ULTRASTRUCTURE OF PARENCHYMA IN THE SYNCYTIAL DIGESTIVE SYSTEM IN TURBELLARIA Convoluta convoluta (Acoela)

详细

The paper presents data on the ultrastructure of parenchyma that is involved in the digestion in turbellaria Convoluta convoluta (n=15). Unusual connections between the nuclear envelope, endoplasmic reticulum and plasma membrane of parenchymal cells were found for the first time, which may indicate the origin of these cell structures. The double trophic role of zooxanthellae in the organism of Convoluta is described.

全文:

Одной из наиболее характерных гистологических особенностей бескишечных турбеллярий (Acoela) является уникальная организация их пищеварительного аппарата, в котором ведущая роль принадлежит центральной паренхиме, организованной в виде синцития [1, 3, 16]. Периферическая паренхима выполняет в основном опорную функцию. Необычной особенностью паренхимы многих Acoela является присутствие в ней одноклеточных эндосимбионтов - зеленых водорослей, играющих заметную роль в трофике хозяев [13]. Convoluta convoluta давно стала модельным объектом для изучения их необычной организации, в том числе и паренхимы [5-7, 15]. Цель настоящей работы - дополнить имеющиеся сведения о морфофизиологических особенностях клеток паренхимы C. convoluta и их трофических связях с зооксантеллами. Материал и методы. Исследование проведено на представителях C. convoluta (n>15), которые были собраны на литорали островов Керетского архипелага (губа Чупа) Белого моря в июне 2008 и 2009 г. Их фиксировали в 1% глутаральдегиде на 0,1 М фосфатном буфере и затем в 1% растворе OsO4 на том же буфере. Материал подвергали обезвоживанию в этаноле восходящей концентрации и ацетоне и заливали в эпон. Ультратонкие срезы были получены с помощью ультратома Reichert-Jung (Ultracut, Австрия). Срезы помещали на металлические сеточки, после чего контрастировали уранилацетатом (50 мин при 60 ºС) и цитратом свинца. Далее ультратонкие срезы просматривали и фотографировали с помощью трансмиссионного электронного микроскопа JEM-100 CX II (Jeol, Япония). Результаты исследования. Периферическая паренхима C. convoluta состоит из пяти типов клеток; центральная - образована лишь одним типом клеток в двух физиологических состояниях - клеточном и синцитиальном. Между клетками периферической и центральной паренхимы разбросаны многочисленные одноклеточные симбиотические водоросли (рис. 1). Зооксантеллы имеют круглую или овальную форму. Снаружи они покрыты тонкой электронно-плотной оболочкой. В центре клетки расположено крупное ядро с хорошо заметным ядрышком. Гетерохроматин равномерно распределен по электронно-прозрачной нуклеоплазме, иногда образуя небольшие сгущения. Гиалоплазма - электронно-прозрачная. Основной объем зооксантеллы занимают круглые и овальные хлоропласты с длинными и тонкими гранами. Изредка встречаются митохондрии, а также крупные вакуоли. В центральной паренхиме клетки эндосимбионтов имеют совершенно иной внешний вид. В центральном синцитии оболочки клеток в результате фагоцитарных процессов разрушаются, и их органеллы оказываются в составе относительно гомогенной синцитиальной массы (см. рис. 1, б, в). Наиболее заметными клеточными дериватами зооксантелл в этом случае остаются отдельные хлоропласты или обрывки их гран. В клетках паренхимы конволюты обращают на себя внимание необычные производные мембранных структур, которые условно можно разделить на 3 типа. В 1-м случае - это направленные в сторону цитоплазмы длинные пальцевидные выросты ядерной оболочки, обычно заполненные мелкими электронно-прозрачными вакуолями (рис. 2, a). Такие образования отмечены в мелких клетках периферической и реже центральной паренхимы, бедных органеллами и имеющих вытянутую форму. Во 2-м случае - это необычно широкое перинуклеарное пространство, а также способность наружной ядерной мембраны посылать в цитоплазму длинные выпячивания (см. рис. 2, б). Отрываясь от ядерной оболочки, они превращаются в вакуоли, занимающие значительный объем перикариона. Их мембрана остается густо усаженной многочисленными мелкими рибосомами. Клетки паренхимы, характеризующиеся такими признаками, обычно сконцентрированы ближе к центральному синцитию. Наконец, особое внимание привлекают своеобразные связи между ядерной оболочкой, эндоплазматической сетью (ЭПС) и плазмолеммой, встречающиеся в отдельных клетках периферической паренхимы (см. рис. 2, в, г). Необычность строения мембран этих клеток заключается в том, что отдельные каналы ЭПС, берущие начало от ядерной оболочки, проходят через всю цитоплазму и соединяются с плазмолеммой. Обсуждение полученных данных. Паренхима бескишечных турбеллярий вызывает интерес в силу активного участия в процессах пищеварения. Паренхима бескишечных турбеллярий обладает специализированными чертами, которые проявляются формированием синцития и, соответственно, альтернативных способов пищеварения (в том числе за счет эндосимбионтов). Эти синапоморфии сформировались в пределах таксона Acoela, о чем свидетельствует отсутствие синцитиальных структур у одного из наиболее примитивных его представителей - Paratomella rubra [17]. Дальнейшая эволюция пищеварительной системы Acoela, по нашему мнению, идет по пути формирования постоянного центрального синцития как адаптации к макрофагии при отсутствии кишечника. У отдельных представителей бескишечных турбеллярий появляются и другие варианты организации пищеварительного аппарата [2, 8]. Обнаруженные в паренхиме С. convoluta зооксантеллы ранее были определены как диатомовые водоросли Licmophora communis и L. hyalina (Bacillariales) [9, 10]. Выявленные нами в синцитиальной массе фрагменты и органеллы зооксантелл свидетельствуют об их переваривании в центральном синцитии. Ранее этот факт был отмечен на светооптическом уровне Ю. В. Мамкаевым [5]. Напрашивается вывод, что симбиотические водоросли выполняют двоякую функцию: поставляют питательные вещества, полученные путем автотрофного питания, а при необходимости становятся и пищей для хозяина. Не исключено, что конволюта не только предоставляет зооксантеллам местообитание, но и снабжает их продуктами обмена веществ - низкомолекулярными соединениями, образующимися в результате разрушения клеток паренхимы. Такие сложные трофические отношения могут представлять собой яркий пример взаимных адаптаций хозяина и симбионта. Клетки паренхимы, обладающие пальцевидными выростами ядерной оболочки, своими небольшими размерами и бедным набором органелл напоминают клетки, известные из литературы как необласты. Однако они отличаются от необластов С. convoluta, впервые описанных K. J. Pedersen [15], меньшим ядерно-цитоплазматическим отношением, средней электронной плотностью цитоплазмы и больше сходны с «мелкими малодифференцированными клетками» Oxyposthia praedator [6]. При этом пальцевидные или пузыревидные выросты ядерной оболочки не были отмечены у этих видов. Наличие мелких вакуолей в перинуклеарном пространстве, вероятно, свидетельствует об активном транспорте веществ через ядерную оболочку и о высоком уровне метаболизма, который вполне ожидаем у необластов как у пролиферативных клеток. Обнаруженные связи между плазмолеммой, ЭПС и ядерной оболочкой клеток паренхимы невольно вызывают ассоциации с процессом формирования внутриклеточных мембранных структур в эукариотической клетке. Согласно эндосимбиотической теории, обобщенной в ряде фундаментальных работ [4, 11, 12, 14], мембраны ЭПС и ядерной оболочки у предшественника эукариотической клетки возникли путем инвагинации плазмолеммы внутрь цитоплазмы, которая вначале окружила ядерный материал, а затем разделилась на части, образовав каналы ЭПС. В целом, создается впечатление, что подобные внутриклеточные взаимоотношения между этими мембранными структурами в паренхиме C. convoluta косвенно подтверждают возможность такого процесса и могут использоваться в качестве модели при описании эндосимбиотической теории. С другой стороны - не исключена вероятность того, что эти необычные особенности клеточных мембран могут являться результатом трансформации клеток паренхимы при переходе в синцитиальное состояние, вызванной автофагическими процессами.