классических морфологических методик (анатомическое препарирование, разложение на полные гистологические серии, ультратомирование), так и современных способов трёхмерного компьютерного моделирования. На основании полученных данных впервые выполнены объёмные реконструкции водно-сосудистой системы и прилежащих структур (осевого комплекса органов, ротового аппарата и др.). Показано, что амбулакральная система Asteroidea, Ophiuroidea и Echinoidea устроена по единому плану с рядом минорных отличий и обладает сходными анатомическими связями с прилежащими структурами осевого комплекса органов. На примере смещения осевого комплекса офиур и развития крупного ротового аппарата («аристотелева фонаря») правильных морских ежей рассмотрено влияние изменений взаимосвязанных анатомических структур друг на друга. Проанализированы различия между водно-сосудистой системой Holothuroidea и остальных современных иглокожих, а также связь этих различий с изменением образа жизни животных (Apodida) и частичной утратой органов осевого комплекса. Сравнительно-анатомический анализ центральных и радиальных структур водно-сосудистой системы позволяет сближать Asteroidea с Ophiuroidea, а Echinoidea с Holothuroidea. Это согласуется с так называемой астерозойно-эхинозойной гипотезой («Asterozoa-Echinozoa hypothesis»), поддержанной рядом молекулярно-филогенетических исследований последних лет. Изучена ультраструктура центральных участков амбулакральной системы двух близких видов морских звёзд A. rubens и A. amurensis (использование двух видов связано с доступностью и качеством имевшегося материала), а именно каменистого и поровых каналов, ампулы мадрепорита и амбулакрального кольца. Получены подробные данные по тонкому строению мадрепорита, мадрепоровой ампулы, каменистого канала, амбулакрального кольца и радиальных каналов C. laevis. Изучено тонкое строение каменистых и поровых каналов S. pallidus и O. robusta. Ранее нами была исследована ультраструктура осевого органа A. amurensis, в целотелии которого были обнаружены клетки-подоциты. На основании этих сведений и новых анатомических и ультраструктурных данных установлено, что осевой комплекс органов играет роль почки иглокожих, а водно-сосудистая система органов непосредственно участвует в отправлении экскреторной функции. Первичная моча (ультрафильтрат из крови, накапливающийся в осевом целоме) частично выводится наружу через ампулу мадрепорита, а частично попадает в амбулакральную систему через каменистый канал. Особенности тонкого строения клеток целотелиев осевого целома, ампулы мадрепорита, каменистого и поровых каналов свидетельствуют об их участии в модификации ультрафильтрата, т. е. обратном захвате воды и питательных веществ из первичной мочи. Поскольку реснички целотелия каменистого и поровых каналов способны биться в разных направлениях, направление потока жидкости через центральные органы водно-сосудистой системы может меняться. Таким образом, через поры мадрепорита водно-сосудистая система способна как пополняться морской водой, так и выводить из организма вторичную мочу – продукт модификации ультрафильтрата клетками целотелия. В итоге, к разнообразию доказанных функций водно-сосудистой системы, помимо передвижения, питания, дыхания через стенки амбулакральных ножек и осязания, следует отнести и распределение питательных веществ (низкомолекулярных соединений, фильтрованных из крови), а также выделение продуктов обмена. По результатам работ, выполненных в рамках гранта, было сделано 2 доклада на российской региональной конференции и 6 докладов на международных конференциях (тезисы опубликованы в изданиях, входящих в базу РИНЦ). Готовятся к публикации 2 полнообъёмные научные статьи.