ИСТИНА

Брахиоподы – группа морских беспозвоночных животных, чей расцвет пришелся на палеозой. Строение личинки и характер метаморфоза сильно различаются у представителей трех групп современных брахиопод: Linguliformea, Craniiformea и Rhynchonelliformea. Палеонтологические данные позволяют предполагать, что такое разнообразие было характерно и для вымерших плеченогих. Традиционно считается, что метаморфоз Craniiformea отражает исходный для всех брахиопод эволюционный путь – формирование плана строения взрослых животных в результате складывания личинки на брюшную сторону в ходе метаморфоза. Так называемая «гипотеза складывания» подвергается критике в последние годы, однако продолжает оставаться наиболее логичной историей, позволяющей приблизиться к пониманию эволюции плана строения брахиопод. Результаты наших исследований последних лет позволяют утверждать, что признаки складывания обнаруживаются в онтогенезе всех групп современных брахиопод, а также и у некоторых вымерших форм. В ходе проекта на современном методологическом уровне с использованием методов световой и электронной микроскопии, конфокальной лазерной сканирующей микроскопии и микротомографии будет изучено личиночное развитие, метаморфоз и строение ювенилей у современных лингулиформных и ринхонеллиформных брахиопод. Кроме того, будет проведен анализ и детальное исследование имеющегося в распоряжении коллектива уникального материала по онтогенезу вымерших представителей типа. На основе полученных данных будет сформулирована гипотеза эволюции жизненных циклов брахиопод. Полученные данные позволят приблизиться к пониманию ключевого вопроса фундаментальной биологии о характере онтогенеза общего предка Bilateria.

The brachiopods are quite unusual and outstanding group of marine invertebrates that flourished in the Paleozoic but only 2% of the former diversity survived up to recently. However, though there are only few taxa of modern brachiopods, the larvae and life cycles of recent brachiopods are highly variable. The preliminary paleontological data suggest the similar variability for the extinct brachiopods. The structure of the competent larva and type of metamorphosis strongly differ in all three subphyla of the recent brachiopods, Linguliformea, Craniiformea, and Rhynchonelliformea. The metamorphosis of Craniiformea is usually supposed to be initial for all brachiopods as it possibly reflects the formation of brachiopod body plan by the folding of the competent larva at the ventral side in metamorphosis. The so-called “fold hypothesis” has been criticized during last years but still remains the most logical and natural evolutionary way for the brachiopods. Our recent investigations revealed the features of folding in the ontogeny of all recent brachiopods and also in some fossil brachiopods. In this project, we plan to study the larval stages and metamorphosis of recent linguliform and rhynchonelliform brachiopods at high contemporary level by the methods of light microscopy, scanning and transmission electron microscopy, confocal laser scanning microscopy, and microCT. Besides, we also have at our disposal the unique material on the juvenile stages of ancient brachiopods that will be also analyzed in details. The hypothesis of the evolution of brachiopod life cycles and conception of the ancestral type of brachiopod life cycle will be elaborated basing on our original data that also will shed light on the understanding of the life cycle of the last common bilaterian ancestor.

К концу 2019 года впервые на новом методологическом уровне будут исследованы развитие и метаморфоз замковой брахиоподы Coptothyris grayi. В лабораторных условиях будет поставлено оплодотворение и получены последовательные стадии развития и метаморфоза, которые в первую очередь будут прижизненно исследованы при помощи световой микроскопии. Полученные результаты будут дополнены данными по внешней морфологии разных стадий развития при помощи методов сканирующей электронной микроскопии, что позволит выявить наиболее существенные преобразования внешней морфологии и проследить судьбу различных частей тела личинки: головной, мантийной и ножной лопасти, установить тип дробления яйца, судьбу бластопора, локализацию глазных пятен, ресничных шнуров и пучков щетинок. Впервые для брахиопод на основе серии полутонких срезов будут построены 3D реконструкции целомической системы на последовательных стадиях личиночного развития и метаморфоза. Таким образом, будут получены данные по закладке мезодермы, формирования целомических компартментов на разных личиночных стадиях и образования мезентериев и целомической системы у ювенильных особей. Впервые на ультраструктурном уровне и при помощи методов микротомографии будет проведено детальное исследование развития и преемственности в метаморфозе основных систем органов. Будет проведен сравнительный анализ тонкого строения щетинконосных карманов личиночных и взрослых щетинок C. grayi. При использовании методов иммуноцитохимии и лазерной конфокальной микроскопии будут получены данные по общей организации нервной, мышечной и целомической систем органов личинок и их преобразовании в ходе метаморфоза. Иммуноцитохимическими методами будет также проведено выявление очагов активной пролиферации на последовательных стадиях метаморфоза C. grayi. На сканирующем электронном микроскопе будут изучены участки первично-сформированной раковины, которые соответствуют начальным стадиям секреции минерализованной раковины C. grayi и кранииформных и ринхонеллиформных ордовикских брахиопод и проведен сравнительный анализ полученных данных, что станет основанием для дальнейшей реконструкции онтогенезов ископаемых брахиопод.

Авторский коллектив обладает большим фактическим материалом по заявленной тематике. Заявителем проекта были впервые получены и опубликованы данные по тонкому строению сетчатых гонад ринхонеллиформной брахиоподы Hemithiris psittacea, изучена ультраструктура зрелых половых клеток. Заявителем проекта впервые в России поставлено искусственное оплодотворение у Hemithiris psittacea, начато изучение стадий эмбриогенеза. Полученные фотографии опубликованы в методическом пособии эмбриологической школы, проведенной в 2016 году на базе Беломорской биологической станции им. Н.А. Перцова (Nikishin and Rimskaya-Korsakova, 2016). Авторский коллектив проекта обладает большим числом фактических данных по анатомической и ультраструктурной организации брахиопод. Заявителем проекта опубликованы статьи, посвященные формированию плана строения брахиопод и филогении этой группы (Малахов и Кузьмина, 2006). На основе оригинальных данных по строению целомической системы предложена новая трактовка плана строения брахиопод, впервые связывающая особенности строения целомической системы с новыми данными по эмбриональному и личиночному развитию брахиопод. В последние годы коллектив проекта проводит исследования по эмбриональному, личиночному развитию и метаморфозу разных групп беспозвоночных, в том числе близкородственной брахиоподам группе – форонидам, и обладает большим опытом работы в выбранной области. Все члены научного коллектива имеют большой опыт работы современными и классическими методами зоологических исследований. Каждый из членов коллектива тем не менее обладает наибольшим опытом работы в той или иной области, каждая из которых запланирована в ходе проекта

Применение комплексного методологического подхода позволило изучить последовательные стадии развития и метаморфоз представителей двух отрядов ринхонеллиформных брахиопод Coptothyris grayi (Terebratulida) и Hemithiris psittacea (Rhynchonellida). Показана высокая вариабельность дробления, энтероцельный способ закладки передней и задней мезодермы. Выявлена метамерная организация целома на ранних личиночных стадиях. Проведен сравнительный анализ миоанатомии личинок теребратулид и ринхонеллид. Впервые разработан и применен метод клик-химии и выявлены зоны активного синтеза ДНК на последовательных стадиях развития личинок Rhynchonelliformea. Показано, что у ранних личинок дорсальный сектор мантии растет быстрее, чем вентральный, что подтверждает гипотезу о складывании личинки на брюшную сторону на раннем этапе онтогенеза, предшествующему оседанию. Впервые описана эмбрионизация развития у ринхонеллид: ранние стадии онтогенеза развиваются внутри плотной яйцевой оболочки, выход из которой происходит на стадии компетентной личинки. Получены новые данные об онтогенезе лофофора, его скелетной поддержки и строении первично-сформированной раковины у H. psittacea. Получены новые данные о секреции первично-сформированных участков раковины у C. grayi. Впервые изучена микроскульптура и микроструктура ювенильной раковины Lingula anatina. Показано, что протегулюм, брефическая и взрослая раковины четко отделены друг от друга. Изучена онтогенетическая серия среднеордовикских ортид, строфоменид и краниид. Сравнительный анализ полученных данных позволил предложить критерии для реконструкции жизненных циклов брахиопод. В раннем кембрии брахиоподы имели пелаго-бентический жизненный цикл с ресничной планктотрофной личинкой, которая складывалась и секретировала раковину после оседания. Брахиоподы с таким жизненным циклом имели крупную первично-сформированную раковину с рельефом на поверхности. Эволюция жизненных циклов брахиопод, вероятно, связана с переходом к лецитотрофии (современные Craniiformea) и пролонгацией пелагической части жизненного цикла путем поднятия в толщу воды сложенных лецитотрофных стадий без раковины (современные Rhynchonelliformea, Orthida). Критерием лецитотрофной планктонной стадии в онтогенезе является мелкий размер первично-сформированной раковины. В жизненном цикле современных дисцинид, ордовикских краниид и строфоменид раковинка и лофофор формировались в толще воды. Такой жизненный цикл, вероятно, сформировался путем поднятия в толщу воды ювенильных стадий с раковинкой и лофофором, которые питались и выполняли расселительную функцию. Ювенильные раковинки таких брахиопод характеризуются крупным размером, а также отсутствием четких границ между протегулюмом и брефической раковиной. В ордовике у лингулид произошел переход к прямому развитию: из яйца выходила ювенильная стадия с раковинкой и лофофором. Брахиоподы с таким жизненным циклом обладали крупной первично-сформированной раковиной, где протегулюм и брефическая раковина четко отделены друг от друга. Впервые разработана классификация планктонных стадий брахиопод и интерпретирована их гомология между представителями разных подтипов и семейств.