УЛЬТРАСТРУКТУРА ПАРЕНХИМЫ, УЧАСТВУЮЩЕЙ В БЕСКИШЕЧНОМ ПИЩЕВАРЕНИИ У ТУРБЕЛЛЯРИИ Convoluta convoluta (Acoela)

Аннотация

В работе приведены данные по ультраструктуре паренхимы, участвующей в бескишечном пищеварении у турбеллярии Convoluta convolutа (n=15). Впервые обнаружены необычные связи между ядерной оболочкой, эндоплазматической сетью и плазмолеммой клеток паренхимы, которые могут свидетельствовать о происхождении этих клеточных структур. Выявлена двоякая трофическая роль зооксантелл в организме конволюты.

Полный текст

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.