/
Author: Исаева В.В. Шукалюк А.И.
Tags: зоология систематика животных специальные зоологические науки биология животный мир ракообразные гидробиология
ISBN: 978-5-02-035903-1
Year: 2007
Text
В. В. Исаева А.И. Шукалюк
КОЛОНИАЛЬНЫЕ
КОРНЕГОЛОВЫЕ
РАКООБРАЗНЫЕ !
НАУКА
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ МОРЯ
им. А.В. ЖИРМУНСКОГО
В. В. Исаева А. И. Шукалюк
КОЛОНИАЛЬНЫЕ
КОРНЕГОЛОВЫЕ
РАКООБРАЗНЫЕ
Crustacea: Rhizocephala
Бесполое размножение,
стволовые клетки,
репродуктивная стратегия
МОСКВА НАУКА 2007
УДК 59
ББК 28.691.8
И85
Издание осуществляется при финансовой поддержке
Российского фонда фундаментальных исследований
по проекту № 07-04-07025
Ответственный редактор
академик А.В. АДРИАНОВ
Исаева В.В.
Колониальные корнеголовые ракообразные (Crustacea: Rhizocephala):
бесполое размножение, стволовые клетки, репродуктивная стратегия /
В.В. Исаева, А.И. Шукалюк; [отв. ред. А.В. Адрианов] ; Ин-т биологии
моря им. А.В. Жирмунского ДВО РАН. - М. : Наука, 2007. - 132 с. -
ISBN 978-5-02-035903-1 (в пер.).
Колониальная организация корнеголовых, возникающая за счет бесполого размно-
жения без отделения бластозооидов, - уникальное явление для ракообразных, всего типа
членистоногих и всей ветви Ecdysozoa билатеральных многоклеточных животных. Пред-
ставлены результаты прижизненного, гистологического, ультраструктурного, гистохими-
ческого и молекулярно-биологического исследования колониальных корнеголовых
ракообразных семейств Sacculinidae, Peltogastridae и Thompsoniidae. Визуализирована ко-
лониальная организация и почкование эпителиального столона на паразитической стадии
жизненного цикла исследованных видов. Показано, что самообновляющийся резерв
тотипотентных стволовых клеток внутри столона колониальных корнеголовых - клеточ-
ная основа их репродуктивной стратегии, включающей половое и бесполое размножение.
Монография иллюстрирована оригинальными черно-белыми и цветными фотографиями
и схематическими рисунками.
Для специалистов в области биологии развития, биологии клетки и зоологов.
По сети “Академкнига”
ISBN 978-5-02-035903-1 © Институт биологии моря им. А.В. Жирмун-
ского ДВО РАН, 2007
©Исаева В.В., Шукалюк А.И., 2007
© Редакционно-издательское оформление.
Издательство “Наука”, 2007
Памяти
Владимира Леонидовича Касьянова
ВВЕДЕНИЕ
В мировой литературе нет ни одной монографии или обзора,
посвященных уникальной для членистоногих животных колони-
альной организации ряда видов корнеголовых ракообразных
(Crustacea: Cirripedia: Rhizocephala), хотя факт их колониальности
уже признан (H0eg, 1992а; H0eg, Lutzen, 1993, 1995). В учебниках
и руководствах по зоологии до сих пор отсутствуют сведения о
проявлениях колониальности среди корнеголовых ракообраз-
ных. Само утверждение о колониальной организации представи-
телей членистоногих кажется парадоксальным. В недавнем обзо-
ре явлений клональности и колониальности у многоклеточных
животных корнеголовые ракообразные и все членистоногие рас-
сматриваются как аклональные и аколониальные организмы
(Blackstone, Jasker, 2003).
Целью нашего исследования были поиски свидетельств коло-
ниальной организации у некоторых видов корнеголовых на пара-
зитической стадии их жизненного цикла, ее возникновения в
результате бесполого размножения без отделения бластозооидов
и изучение клеточных механизмов бластогенеза этих колониаль-
ных членистоногих.
Рассмотрены собственные и литературные данные о коло-
ниальной организации и бесполом размножении на паразитиче-
ской стадии жизненного цикла некоторых представителей
корнеголовых ракообразных. Прослежен процесс бесполого
размножения колониальной интерны этих видов. Впервые по-
казано, что бластогенез осуществляется путем почкования эпи-
телиального трубковидного столона, внутри которого распола-
гаются недифференцированные стволовые клетки. Стволовые
клетки корнеголовых формируют ранние зачатки бластозоои-
дов и позже мигрируют в развивающийся яичник будущей экс-
терны, становясь первичными половыми клетками. За счет
бесполого размножения на паразитической стадии жизненного
цикла возникает колониальная организация этих и некоторых
других видов корнеголовых - уникальное явление не только
для ракообразных, но и всего типа членистоногих и всей ветви
з
Ecdysozoa. Бластогенез и колониальность представителей корне-
головых вовлекают радикальную перестройку репродуктивной
стратегии ракообразных и трехступенчатый каскад репродукции:
бесполое размножение путем почкования столона интерны, по-
вторное развитие множественных экстерн и повторные циклы
полового размножения каждой экстерны. Самообновляющийся
резерв тотипотентных стволовых клеток колониальных корнего-
ловых - клеточная основа их репродуктивной стратегии, включа-
ющей половое и бесполое размножение.
Авторы очень признательны за совместную работу и друже-
ское расположение сотрудникам Института цитологии и генети-
ки СО РАН С.И. Байбородину, А.Г. Блинову, К.А. Головниной,
Е.А. Кизиловой, сотрудникам Института биологии моря ДВО
РАН А.В. Ахмадиевой, С.М. Долганову, О.М. Корн, И.И. Пущи-
ну и А.В. Рыбакову.
Инициатива комплексного исследования репродуктивной
стратегии корнеголовых ракообразных принадлежит Владимиру
Леонидовичу Касьянову, академику РАН, директору Института
биологии моря ДВО РАН с 1989 по 2005 год, научному лидеру со-
зданной им в 1973 году лаборатории эмбриологии ИБМ, руково-
дителю ведущей научной школы, неоднократно поддержанной
грантами. Публикации и сообщения на эмбриологических семи-
нарах В.Л. Касьянова дали толчок нашим исследованиям беспо-
лого размножения и стволовых клеток колониальных корнего-
ловых. Выполнение всей нашей работы было бы невозможным
без непосредственного участия, постоянной поддержки и заинте-
ресованности Владимира Леонидовича. Результаты проведенной
работы подтверждают теоретические представления В.Л. Касья-
нова о репродуктивной стратегии, понимаемой в широких рамках
эволюционно-экологического подхода как комплекс адаптивных
изменений биологии размножения и развития, затрагивающих
все уровни организации от субклеточного и клеточного до попу-
ляционного и видового (Касьянов, 1989; Kasyanov, 2001). Наша мо-
нография посвящается памяти Владимира Леонидовича, внесше-
го огромный, неоценимый вклад в работу авторов, в жизнь и
судьбу В.В. Исаевой и трагически погибшего 1 октября 2005 года.
Работа была поддержана Российским фондом фундамен-
тальных исследований (гранты №№ 06-04-48744, 06-04-63092,
06-04-96039, 03-04-49544, 99-04-48843, 99-04-48861), грантами
ведущей научной школы “Биология размножения и развития
морских беспозвоночных”, руководитель академик В.Л. Касьянов
(РФФИ №№ 96-15-98014,00-15-97938 и Минпромнауки 1219.2003.4),
и грантами ДВО РАН (проекты №№ 06-П1-А-06-162,04-2-0-00-009,
04-3-Г-06-077).
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О КОРНЕГОЛОВЫХ РАКООБРАЗНЫХ
Корнеголовые ракообразные (Crustacea: Cirripedia: Rhizo-
cephala) - паразиты свободноживущих ракообразных. Эта группа
высокоспециализированных паразитических усоногих включает
37 родов и около 260 видов (Walker, 2001).
История изучения онтогенеза корнеголовых ракообраз-
ных начинается с классических исследований Ива Деляжа, прове-
денных на саккулине Sacculina carcini, паразите краба Carcinus
maenas. Деляж (Delage, 1883, 1884) показал, что жизненный цикл
саккулины включает стадию развития внутри организма хозяина
(Sacculine interne), с последующим развитием на поверхности тела
хозяина экстерны (Sacculine exteme), обеспечивающей половое
размножение; затем следует стадия свободноживущих личинок,
заражающих очередного хозяина (рис. 1). Кроме терминов
“экстерна” и “интерна”, Деляж ввел термины “нуклеус” - для
обозначения компактной массы клеток, формирующих “висце-
ральную массу” зачатка экстерны и “кентрогон” - для личиноч-
ной стадии, клеточное содержимое которой вводится внутрь тела
хозяина и превращается затем в интерну.
Положение корнеголовых в системе современных ракооб-
разных, в пределах подкласса Thecostraca, до уровня двух отрядов
внутри надотряда Rhizocephala (Martin, Davies, 2001; Рыбаков,
2004), таково:
Подтип Crustacea Brunnich, 1772
Класс Maxillopoda Dahl, 1956
Подкласс Thecostraca Gruvel, 1905
Инфракласс Facetotecta Grygier, 1985
Инфракласс Ascothoracida Lacaze-Duthiers, 1880
Инфракласс Cirripedia Burmeister, 1834
Надотряд Acrothoracica, Gruvel, 1905
Над отряд Rhizocephala, Muller, 1862
Отряд Kentrogonida Delage, 1884
Отряд Akentrogonida, Haefele, 1911
Над отряд Thoracica Darwin, 1854
5
Рис. 1. Личиночное развитие и метаморфоз саккулины Sacculina carcini
(по: Delage, 1884; Davydoff, 1928; Ивановой-Казас, 1979)
А - науплиус; Б - циприсовидная личинка; В - циприсовидная личинка после прикре-
пления к крабу; Г-Е - образование кентрогона; Ж - интерна с нуклеусом.
a l, а П - антенны I и П; к - кентрон; мд - мандибула; нг - науплиальный глаз;
тк - торакальные конечности; ж - цементная железа; щ - щетинка краба-хозяина
Отряд Kentrogonida включает 24 рода трех семейств, отряд
Akentrogonida - 13 родов пяти семейств (Walker, 2001):
Kentrogonida
Lemaeodiscidae (Lernaeodiscus, Triangulus)
Peltogastridae (Briarosaccus, Peltogaster, Peltogasterella,
Septosaccus)
Sacculinidae (Heterosaccus, Loxothylacus, Ptychascus, Sacculina)
Akentrogonida
Chthamalophilidae (Boquetia, Boschmaella, Chthamalophilus)
Clistosaccidae (Clistosaccus, Sylon)
6
Duplorbidae (Duplorbis, Arcturosaccus, Cryptogaster)
Mycetomorphidae (Mycetomorpha)
Thompsoniidae (Diplothylacus, Pottsia, Thompsonia, Thylacop-
lethus).
Наименование отряда кентрогонид произведено от названия
личиночной стадии женского пола, типичной для представителей
трех семейств этого отряда и отсутствующей у акентрогонид.
Кентрогониды паразитируют на представителях десятиногих
(Decapoda), тогда как акентрогониды поражают более широкий
таксономически перечень ракообразных (H0eg, Lutzen, 1995).
Среди саккулинид недавно был выделен новый род, Polyascus, и
Sacculina polygenea (Lutzen, Takahashi, 1997), один из основных
объектов нашего исследования, была переименована в Polyascus
polygenea (Glenner et al., 2003).
Систематика корнеголовых базируется на особенностях
строения личинок, сохраняющих морфологию, типичную для
представителей усоногих ракообразных (Cirripedia) и других
представителей подкласса Thecostraca (рис. 2); существенна и
морфология экстерн с дифференцированными тканями и органа-
ми: мантией с полостью и выводным отверстием, яичником и
Рис. 2. Науплии корнеголовых ракообразных и других представителей подкласса
Thecostraca
А - Trypetesa nassarioides (Acrothoracica); Б - Sacculina carcini (Rhizocephala); В, Г -
Septosaccus cuenoti (Rhizocephala); Д - Peltogaster paguri (Rhizocephala); E - Baccalaureus
falciramus (Ascothoracica); Ж, 3 - Hansenocaris sp. (Facetotecta) (из: Касьянов и др., 1998)
7
другими органами. В мантийной полости экстерны происходит
оплодотворение и эмбриональное развитие до стадии науплиаль-
ной (у кентрогонид) или циприсовидной (у акентрогонид) личин-
ки. Науплий - обычная личиночная форма многих ракообраз-
ных, тогда как циприсовидная личинка характерна только для
Cirripedia, хотя морфологически сходные личинки известны у
родственных групп, например, Ascothoracica и Facetotecta (Касья-
нов и др., 1999). Сходство эмбрионального и личиночного разви-
тия и данные молекулярной биологии позволяют рассматривать
Rhizocephala как сестринскую группу свободноживущих Cirripedia
Thoracica (H0eg, Lutzen, 1995; Martin, Davies, 2001).
Метаморфоз личинок корнеголовых протекает иначе, чем у
других Cirripedia, приводя к развитию паразитического организ-
ма, лишенного сегментации, конечностей, пищеварительного
тракта, других морфологических признаков и всего плана строе-
ния, характерных для класса ракообразных и типа членистоногих
(H0eg, 1992а,b; H0eg, Lutzen, 1993, 1995; Касьянов и др., 1997а,б,
1998, 1999). Циприсовидные личинки женского пола инъецируют
в организм будущего хозяина особую личиночную стадию, на-
званную вермигоном, как показано для представителей рода
Loxothylacus (Glenner, H0eg, 1995; Glenner et al., 2000), либо эмбри-
ональные клетки, из которых затем развивается паразитический
женский организм (H0eg, 1992а; H0eg, Lutzen, 1993, 1995). Личин-
ки мужского пола вносят тем или иным способом клетки муж-
ской половой линии в ювенильную экстерну; y.Kentrogonida муж-
ские гаметы дифференцируются в рецептакулах, особых органах
экстерны, куда проникает трихогон - личинка мужского пола по-
следней стадии. У Akentrogonida конечные личиночные стадии
кентрогона, вермигонай трихогона отсутствуют; осевшие ципри-
совидные личинки прокалывают покровы хозяина одной из
антеннул, инъецируя клеточный материал (H0eg, 1990; Касьянов
и др., 1999).Таким образом, самцы редуцируются до сперматоген-
ных клеток в рецептакулах или других отделах экстерны орга-
низма самки (H0eg, 1992а; H0eg, Lutzen, 1993, 1995; Касьянов и
др., 1997а, б, 1998, 1999) - у корнеголовых ракообразных пре-
дельно выражен половой диморфизм (Касьянов и др., 1997а).
Схема жизненного цикла корнеголовых (H0eg, 1992а) пред-
ставлена на рис. 3.
У некоторых видов семейств Peltogastridae, Sacculinidae и всех
представителей Thompsoniidae и Polysaccidae на паразитической
стадии жизненного цикла появилась колониальная организация с
развитием на поверхности тела хозяина множественных экстерн
(H0eg, 1992а; H0eg, Lutzen, 1993, 1995; Lutzen, Du, 1999; Liu,
8
Рис. 3. Жизненный цикл корнеголового ракообразного (по: H0eg, 1992а)
9
Lutzen, 2000; Bresciani, H0eg, 2001). Статистика распределения
числа экстерн на пораженных особях хозяина, исключающая
альтернативную возможность неоднократного повторного зара-
жения, служит косвенным доказательством колониальной орга-
низации на паразитической стадии жизненного цикла некоторых
видов корнеголовых, особенно убедительным при наличии десят-
ков и даже сотен экстерн на одном хозяине (H0eg, Lutzen, 1993,
1995). Например, у Thompsonia littoralis (Lutzen, Jespersen 1990,
1992) найдено до 200 экстерн, связанных с единой корневой сис-
темой, отбрасываемых во время линьки хозяина и затем возобно-
вляемых, по-видимому, за счет почек интерны (Potts, 1915; Lutzen,
Jespersen, 1992). Хотя корнеголовые семейств Thompsoniidae,
Peltogastridae и некоторые представители Sacculinidae уже при-
знаны настоящими колониальными организмами, однако разгра-
ничение единой колонии и нескольких переплетающихся интерн
признается технически очень трудным (H0eg, Lutzen, 1995). В то
же время многие виды корнеголовых характеризуются единст-
венной экстерной на поверхности тела хозяина и, по-видимому,
не колониальны.
В результате тщательного препарирования живого материа-
ла интерны Peltogasterella sulcata Lilljeborg (syn. Chlorogaster sul-
catus Lilljeborg) была выявлена и схематически изображена ее
колониальная система с множеством зачатков экстерн (Perez,
1931b; H0eg, Lutzen, 1995). Эти схемы (одна из них приведена на
рис. 4) - первые и до наших работ единственные изображения
колониальной организации представителя Rhizocephala. В своем
обзоре Хег и Лютцен (H0eg, Lutzen, 1995) впервые же совершен-
1
Рис. 4. Схема колониальной организации Peltogasterella sulcata
Цифрами обозначены последовательные генерации экстерн и их зачатков
(по: H0eg, Lutzen, 1995)
10
но ясно пишут о наличии колониальной стадии в жизненном
цикле некоторых представителей корнеголовых. Тщательное
отделение интерны родственного вида, Peltogasterella gracilis
(Kruger, 1912) от тканей хозяина (раков-отшельников Pagurus
pectinatus и Pagurus middendorffii) с последующим кратковремен-
ным культивированием интерны вне организма хозяина позво-
лило нам изучить организацию интерны этого вида и впервые
получить фотографическую. визуализацию ее колониального
строения (Исаева и др., 1999, 2003; Шукалюк и др., 2001;
Shukalyuk et al., 2005b).
Как уже принято считать, колониальная организация на па-
разитической стадии жизненного цикла представителей некото-
рых семейств корнеголовых ракообразных (Thompsoniidae,
Sacculinidae, Peltogastridae) возникает за счет появления способно-
сти интерны к бесполому размножению путем почкования без
отделения зооидов (Perez, 1931b; H0eg, 1992а; H0eg, Lutzen, 1993,
1995; Lutzen, Jespersen, 1992; Takahashi, Lutzen, 1998; Касьянов и
др., 19976; Lutzen, Du, 1999; Исаева и др., 1999, 2003; Liu, Lutzen,
2000; Isaeva et al., 2001b, 2004; Lutzen, 2002; Glenner et al., 2003;
Rybakov, Shukalyuk, 2004; Shukalyuk et al., 2005b). Однако явление
почкования убедительно продемонстрировано лишь на очень не-
многих видах корнеголовых. Сведения о бесполом размножении
на паразитической стадии жизненного цикла впервые получены
на Polyascus (Sacculina) polygenea (Glenner, Lutzen, Takahashi 2003):
в результате исследования серийных срезов тканей интерны вме-
сте с тканями краба-хозина авторы (Takahashi, Lutzen, 1998;
Lutzen, 2002) сочли удачей выявление - в одном лишь случае -
связи двух нуклеусов через общую корневую систему, что позво-
лило сделать вывод о наличии бесполого размножения в жизнен-
ном цикле этого вида корнеголовых.
Клеточные механизмы бластогенеза при бесполом размно-
жении корнеголовых до наших исследований не были изучены.
Процессы морфогенеза и цитодифференциации множественных
зачатков экстерн у видов с колониальной организацией интерны
также не были исследованы на клеточном уровне; слабо изучен-
ной оставалась и организация интерны колониальных корнего-
ловых, до сих пор именуемой архаичным термином “корни”.
Целью проведенных нами исследований корнеголовых ракооб-
разных с множественными экстернами Polyascus polygenea,
Peltogasterella gracilis, Thylacoplethus isaevae (рис. 5; см. цветную
вклейку, табл. I, А, В, Г) - представителей корнеголовых с интерес-
нейшим жизненным циклом, включающим колониальную стадию
и чередование полового и бесполого поколений, было изучение
11
Рис. 5. Множественные экстерны на поверхности тела зараженного хозяина
А - Polyascus poly gene а; Б - Thylacoplethus isacvaet, В - Peltogasterella gracilis (все три
экстерны Р, polygenea и часть экстерн Р, gracilis и 77/. isaevae отмечены звездочками).
Масштабная линейка: А, В - 1 см; Б - 0, 5 см
морфофункциональной организации интерны, бесполого размно-
жения и его клеточных механизмов, колониальности, взаимоот-
ношений паразит-хозяин, стратегии размножения и развития.
Для этого были применены методы кратковременного культи-
вирования тканей интерны паразита in vitro, электронной
микроскопии, гистологии, а также гистохимии, иммунохимии и
молекулярной биологии.
Нами прослежен процесс бластогенеза и выявлены стволо-
вые клетки на паразитической стадии жизненного цикла колони-
альных корнеголовых. Впервые показано, что бесполое размно-
жение исследованных видов осуществляется путем почкования
эпителиального трубковидного столона, внутри которого распо-
лагаются стволовые клетки, впервые обнаруженные и описан-
ные нами; прослежены на клеточном уровне процессы диффе-
ренцировки бластозооидов (Исаева и др., 1999, 2003; Isaeva et al.,
2001, 2004; Rybakov, Shukalyuk, 2004; Shukalyuk et al., 2005b, 2007).
В процессе бесполого размножения в интерне непрерывно фор-
мируются новые зачатки экстерн (индивидов), что приводит к
накоплению в интерне нескольких генераций индивидов, объеди-
ненных в общую систему - колонию.
12
Паразитирование во внутренней среде родственного организ-
ма способствует клеточной репродукции, разрастанию интерны,
подавлению образования экзоскелета, и тем самым потере осе-
вых отношений, плана строения, сегментации - базовых черт
морфологической организации членистоногих. В буквальном
смысле корнеголовые на эндопаразитической стадии - не
членистоногие, не Arthropoda. Однако их несомненная принад-
лежность к этому типу наряду со способностью некоторых видов
корнеголовых к почкованию интерны без отделения бластозоои-
дов позволяет говорить о существовании колониальных форм в
пределах типа членистоногих - аберрантных для этого типа.
Поражение корнеголовыми вовлекает кастрацию хозяина,
сопровождаемую глубокими эндокринологическими нарушения-
ми, влияющими на вторичные половые признаки, поведение и
линьку. Поражение гонад затрагивает как семенники, так и яич-
ники хозяина и приводит к их дегенерации и подавлению конеч-
ных этапов гаметогенеза (Rubiliani et al., 1980; Meyers, 1990; Isaeva
et al., 2001b; Takahashi, Matsuura, 1994). Отмечены также дегене-
ративные изменения нервной системы хозяина, нарушения линь-
ки, общее ослабление краба-хозяина (Rubiliani et al., 1980; Meyers,
1990). Известно, что корнеголовые паразиты, в частности,
Polyascus (Sacculina) polygenea способны манипулировать пове-
денческими реакциями краба-хозяина: заражение крабов сакку-
линой ведет к изменению поведения крабов обоего пола - прояв-
лениям “заботы о вынашивании” потомства паразита и к морфо-
логической феминизации крабов-самцов (Takahashi et al., 1997).
Таким образом, некоторые корнеголовые способны длительно
эксплуатировать организм хозяина, стерилизуя его, контролируя
морфологию и поведение и максимально используя организм
хозяина для производства собственных личинок.
Космополитический вид корнеголового Briarosaccus callosus
поражает многие виды крабов родов Lithodes (L. couesi, L. aequi-
spina, L. agassizii, L. antarcticus, L. murrayi), Paralithodes (P. camcha-
tica., P. platypus), в том числе важные в промысловом отношении
виды (Meyers, 1990). Ввиду высокого репродуктивного потенциа-
ла паразит способен быстро заражать популяцию промысловых
крабов, увеличивая число особей, выключенных из собственного
цикла размножения и вместо того вынашивающих потомство
паразита. Ситуация усугубляется еще и непреднамеренным
антропогенным отбором при вылове крабов, когда из популяции
изымаются здоровые самцы, а зараженные особи с экстернами
паразита живыми выбрасываются в море. Нами предложены
практические рекомендации, направленные на снижение уровня
13
зараженности промысловых видов крабов паразитом Briarosac-
cus callosus (Исаева и др., 2005; Shukalyuk et al., 2005с).
Репродуктивная стратегия колониальных корнеголовых по-
тенциально вовлекает трехступенчатый каскад размножения:
бесполое размножение путем почкования интерны, многократ-
ное образование одной или нескольких экстерн и несколько
циклов репродукции каждой экстерны, что ведет к появлению
огромного числа личинок и заражению значительной доли попу-
ляции краба-хозяина (Корн и др., 2004; Shukalyuk et al., 2005b).
Клеточной основой репродуктивной стратегии Rhizocephala,
включающей половое и бесполое размножение, служит само-
обновляющийся резерв тотипотентных стволовых клеток
(Shukalyuk et al., 2005b, 2007; Исаева и др., 2007).
Стратегия размножения и развития усоногих ракообразных
эволюционировала при переходе высокоорганизованной группы
подвижных животных к сидячему, сверлящему или паразитиче-
скому образу жизни, что сопровождалось глубокими перестрой-
ками биологии размножения и развития группы (Касьянов и др.,
1997а). У корнеголовых “репродуктивная стратегия разыграла
фантастический спектакль, сняв классически единообразные
личиночные покровы” (Касьянов и др., 1999. С. 10) и радикально
изменив их онтогенез и жизненный цикл.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Были собраны и исследованы 534 особи прибрежного краба
Hemigrapsus sanguineus De Haan, зараженных корнеголовым па-
разитом Polyascus polygenea Glenner, Lutzen, Takahashi, 2003
(Rhizocephala: Kentrogonida: Sacculinidae), 32 особи раков-отшель-
ников Pagurus ochotensis Brandt и Pagurus middendorffii Brandt, но-
сителей паразита Peltogasterellq gracilis Kruger, 1912 (Kentrogonida:
Peltogastridae), а также 77 раков-отшельников Pagurus proximus
Komai с экстернами Peltogaster reticulatus Shiino (Kentrogonida:
Peltogastridae). Эти виды были найдены в 1997-2005 гг. в зал.
Восток (Японское море) на морской биологической станции
“Восток” Института биологий моря ДВО РАН. В ходе исследова-
тельских рейсов в Охотском море у побережья Сахалина собраны
39 раков-отшельников Pagurus trigonocheirus Stimpson с экстерна-
ми Thylacoplethus isaevae Rybakov, Shukalyuk, 2004 (Akentrogonida:
Tompsoniidae), на западном шельфе Камчатки - 68 особей равно-
шипого краба Lithodes aequispina Benedict с экстернами
Briarosaccus callosus Boschma,1930 (Kentrogonida: Peltogastridae).
Среди изученных видов для Р. polygenea, Р. gracilis и
Th. isaevae типичны множественные экстерны на поверхности
тела каждого пораженного ими хозяина (рис. 5; см. цветную
вклейку, табл. I, А, В, Г). На этих видах было проведено наибо-
лее детальное исследование, включающее кратковременное
культивирование in vitro, гистологическое, ультраструктурное,
гистохимическое и иммунохимическое изучение; осуществлено
также молекулярно-биологическое исследование организации
интерны Р. polygenea. При исследовании Р. reticulatus (см. цветную
вклейку, табл. I, Б) и Th. isaevae были применены гистологиче-
ские, гистохимические и ультраструктурные методы.
Интерна корнеголовых ракообразных, развивающаяся в
гемолимфе полости тела десятиногих раков, в сущности, пред-
ставляет собой ткани, культивируемые in vivo, внутри родствен-
ного организма хозяина-ракообразного. Поэтому казалось пер-
спективным культивирование тканей интерны in vitro, вне орга-
низма хозяина, что и было применено при исследовании интерны
15
P. polygenea и Р. gracilis. Тщательное препарирование материала
интерны под бинокуляром, на последних этапах проводимое вне
организма хозяина, в его гемолимфе, позволило успешно отде-
лять крупные фрагменты интерны от тканей хозяина. Нами
впервые было применено культивирование участков интерны
Р. polygenea и Р. gracilis in vitro (Исаева и др., 1999), что дало воз-
можность прямой прижизненной визуализации и фоторегистра-
ции колониальной организации интерны этих видов при мини-
мальных повреждениях (неизбежных в процессе отделения ин-
терны от тканей хозяина),. В качестве питательной среды для
культивирования была использована гемолимфа здоровых осо-
бей вида-хозяина. Свежевыделенную гемолимфу центрифугиро-
вали для удаления гемоцитов и сгустков (7000 об/мин, 30 мин) и
добавляли антибиотики (пенициллин 100 ЕД/мл, стрептомицин
100 мкг/мл, гентамицин 100 мкг/мл). Культивирование проводи-
лось в течение 8-24 часов при соблюдении элементарных правил
асептики. В этих условиях участки интерны без каких-либо види-
мых признаков деградации выживали по крайней мере в течение
нескольких первых часов; наблюдалась экспансия корневой сис-
темы Р. polygenea с удлинением ее отростков (рис. 6). Почка
Р. polygenea, отделившаяся в результате случайного повреждения
ее стебелька, перемещалась по дну чашки Петри, активно изме-
няя при этом свою форму (рис. 7). При необходимости материал
интерны других исследованных видов (помимо Р. polygenea и
Р. gracilis) рассматривали и препарировали in vitro в среде, приго-
товленной из гемолимфы здоровых особей вида-хозяина после ее
центрифугирования и добавления антибиотиков.
Культивирование интерны корнеголовых in vitro сделало
возможным непосредственное наблюдение почкующийся
колониальной интерны исследуемых видов корнеголовых без
ее деградации, быстро наступающей в морской воде без гемо-
лимфы хозяина. Мы могли проследить начальные стадии поч-
кования интерны в течение 4-12 часов вне организма хозяина,
однако предпочитали ограничиться самыми первыми часами
наблюдения почек, ранее сформировавшихся в организме
хозяина - во избежание возможных нарушений нормального
морфогенеза.
Помимо прижизненного изучения интерны Р. polygenea и
Р. gracilis, впервые проведено гистологическое, цитохимическое
и электронно-микроскопическое исследование интерны Р. gra-
cilis, Р. reticulatus и Th. isaevae и молекулярно-биологическое изу-
чение Р. polygenea. Для этих целей крупные участки интерны
были выделены из десятиногих ракообразных - носителей
16
Рис. 6. Экспансия корней интерны Polyascus polygenea в среде in vitro
А - корни вскоре после .эксплантации (10 мин); Б - это же поле зрения через 1 час
30 мин.
Масштабная линейка: 100 мкм
Рис. 7. Перемещение и изменение формы случайно отделившейся почки
Polyascus polygenea
А - вскоре после эксплантации (15 мин); Б - через 1 час 10 мин; В - через 1 час 50 мин
после эксплантации.
Масштабная линейка: 100 мкм
экстерн корнеголовых, путем тщательной микродиссекции отде-
лены столоны с зачатками экстерн и другие части интерны; изу-
чены также зрелые экстерны.
Для микроскопии и фоторегистрации живых интерн и препа-
ратов использовали инвертированный микроскоп Telaval с фо-
тоустройством mf-matik (Zeiss) и микроскоп Polyvar с цифровой
камерой Leica.
17
Для гистологического исследования материал фиксировали
жидкостью Буэна, обезвоживали в спиртах, заливали в парафин
по стандартной методике; срезы толщиной около 5 мкм окраши-
вали гематоксилином и эозином, заключали в кедровый бальзам.
С целью ультраструктурного исследования интерны, а также
для приготовления полутонких срезов материал, предварительно
фиксированный 2,5% глутаровым альдегидом и затем обработан-
ный 2% оксидом осмия (OsO4), был залит в эпоксидную смолу
(Аралдит или Эпон-812, реже их смесь). Ультратонкие и полу-
тонкие срезы были приготовлены на ультратоме (Ultracut-E);
полутонкие срезы (толщиной около 1 мкм) были окрашены
метиленовым синим или толуидиновым голубым. Для ультра-
структурного анализа приготовлены срезы толщиной 0,5-0,1 мкм,
контрастированы уранилацетатом и тетратом свинца; последую-
щий просмотр и фотографирование были проведены с использо-
ванием электронного микроскопа JEM-100.
Гистохимический метод выявления активности щелочной
фосфатазы в стволовых и первичных половых клетках млекопи-
тающих был впервые адаптирован для корнеголовых рако-
образных и всех беспозвоночных животных (Исаева и др., 2003).
Выявление активности щелочной фосфатазы в культивируемых
эмбриональных стволовых клетках (линия ES) мыши (Matveeva et
al., 1998), использованных в качестве контроля, включало следу-
ющие этапы: а - удаление среды; б - промывка буфером DPBS
(pH 7,6-7,8); в - фиксация клеток 4% формальдегидом (15 мин);
г - промывка тем же буфером; д - инкубация в окрашивающем
растворе (TrisHCl, pH 9,5, 100 мл; NaCl 100 мл; MgCl2, 5 mM;
Naphtol AS-MX Phosphate (Sigma, США), 0,4 мкг/мл; Fast Violet
В Salt (Sigma, США), 1 мкг/мл) в течение 15 мин с визуальным
контролем; е - промывка буфером DPBS (pH 7,6-7,8); ж -
промывка дистиллированной водой; з - высушивание. Для выяв-
ления активности щелочной фосфатазы в стволовых клетках
исследованных видов корнеголовых ракообразных мы использо-
вали ту же последовательность процедур, за исключением эта-
пов: а, б, в, з. Интерны корнеголовых фиксировали 2,5% глута-
ровым альдегидом на морской воде. После промывки от окраши-
вающего раствора фрагменты интерн просветляли в глицерине
(3 смены по 1 сут).
Для выявления ядерного антигена пролиферирующих клеток
(PCNA) использована фиксация Буэном и заключение в парафин.
Было проведено иммуноокрашивание на срезах толщиной 5 мкм
моноклональными мышиными антителами к этому антигену
(monoclonal mouse anti-PCNA, clone P10, ready-to-use, DAKO, USA)
18
и затем обработка с использованием стандартной системы стреп-
тавидин-биотин-пероксидаза; в качестве хромогена применен
диаминобензидин (Shukalyuk et al., 2005b).
С целью определения плодовитости саккулины у пяти экстерн
разного размера было подсчитано число эмбрионов в мантийной
полости. Для определения числа генераций, продуцируемых
одной экстерной, зараженных крабов содержали в аэрируемых
аквариумах и фиксировали время вылупления личинок очередной
генерации. Подсчитывали число экстерн на каждом зараженном
саккулиной крабе, определяли стадию развития экстерны (Корн
и др., 2004).
При молекулярно-генетических исследованиях были про-
ведены выделение ДНК, амплификация с использованием поли-
меразной цепной реакции (ПЦР), клонирование и секвенирова-
ние. ДНК экстрагировалась из свежего или фиксированного
в 96% этиловом спирте материала; проводилась ПЦР-амплифи-
кация фрагментов гомологов гена vasa семейства DEAD-box
(экспрессирующихся в стволовых и половых клетках различных
Metazoa). Затем было осуществлено субклонирование, определе-
ние последовательностей аминокислот белковых продуктов этих
генов и филогенетический анализ с использованием данных гене-
тического банка. Для сравнительного филогенетического анали-
за выбраны неколониальный представитель корнеголовых
Clistosaccus paguri и представитель изопод Athelgis takanoshinensis.
У Р. polygenea был выявлен паттерн экспрессии генов, родствен-
ных vasa и другим генам группы DEAD-box. С целью проведения
молекулярной гибридизации in situ на тотальных препаратах
столонов интерны применены смысловые и антисмысловые зон-
ды РНК, синтезированной на клонах фрагментов ДНК, гомоло-
гичных гену vasa и другим генам семейства DEAD, меченые диго-
ксигенином. Филогенетический анализ был проведен путем срав-
нения полученных последовательностей с данными по другим
белкам семейства DEAD-box, доступными из базы данных
(см. Shukalyuk et al., 2005а, 2007).
МОДУЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ
КОЛОНИАЛЬНОЙ ИНТЕРНЫ:
ТРОФИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
Корневая система интерны корнеголовых уже в середине
XIX в. была описана как трофический орган. Позже стало ясно,
что эта система играет ключевую роль в контролировании пара-
зитом морфологии, физиологии и поведения хозяина (Bresciani,
H0eg, 2001). Интерна корнеголовых ракообразных выполняет
трофическую функцию и обеспечивает потребление из гемолим-
фы хозяина питательных веществ, их переработку и транспорт к
зачатку экстерны и затем зрелой экстерне. Экстерна, развиваю-
щаяся внутри тела хозяина в составе интерны, затем выходит на
поверхность тела хозяина, где функционирует как редуцирован-
ный индивид женского пола.
Морфология корневой системы варьирует у представителей
разных семейств корнеголовых (рис. 8, 9). Обширной системой
нерегулярно ветвящихся корней, заполняющих полость тела
краба-хозяина, заходящих в его конечности и проникающих
во все части тела, обладают саккулиниды; однако их корневая
система обычно все же не достигает той степени распростране-
ния внутри тела хозяина, какая представлена классическим
рисунком Деляжа (Bresciani, Hoeg, 2001; рис. 8, Б). Для предста-
вителей семейства Peltogastridae типичны более регулярно орга-
низованные “ламповые щетки” с отходящими от их ствола
боковыми, не ветвящимися отростками (H0eg, 1992; H0eg,
Lutzen, 1995), но морфология корневой системы различается у
видов родов Peltogaster, Peltogasterella и Septosaccus (Bresciani,
H0eg, 2001; рис. 9).
У пельтогастрид с множественными экстернами каждая экс-
терна снабжена собственной “ламповой щеткой” (lamp brush),
именуемой теперь в духе времени “бутылочной щеткой” (bottle
brush: Bresciani, H0eg, 2001) и расположенной в абдоминальной
части тела хозяина вблизи экстерны (рис. 3). Таким образом, у
колониальных корнеголовых интерна включает множество
20
Рис. 8. Распределение корней интерны в теле хозяина (по: Bresciani, H0eg, 2001)
А - Peltogaster paguri, паразит рака-отшельника Pagurus bernhardus\ Б - Saccutina
carcini, паразит краба Carcinus maenas; В - Sylon hippolytes, паразит Spirontocaris lilljeborgi
функционирующих трофических модулей, соответственно мно-
жеству зрелых экстерн.
О корневой системе акентрогонид сведений немного. Извест-
но, что у томпсонид корневая система очень обширна, проникает
во все части тела, включая конечности, и соседние экстерны свя-
заны общей корневой системой.
Корневая система корнеголовых может быть бесцветной,
беловатой, окрашенной в зеленый цвет (у Peltogaster. см. цветную
вклейку, табл I, Б) или желтый (Bresciani, H0eg, 2001).
Было проведено ультраструктурное изучение корешков
(rootlets) некоторых видов корнеголовых (Hubert et al., 1979; Payen
et al., 1981; H0eg, 1992; Bresciani, H0eg, 2001). Показано, что
“корешки” корневой системы покрыты тонкой кутикулой, обра-
зующей ветвящиеся отростки. Эти выросты микрокутикулы
21
Рис. 9. Корневая система интерны видов семейства Peltogastridae (по: Bresciani,
Hpeg, 2001)
А - Peltogaster paguri, стрелки показывают корневые фолликулы; Б - Peltogasterella
sulcata; В - Septosaccus rodriguezi, концевая часть корней с фолликулами; Г - Peltogaster
paguri; Д - Seprosaccus rodriguezi, основной ствол с боковыми ответвлениями
рассматриваются либо как микроворсинки клеточной поверхно-
сти, либо как внеклеточные микрокутикулярные отростки
(Bresciani, Hpeg, 2001). Под кутикулой корешков располагаются
эпителиальные клетки; внутри корешка лежат клетки, назван-
ные осевыми (Hubert et al., 1979; Payen et al., 1981; Bresciani, Hpeg,
2001). Эпителиальные клетки корешков интерны кентрогонид
выполняют функцию адсорбции питательных веществ из гемо-
лимфы хозяина, запасаемых осевыми клетками корней (Hpeg,
Lutzen, 1995; Bresciani, Hpeg, 2001).
Морфогенез трофической системы интерны изучен в значи-
тельно меньшей степени, и здесь многое остается неясным.
Описано развитие корневой системы и эпидермиса экстерны из
эпителия раннего зачатка нескольких видов неколониальных
22
корнеголовых (Bocquet-Vedrine, 1961; Bocquet-Vedrine, Parent,
1972; Hpeg, 1982, 1992a; Rubiliani et al., 1982). Для видов с колони-
альной организацией интерны процессы морфогенеза и цито-
дифференциации множественных зачатков до сих пор не были
исследованы.
Нами проведено прижизненное (in vitro), гистологическое
и ультраструктурное исследование колониальной интерны
Polyascus (Sacculina) polygenea,' Peltogasterella gracilis, в меньшей
мере изучена интерна Peltogaster reticulatus и Thylacoplethus isae-
vae. Впервые показано, что интерна этих видов дифференциро-
вана на две основные системы: репродуктивную и трофическую,
с многочисленными элементами этих систем.
Трофическая система Р. polygenea, в свою очередь, включает
дистальные ветвящиеся отростки, “корешки”, распространяющи-
еся в гемоцеле краба-хозяина, и транспортные (проводящие) ка-
налы, или “стебельки”, связывающие зрелые экстерны и их за-
чатки с “корнями” (Шукалюк, Исаева, 2000; Isaeva et al., 2001b,
2004; Шукалюк, 2000; Shukalyuk et al., 2005b, 2007). У P. polygenea
интерна закреплена на кишке краба-хозяина в виде плотного
кольца или муфты (рис. 10), образованной трехмерным сплетени-
ем тонких канальцев (рис. 10, Г) и множеством отходящих от киш-
ки и распространяющихся в гемоцеле краба дихотомически, нере-
гулярным образом ветвящихся “корешков” (рис. 10, A-В). Интер-
на Р. polygenea окрашена в желтый цвет.
Прижизненное наблюдение корней трофической системы в
питательной среде гемолимфы хозяина (рис. 11) позволяет вы-
явить перемещение липидных капель и других компонентов ге-
молимфы паразита внутри относительно крупных корней трофи-
ческой системы. Транспорт гемолимфы с каплями липидов и дру-
гих трофических включений хорошо заметен в каналах стебель-
ков зачатков экстерн (рис. 12). На гистологических препаратах
видно отслоение внутренних (осевых) клеток корней, приводя-
щее к появлению просвета канала внутри корней (рис. И, В).
Зрелые экстерны и их зачатки в интерне связаны с корешка-
ми трофической системы “стебельками” - проводящими, или
транспортными каналами, обеспечивающими питание экстерны
(рис. 12). Снабжение нескольких компактно расположенных за-
чатков экстерн Р. polygenea обеспечивается необходимыми
трофическими ресурсами целым пучком таких канальцев
(см. рис. 12, Б).
В концевых отделах трофической системы располагаются
два типа клеток: прилежащие к кутикуле эпителиальные клетки
и трофические (осевые) клетки внутреннего пространства ко-
23
Рис. 10. Морфология трофической системы интерны Polyascus polygenea
А, Б - трофическая система с отходящими корнями па кишке краба-хозяина; В - от-
ходящие корни; Г - поперечный срез кишки краба-хозяина с закрепленной на ней интер-
ной; к - кишка краба.
Масштабная линейка: 100 мкм
Рис. И. Морфология ветвящихся корней интерны Polyascus polygenea
А, Б - корни интерны in vitro; В - гистологический срез корней.
Масштабная линейка: А, Б - 100 мкм, В - 20 мкм
24
Рис. 12. Зачатки экстерн Polyascus polygenea с их каналами (стебельками) in vitro
А - два зачатка экстерн с каналами и корнями трофической системы; Б - группа бо-
лее ранних зачатков с пучком каналов. .
Масштабная линейка: 100 мкм
решка клетки. Эпителиальные клетки, по-видимому, выполняют
функции всасывания питательных веществ из гемолимфы краба-
хозяина, функции же переработки и запасания питательных ре-
сурсов отведены клеткам с крупными трофическими вакуолями,
морфологически подобным осевым клеткам, выявленным при
ультраструктурных исследованиях “корешков” других видов кор-
неголовых (Hubert et al., 1979; Payen et al., 1981; H0eg, 1992a;
Bresciani, H0eg, 2001). Заполненные трофическими ресурсами
клетки распадаются, освобождая в образуемый таким образом
просвет канала питательные вещества вместе с остатками кле-
ток, гибель которых обеспечивает осуществление их морфогене-
тической и трофической функции. Электронная микроскопия
выявляет разрушение, частичное или полное, осевых (трофиче-
ских) клеток, в результате которого содержимое трофических
вакуолей и продукты лизиса цитоплазмы становятся компонен-
тами трофических включений гемолимфы паразита, транспорти-
руемыми к развивающимся зачаткам, которые погружены в го-
могенную питательную массу, снабжающую эти зачатки всем не-
обходимым для роста и морфогенеза (рис. 13, 14). Питательная
масса гемолимфы, поступающая к зачаткам индивидов из интер-
ны, формируется трофической системой колониальной интерны,
поскольку собственный модуль интерны данного индивида еще
только развивается. Однако уже на ранних этапах формирова-
ния зародыша путем эпителиального морфогенеза (изгибания,
25
Рис. 13. Гистологические срезы зачатков экстерн и их каналов (стебельков)
среди корней интерны Polyascus polygenea
А - зачатки трех экстерн; Б - проводящие каналы зачатков экстерн; зэ - зачатки
экстерн, пк - проводящие каналы, тм - трофическая масса.
Масштабная линейка: 100 мкм
инвагинаций эпителиального слоя), осуществляется раздельное
формирование зачатков трофической системы и экстерны, соот-
ветственно представляющих собой два различных развивающих-
ся модуля - модуль интерны и модуль экстерны.
В результате прижизненного и гистологического исследова-
ния интерны Р. polygenea выявлены зачатки экстерн, окружен-
ные корнями трофической системы. Каждый зачаток экстерны,
возникающий в виде эпителиальной почки с недифференциро-
ванными стволовыми клетками (см. ниже), окружен эпителем
почки, переходящим в эпителий стебелька. Выстилка таких
стебельков, соединяющих корешки трофической системы с раз-
вивающимися зачатками экстерн и зрелыми экстернами, образо-
вана высоким складчатым эпителием; клетки с трофическими
включениями здесь отсутствуют. Трофические массы гемолим-
фы паразита окружают зачаток и выявляются в проводящем ка-
нале его стебелька на гистологических препаратах (см. рис. 13).
Нами впервые прослежен морфогенез множественных нук-
леусов Р. polygenea: каждый нуклеус разделяется на два зачатка,
один из которых развивается в экстерну (см. ниже), другой же
дифференцируется в трофическую часть (“корни”), обеспечива-
ющую питание экстерны. По-видимому, каждый зачаток интер-
26
ны, будучи связанным с основной массой колониальной интерны,
оказывается обеспеченным и собственным трофическим моду-
лем, подобно тому, что было выявлено при исследовании коло-
ниальной организации Peltogasterella sulcata и схематически изо-
бражено в работе Хега и Лютцена (H0eg, Lutzen, 1995). Таким об-
разом, впервые визуализирована колониальная, модульная орга-
низации интерны Р. polygenea с множественными элементами ре-
продуктивной и трофической систем, интегрированными в орга-
низм высшего порядка.
Впервые проведено прижизненное, гистологическое и ульт-
раструктурое исследование колониальной интерны Р. gracilis
(Исаева и др., 1999, 2003; Шукалюк и др., 2001; Shukalyuk et al.,
2005b). Показано, что интерна Р. gracilis, как и у Р. polygenea,
включает репродуктивную систему, представленную множест-
венными нуклеусами и развивающимися зачатками экстерн раз-
ных стадий развития, и обширную трофическую систему, состоя-
щую из “ламповых щеток” и стебельков зачатков экстерн с про-
Рис. 14. Ультраструктура клеток корешка трофической системы Polyascus
polygenea
тк - разрушающиеся трофические (осевые) клетки; тм - трофическая масса, выходя-
щая в просвет канальца; эк - эпителиальная клетка; к - кутикула.
Масштабная линейка: 10 мкм
27
Рис. 15. Ламповые щетки трофической системы Peltogasterella gracilis последо-
вательных стадий зрелости
А - незадолго до выхода экстерны на поверхность тела хозяина; Б - ламповая щет-
ка виргинной экстерны; В - трофический модуль зрелой экстерны с зародышами; Г - кон-
цевой отдел экстерны с готовыми к выходу личинками.
Масштабная линейка: 100 мкм
водящими каналами, связывающими экстерны с интерной в еди-
ную колонию.
Трофические модули интерны Р. gracilis организованы в виде
типичных “ламповых щеток” (рис. 15). Зрелые ламповые щетки
развиваются в интерне как трофический модуль каждого диффе-
ренцирующегося зачатка экстерны, который продвигается из це-
фалоторакса в брюшную часть тела хозяина (рака-отшельника),
выходя там на поверхность тела. Ламповые щетки достигают ма-
ксимальной величины, функционируя в качестве трофического
придатка зрелой экстерны, расположенного внутри тела хозяина
под спинным покровом брюшка вблизи такой экстерны. После-
довательные морфологические изменения ламповых щеток экс-
терн - готовых к выходу на поверхность тела хозяина, виргин-
ных, зрелых и содержащих личинки перед их выходом - предста-
влены на рис. 15.
Ультраструктурное исследование показывает, что поверх-
ность всех частей интерны Р. gracilis покрыта тонкой кутикулой.
В концевых отделах отростков ламповых щеток кутикула обра-
зует складки и выросты; наружный слой кутикулы образует ба-
хрому, состоящую из многочисленных выростов, внутренняя же
28
часть кутикулы представлена более плотным и гомогенным сло-
ем (рис. 16). Под кутикулой лежат эпителиальные клетки, веро-
ятно, с функциями всасывания питательных веществ из гемолим-
фы хозяина и переноса их в осевые клетки (рис. 16, 17). Эпители-
альные клетки несут на своей апикальной поверхности отростки,
проникающие в субкутикулярное пространство.
Подобная ультраструктурная организация кутикулы и субку-
тикулярного пространства с отростками клеток “корневой” сис-
темы найдена ранее у других представителей корнеголовых ра-
кообразных. Поскольку кутикула корнеголовых проницаема для
низкомолекулярных веществ гемолимфы хозяина, то именно в
субкутикулярной области происходит активное всасывание пита-
тельных веществ из гемолимфы хозяина и перенос их к осевым
клеткам (Hpeg, 1992а; Bresciani, Hpeg, 2001). Осевые клетки тро-
фической системы, очевидно, выполняют функции переработки
и запасания трофических ресурсов, о чем свидетельствует нали-
чие хорошо развитой шероховатой эндоплазматической сети и
множества внутриклеточных включений - трофических вакуо-
Рис. 16. Ультраструктура периферической части бокового отростка ламповой
щетки Peltogasterella gracilis
к - кутикула; ок - отростки кутикулы; скп - субкутикулярное пространство; оэк -
отросток эпителиальной клетки.
Масштабная линейка: 1 мкм
29
Рис. 17. Ультраструктура дистального участка отростка ламповой щетки
Peltogasterella gracilis
орк - остатки разрушенных клеток; тв - трофическая вакуоль; тк - трофическая
(осевая) клетка; тм - трофическая масса; эк - эпителиальная клетка.
Масштабная линейка: 10 мкм
лей (см. рис. 17). К просвету канальцев обращены апикальные ча-
сти крупных осевых клеток с трофическими вакуолями, содержа-
щими запасенные питательные ресурсы в виде липидных и иной
природы включений, различимых прижизненно, на гистологиче-
ских препаратах и осмированных полутонких срезах. Содержимое
гранул вместе с остатками разрушенной цитоплазмы и пикноти-
ческими ядрами можно видеть внутри каналов трофической сис-
темы (см. рис. 17). Трофическая масса гемолимфы паразита из ка-
нала концевого отдела этой системы поступает в более крупные
проводящие каналы (“стебельки”), выполняющие функцию транс-
порта питательных ресурсов к развивающимся и зрелым экстер-
нам; в просвете крупных каналов “стебельков” развивающихся ин-
терн видна уже весьма гомогенная, бесструктурная масса.
Итак, при ультраструктурном исследовании отростков
ламповых щеток Р. gracilis выявлены этапы разрушения клеток
трофической системы, подобные тому, что найдены у Р. polygenea.
На начальных этапах секреции запасенных питательных веществ
в просвет канала трофической системы выводится содержимое
трофических вакуолей. Просвет канала отростков ламповой
щетки, в который секретируются трофические гранулы, возни-
30
кает за счет разрушения одной или нескольких клеток. По-види-
мому, процесс начинается как апокриновая секреция, содержи-
мое трофических вакуолей и фрагменты апикальной части
клеток отделяются и попадают в канал. Постепенно этот процесс
усиливается, и все более крупные фрагменты клеток оказывают-
ся в просвете канала, при этом клетки не успевают восстанавли-
вать свою целостность, а в просвете канала формируется множе-
ство миелиноподобных структур. Запускается процесс апоптоза с
распадением клеток на фрагменты, которые можно видеть в про-
свете канальцев. Заполненные трофическими ресурсами клетки
распадаются, освобождая в образуемый при этом просвет канала
питательные вещества вместе с остатками клеток, гибель кото-
рых обеспечивает осуществление их морфогенетической и тро-
фической функции. И распадение цитоплазмы на фрагменты, и
конденсация хроматина характерны для процессов апоптоза, изу-
ченных на других организмах (Kerr et al., 1972; Jacobson et al.,
1997). Заключительный этап функционирования трофической
системы характеризуется гибелью основной массы трофических
клеток; в просвете канала можно обнаружить ядра клеток с кон-
денсированным и фрагментированным хроматином (см. рис. 17).
Образующаяся в конечном итоге гомогенная трофическая масса
служит питанием для развивающихся зачатков индивидов.
Итак, морфогенез и функционирование трофической систе-
мы интерны Р. polygenea и Р. gracilis опосредованы массовой про-
граммированной гибелью клеток, осуществляющих таким обра-
зом свою трофическую и морфогенетическую функцию. Такой
способ продукции питания для экстерн и их зачатков, сопряжен-
ный с гибелью клеток трофической системы, впервые обнару-
жен в интерне представителей корнеголовых.
В цефалотораксе хозяина ранние почки и более развитые
бластозооиды располагаются среди множества элементов тро-
фической системы, включающих и крупные ламповые щетки со
структурой, типичной для дифференцированных функционирую-
щих трофических модулей пельтогастрид (рис. 18). Эти трофиче-
ские модули, расположенные в области почкования интерны,
обеспечивают потребности в питании множества почек и зачат-
ков экстерн ранних стадий развития, тогда как ламповые щетки,
лежащие в абдоминальной части тела хозяина, снабжают трофи-
ческими ресурсами зрелые экстерны паразита. Наличие крупных
функционирующих ламповых щеток в цефалотораксе хозяина не
было отмечено исследованиями на близкородственном виде
Р. sulcata и не отражено на схеме (см. рис. 4) колониальной орга-
низации этого вида (H0eg, Lutzen, 1995).
31
Рис. 18. Гистологический срез интерны Peltogasterella gracilis в цефалотораксе
хозяина
лщ - части крупной ламповой щетки; п - почка,
Масштабная линейка: 50 мкм
За счет процессов эпителиального морфогенеза происходит
полное разделение ранних бластозооидов на два зачатка - будуще-
го трофического модуля и модуля экстерны. Впоследствии
модуль зачатка экстерны дифференцируется, образуя все ткани и
органы экстерны (см. ниже), а трофический модуль, соответствен-
но - зрелую ламповую щетку. Зачатки ламповых щеток можно
видеть среди бластозооидов в цефалотораксе хозяина(рис. 19, 20).
После разделения модулей их развитие протекает согласо-
ванно, но относительно независимо друг от друга. Сначала в мо-
дуле интерны появляется несколько боковых ветвлений в виде
небольших бугорков, а затем, по мере роста основного канала
“ламповой щетки” число боковых отростков увеличивается.
По-видимому, каждый зачаток экстерны, будучи связанным с
основной массой колониальной интерны, оказывается обеспе-
ченным и собственным трофическим модулем, подобно тому,
что было выявлено при исследовании колониальной организации
32
Peltogasterella sulcata и схематически изображено (H0eg, Lutzen,
1995). В кратковременной культуре можно проследить движение
капель трофических веществ внутри проводящих пучков интер-
ны Р. polygenea и в зрелой “ламповой щетке” Р. gracilis.
В каждой из интерн Р. gracilis можно видеть множество почек,
ранних бластозооидов (рис. 21), характерным морфологическим
маркером которых служит наличие эпителизованного пузырька,
заключающего внутри массу недифференцированных клеток
будущего висцерального мешка экстерны - нуклеус (см. ниже).
Относительно небольшая, изумрудного цвета интерна
Peltogaster reticulatus - миниатюрного паразита мелкого рака-от-
шельника Pagurus proximus - представлена немногочисленными
небольшими ламповыми щетками, трофическими модулями ин-
терны этого вида (рис. 22, А; см. цветную вклейку, табл. I, Б).
В отличие от рассмотренных представителей семейств сакку-
линид и пельтогастрид, интерна томпсониды Thylacoplethus isae-
Рис. 19. Участок столона интерны Peltogasterella gracilis с зачатками экстерн (зэ)
и ламповой щетки (злщ)
Масштабная линейка: 100 мкм
2, Исаева В.В.
33
Рис. 20. Развивающийся бластозооид Pcltogtisicrclla gracilis с дополнительной
почкой на стебле и расположенным рядом зачатком ламповой щетки (прижиз-
ненно, in vitro)
Масштабная линейка: 100 мкм
Рис, 21. Группа развивающихся бластозооидов Peltogasterella gracilis на столоне,
изолированных из цефалоторакса хозяина (прижизненно, in vitro)
Масштабная линейка: 100 мкм
34
Рис. 22. Ламповая щетка Peltogaster reticulatus (А) и участок интерны
Thylacoplethus isaevae (Б)
Масштабная линейка: А - 200 мкм; Б - 500 мкм
vae не столь отчетливо дифференцирована на трофическую и ре-
продуктивную часть и состоит из крупных тяжей (столонов с
множеством почек) и более мелких и тонких отростков, также
несущих зачатки будущих экстерн (рис. 22, Б). Живая интерна бе-
ловатого цвета, почти прозрачная, состоит из множества тонких
и нежных тяжей и корешков. Вероятно, функции всасывания и
переработки питательных веществ могут осуществляться почти
всей поверхностью тяжей интерны, что коррелирует с кратко-
временной и интенсивной эксплуатацией трофических ресурсов
организма хозяина (см. ниже).
Таким образом, колониальный организм Р. polygenea, Р. gracilis
на паразитической стадии жизненного цикла представлен мно-
жеством модульных элементов репродуктивной (экстерны и их за-
чатки) и трофической систем, интегрированных в колониальный
организм высшего порядка. Интерна колониальных корнеголо-
вых интерна включает множество функционирующих трофиче-
ских модулей, обслуживающих и зрелые экстерны, и их зачатки на
разных стадиях развития. Трофические системы Р. polygenea,
Р. polygenea и Th. isaevae, различаясь морфологически, выполняют
одинаковые функции всасывания, запасания и транспорта пита-
тельных веществ.
2*
МОДУЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ
КОЛОНИАЛЬНОЙ ИНТЕРНЫ:
РЕПРОДУКТИВНАЯ СИСТЕМА
При наличии свидетельств колониальности и скудных данных
о бесполом размножении на паразитической стадии жизненного
цикла некоторых представителей корнеголовых клеточные меха-
низмы бластогенеза колониальных корнеголовых не были иссле-
дованы. Ранее была неоднократно описана типичная гистоморфо-
логия раннего зачатка будущей экстерны не колониальных видов
корнеголовых - эпителиального пузырька, заключающего внутри
массу недифференцированных клеток будущего висцерального
мешка-так называемый нуклеус, окруженный перивисцеральной
полостью (рис. 23, А). Позже внутренняя висцеральная масса кле-
ток дифференцируется, становятся различимы зачаток яичника,
будущая мантия, мантийная полость (рис. 23, Б, В). Организация и
морфогенез зачатка с различной степенью подробности описаны
для нескольких видов не колониальных корнеголовых (Smith,
1906; Perez, 1931а; Day, 1935; Reinhard, 1942; Bocquet-Vedrine, 1961;
Bocquet-Vedrine, Parent, 1972; H0eg, 1982a, 1992; Rubilianietal., 1982;
H0eg, Lutzen, 1995; Glenner, 2001). Имеются лишь некоторые рас-
хождения в интерпретации последовательности образования пери-
висцеральной (перисоматической) и мантийной полостей при
развитии зачатка (см. Bocquet-Vedrine, Parent, 1972).
Итак, характерным морфологическим маркером зачатков
бластозооидов служит наличие эпителизованного пузырька, за-
ключающего внутри компактную массу недифференцированных
клеток будущего висцерального мешка - нуклеус, представляю-
щий собой зачаток будущего индивида. Следует заметить, что
вместо неоднозначного термина “нуклеус” (вполне привившегося
у исследователей корнеголовых, подобно таким “ботаническим”
терминам, как “корни”, “стебельки”, “почки”) было предложено
наименование “глобулярное тело” (Glenner et al., 2001).
Для видов корнеголовых с колониальной организацией ин-
терны процессы морфогенеза и цитодифференциации множест-
36
Рис. 23. Развитие Sacculina carcini в теле краба (по: Иванова-Казас, 1979)
А _ нуклеус интерны саккулины; Б - формирование S. interna; В — S. externa.
г — нервный ганглий; кс — корневая система; мп — мантийная полость; о — отверстие
мантийной полости; пп - перивисцеральная полость; р - зачатки рецептакулов; я - зачаток
яичника
37
венных зачатков до сих пор не были исследованы. Множествен-
ные нуклеусы типичной для корнеголовых морфологии были
впервые обнаружены в интерне колониального вида Polyascus
(Sacculina) polygenea (Takahashi, Lutzen, 1998; Lutzen, 2002), а за-
тем - у родственного колониального вида Poly ascus (Sacculina)
plana (Liu, Lutzen, 2000). Множественные нуклеусы у этих видов
были найдены на гистологических срезах тканей краба-хозяина,
зараженного корнеголовым паразитом. В одном случае на серии
срезов выявлена связь двух нуклеусов через единую корневую
систему Polyascus polygenea (Takahashi, Liitzen, 1998).
Нами показано, что колониальная интерна Polyascus polyge-
nea включает, помимо обширной трофической системы (“корни”
и “стебельки”), репродуктивную систему, представленную
множественными бластозооидами разных стадий развития.
Прослежено бесполое размножение в интерне, начинающееся с
формирования почек. Морфология каждой почки колониальной
интерны подобна описанной ранее у пеколониальных видов
Rhizocephala. Прижизненное исследование нами участков интер-
ны Р. polygenea в кратковременной органной культуре дало воз-
можность непосредственной визуализации связи двух-трех ран-
них бластозооидов друг с другом, а последующая фиксация таких
участков позволила детально исследовать организацию почкую-
щейся интерны и дальнейшее развитие зачатков. Зачатки
Р. polygenea, как правило, располагаются компактными группа-
ми, состоящими из нескольких непосредственно связанных друг с
другом почек. Впервые прослежен дальнейший морфогенез каж-
дого из множественных зачатков, образующих впоследствии и
экстерну, и связанный с ней трофический модуль, что подобно
дифференцировке единственного зачатка неколониальных кор-
неголовых (Исаева и др., 1999, 2003; Шукалюк, Исаева, 2000;
Шукалюк, 2002; Isaeva et al., 2001b, 2004; Shukalyuk et al., 2005b).
Ранние почки располагаются в толще основной массы
интерны, окружающей кишку краба-хозяина вблизи границы
головогруди и брюшка краба. Здесь, в непосредственной близо-
сти к кишке краба, прослеживаются этапы раннего морфогене-
за бластозооидов. На одном срезе удается видеть три почки еди-
ного трубчатого эпителиального столона (рис. 24). Эпителий
каждой почки окружает группу недифференцированных ство-
ловых клеток (см. ниже), формирующих клеточный агрегат в
двух ранних почках, а в одной более крупной и развитой почке
образовавших типичный нуклеус (рис. 24). В столонах интерны
можно видеть и отдельные эмбриональные клетки такой же
морфологии.
38
Рис. 24. Почки с нуклеусами на гистологическом срезе Polyascus polygenea;
на той же фотографии (внизу) очертания эпителия почек на едином столоне
показаны прерывистой линией
Масштабная линейка: 20 мкм
Осторожная и тщательная диссекция интерны, окружающей
кишку хозяина, сделала возможной прижизненную визуализа-
цию компактных групп зачатков, каждый из которых заключает
развитый нуклеус с эпителиальной сферой (рис. 25).
В более поздних нуклеусах наблюдается интенсивное митоти-
ческое деление эмбриональных стволовых клеток: в одном поле
зрения можно видеть до 6-8 митозов (рис. 26, А). Таким образом,
клетки нуклеуса характеризуются митотической репродукцией,
что впервые выявлено в развитии корнеголовых.
39
Рис. 25. Группы почек с нуклеусами Polyasciis polygenea (А, Б - прижизненные
фотографии in vitro)
Масштабная линейка: 100 мкм
Рис. 26. Митотические деления клеток нуклеуса (А) и разделение зачатков
экстерны и трофической системы Polyaseus polygenea (Б)
ма - митотическая активность клеток; зт - зпчпток трофической системы; зэ - зача-
ток экстерны.
Масштабная линейка: А - 20 мкм, Б - 50 мкм
В ходе дальнейшего развития каждый зачаток разделяется на
два, один из которых (включивший внутреннюю массу клеток ну-
клеуса) затем формирует экстерну, другой же образует “кореш-
ки” трофической системы, обеспечивающей в будущем питание
экстерны. В том и другом случае наблюдаются типичные эпите-
лиальные морфогенезы путем образования складок - инвагина-
ций и эвагинаций эпителиальных поверхностей и осуществляется
раздельное формирование зачатков трофической системы и экс-
терны, соответственно представляющих собой два различных
40
Рис. 27. Развитие зачатков экстерны и трофической системы Polyascus polygenea
А - зачатки экстерны и трофической системы; Б - зачаток экстерны.
зт - зачаток трофической системы; зэ - зачаток экстерны; тк - транспортный
канал стебелька зачатка; ппк - первичные половые клетки, мигрирующиев зачаток
экстерны.
Масштабная линейка: 50 мкм
развивающихся модуля - трофический модуль интерны и модуль
экстерны (рис. 26, Б, 27, А, Б). Оба зачатка на этой стадии разви-
тия заключены под окружающим их единым эпителиальным по-
кровом; их питание, очевидно, обеспечивает трофическая систе-
ма колониальной интерны, продуцирующей питательные компо-
ненты гемолимфы паразита, поступающие по транспортному
каналу стебелька зачатка, поскольку собственный модуль интер-
ны данного индивида еще только развивается (рис. 27, А). Позже
в зачатках экстерн осуществляются дальнейшие процессы эпите-
лиального морфогенеза с дифференцировкой всех структур, ха-
рактерных для готовой к функционированию экстерны, развива-
ется разветвленный яичник (см. ниже); происходит заселение за-
чатка яичника первичными половыми клетками (рис. 27, Б) - по-
видимому, путем миграции стволовых клеток из столона. В даль-
нейшем происходит полное разделение локализации и функций
двух зачатков - трофического модуля интерны и модуля будущей
экстерны, выходящей на поверхность тела хозяина.
В пределах каждой единой связной интерны Р. polygenea вы-
является множество модульных элементов репродуктивной и
41
трофической систем разного размера и разных стадий развития.
Репродуктивные модули могут быть представлены зачатками
различных стадий развития: от ранней почки до почти сформиро-
ванного зачатка экстерны. По-видимому, каждый зачаток интер-
ны, будучи связанным с основной массой колониальной интерны,
оказывается обеспеченным и собственным трофическим моду-
лем, локализованным вблизи будущей экстерны подобно тому,
что было выявлено при исследовании колониальной организации
Peltogasterella sulcata и схематически изображено в работе Хега и
Лютцена (H0eg, Lutzen, 1995).
Таким образом, визуализировано колониальное строение ин-
терны Р. polygenea с множестве иными элементами репродуктив-
ной и трофической систем. По-видимому, репродуктивный по-
тенциал интерны Р. polygenea весьма велик и способен обеспе-
чить воспроизводство экстерн в течение нескольких лет жизни
хозяина и паразита.
Прослежена и дальнейшая дифференциация зачатка экстер-
ны, для чего были исследованы изолированные из интерн зачат-
ки будущих экстерн (см. ниже). Показано, что уже до выхода за-
чатка экстерны на поверхность тела краба-хозяина дифференци-
рованы все тканевые и органные системы экстерны, включая
яичник с оогониями и ооцитами.
Нами визуализировано и исследовано также колониальное
строение интерны Peltogasterella gracilis и прослежено бесполое
размножение интерны (Исаева и др., 1999, 2003; Шукалюк и др.,
2001; Shukalyuk et al., 2005b).
Интерна P. gracilis, как и у Р. polygenea, дифференцирована
на репродуктивную и трофическую системы. Репродуктивная
система представлена в каждой интерне многочисленными
(многими десятками) бластозооидов разных стадий развития
(рис. 28-32). Самые ранние зачатки возникают в виде почек на
эпителиальной столоноподобной структуре (рис. 29, 30), внутри
которой рассеяны стволовые клетки, морфологически подобные
стволовым клеткам Р. polygenea, с компактной базофильной ци-
топлазмой и крупным ядром с большим ядрышком (см. ниже).
Под эпителием почки формируется агрегат таких клеток. Внут-
ри столона можно видеть множество отдельных стволовых кле-
ток такой же морфологии. На гистологических препаратах ин-
терны видны потоки стволовых клеток внутри столона (рис. 31).
Внутри эпителиальных почек формируется сначала компакт-
ная масса стволовых клеток, затем появляется нуклеус в виде
эпителизованного пузырька с внутренней массой недифференци-
рованных клеток (рис. 29, 30). Развивающиеся бластозооиды
42
P. gracilis с характерным
морфологическим марке-
ром, нуклеусом - более
крупные, вытянутые и
многочисленные по срав-
нению с Р. polygenea, об-
разуют на столоне боль-
шие связные группы
(рис. 28-30, 32).
Отчетливо выявляет-
ся единство колониаль-
ной интерны Р. gracilis с
множеством почек не-
скольких генераций и
стебельками, соединяю-
щими экстерны на по-
верхности тела хозяина с
основной массой интер-
ны. В одном поле зрения
можно видеть несколько
связанных друг с другом
ранних почек, более про-
двинутых бластозооидов,
а также более поздние за-
Рис. 28. Бластозооиды и столон Peltogasterella
gracilis (прижизненно, in vitro)
Масштабная линейка: 100 мкм
чатки экстерн и харак-
терных для пельтогастрид “ламповых щеток” трофической сис-
темы. Развивающийся бластозооид разделяется на два зачатка,
один из которых становится затем экстерной, другой же образу-
ет “ламповую щетку” - трофическую часть, обеспечивающую
питание экстерны; процессы морфогенеза осуществляются пу-
тем образования инвагинаций и складок эпителиальных поверх-
ностей. Сначала в базальной части бластозооида появляется
боковой вырост, затем развиваются небольшие боковые ветви
в виде бугорков (рис. 29, 30, А), и по мере роста зачатка “лампо-
вой щетки” число ветвей увеличивается (рис. 33). Разви-
тие репродуктивного и трофического модулей протекает согла-
сованно, но относительно независимо друг от друга. Оба развива-
ющихся модуля Р. gracilis, в отличие от Р. polygenea, располага-
ются среди гемолимфы хозяина, не будучи защищенными общим
эпителиальным покровом. Возможно, в этот период развиваю-
щаяся трофическая система уже способна к выполнению трофи-
ческой функции. Каждый достаточно развитый зачаток экстер-
ны, связанный с основной трофической системой интерны,
43
Рис. 29. Столоны и почки Peltogasterella gracilis (Л, Б - прижизненно, in vitro)
бз - бластозооиды; п - почки; с - столоны; и нуклеусы.
Масштабная линейка: 100 мкм
Рис. 30. Столоны, ранние почки и развивающиеся бластозооиды
Peltogasterella gracilis (А, Б - прижизненно, in vitro)
бз - бластозооиды; п - почки; с - столоны.
Масштабная линейка: 100 мкм
Рис. 31. Гистологический срез части интерны Peltogasterella gracilis, локализо-
ванной в цефалотораксе хозяина
лщ - ламповые щетки; п - почки с нуклеосом; н - нуклеус; с - столон.
Масштабная линейка: 100 мкм
оказывается также дополнительно обеспеченным собственным,
ближайшим к нему трофическим модулем, продвигающимся вме-
сте с зачатком экстерны в брюшной отдел тела рака-отшельни-
ка и там функционирующим в полной мере после выхода экстер-
ны на поверхность тела хозяина.
В зачатках экстерн осуществляются процессы органогенеза;
развивается яичник, окружающая его мантия с полостью и на-
ружным выводным отверстием, рецептакулы (самцеприемники).
В поздних зачатках экстерн незадолго до их выхода на поверх-
ность тела хозяина видны ооциты (рис. 33). Таким образом, у
Р. gracilis, как и у Р. polygenea, процесс оогенеза, включая вител-
логенез, начинается в зачатках экстерн до их появления на по-
верхности тела хозяина, т.е. в интерне.
Помимо бластозооидов, развивающихся в головогрудном от-
деле хозяина и затем продвигающихся (не теряя связи со столо-
ном и трофической системой интерны в этой части тела хозяина)
в брюшной отдел, в последнем были обнаружены дополнитель-
ные нуклеусы на внутренней стенке канала стебелька основной
функционирующей экстерны или ее достаточно развитого зачат-
ка (рис. 34). Вероятно, эти дополнительные нуклеусы могут обес-
печить быстрое развитие новой экстерны после окончания функ-
45
Рис. 32. Группа развивающихся бластозооидов Peltogasterella gracilis на столоне,
изолированном из цефалоторакса хозяина (прижизненно, in vitro)
Масштабная линейка: 100 мкм
ционирования или случайной утраты прежней зрелой экстерны,
в то время как развитая ламповая щетка - трофический модуль
экстерны - уже локализована здесь же, под покровами спинной
стороны брюшного отдела хозяина.
Был описан новый вид семейства томпсонид, Thylacoplethus
isaevae (Rybakov, Shukalyuk, 2004). У этого вида интерна состоит
из многочисленных столоноподобпых структур с множеством
плотно расположенных почек различных стадий развития
(рис. 35). Внутри столонов найдепы недифференцированные
стволовые клетки (см. ниже). Стволовые клетки очень многочис-
ленны в колониальной интерне 77/. isaevae и могут присутство-
вать во всех частях интерны, вероятно, не столь отчетливо диф-
ференцированной на трофические и репродуктивные модули,
как у Р. polygenea и Р. gracilis (Rybakov, Shukalyuk, 2004). Стволо-
46
Рис. 33. Бластозооид (бз), часть зачатка экстерны с ооцитами (зэ) и зачаток лам-
повой щетки (злщ) Peltogasterella gracilis из абдоминальной части тела хозяина
(прижизненно, in vitro)
Масштабная линейка: 100 мкм
Рис. 34. Стебли экстерн Peltogasterella gracilis в абдоминальной части тела
хозяина с дополнительными нуклеусами внутри
Масштабная линейка: 100 мкм
47
Рис. 35. Столон (с) с почками (п) Thylaroplethus isaevae
Масштабная линейка: 100 мкм
вые клетки образуют небольшие компактные кластеры в столо-
не, и эти кластеры развиваются в типичные нуклеусы с наруж-
ным эпителиальным слоем и внутренней клеточной массой.
Таким образом, процессы бесполого размножения, морфоге-
неза и цитодифференциации множественных зачатков экстерн у
видов с колониальной организацией интерны впервые прослеже-
ны на клеточном уровне нами на колониальных представителях
корнеголовых: Polyascus polygenea t Peltogasterella gracilis и
Thylacoplethus isaevae (Исаева и др., 1999, 2003; Шукалюк, Исаева,
2000; Шукалюк и др., 2001; Isaeva et al., 2001, 2004; Rybakov,
Shukalyuk, 2004; Shukalyuk et al., 2005b). Впервые осуществлено
кратковременное культивирование участков интерны in vitro,
что дало возможность прямой прижизненной визуализации и фо-
торегистрации почкования интерны этих видов. Прижизненное и
гистологическое исследование интерны этих видов выявляет
интегрированность, связность множественных бластозооидов ко-
лонии как организма высшего порядка и процессы бластогенеза
в интерне. Репродуктивная система интерны этих видов предста-
влена эпителиальным почкующимся столоном и многочисленны-
ми зачатками экстерн разных стадий развития. Зачатки бласто-
зооидов возникают в виде почек, содержащих нуклеус, подобный
описанным ранее у неколониальпых видов Rhizocephala. Позже
48
происходит разделение двух зачатков, один из которых развива-
ется в экстерну, другой же образует трофический модуль, обес-
печивающий питание экстерны. По-видимому, морфогенез каж-
дого из множественных бластозооидов, формирующих впослед-
ствии и экстерну, и связанный с ней трофический модуль, подо-
бен дифференцировке единственного зачатка неколониальных
корнеголовых.
У видов рода Peltogasterella каждая зрелая экстерна соеди-
нена со всей интерной своим стеблем (Hpeg, Lutzen, 1995).
Подобная организация колоний ясно проявляется у Р. gracilis.
Длинные тонкие ветвящиеся столоны Р. gracilis с многочислен-
ными почками морфологически и функционально подобны сто-
лонам других колониальных животных. Почкующиеся столоны,
формирующие длинные эпителиальные трубки, найдены у дру-
гих колониальных животных: Coelenterata, Bryozoa, Tunicata;
возникающие же путем почкования столона новые индивиды
принято именовать бластозооидами (Berrill, 1961).
Мы полагаем, что подобные образования интерны колони-
альных корнеголовых следует рассматривать как столоны, а раз-
вивающиеся индивидуальные почки - как бластозооиды.
У Р. polygenea столоноподобные структуры короткие, и каж-
дая генерация почек представлена компактной группой несколь-
ких зачатков. Репродуктивная система интерны Р. polygenea
включает почки и примордиальные экстерны, принадлежащие к
нескольким генерациям разного возраста. Экстерны на поверх-
ности тела краба-хозяина, будучи частями колонии, соединены
каналами, транспортирующими питательные ресурсы гемолим-
фы от трофической системы единой интерны. Недавние молеку-
лярные и морфологические данные свидетельствуют о монофи-
летичности рода, включающего размножающиеся бесполым пу-
тем виды Polyascus plana, Р. polygenea и Р. gregaria (Glenner et al.,
2003). Репродуктивный потенциал*интерны Р. gracilis и Р. polyge-
nea огромен и способен обеспечить воспроизводство множества
экстерн в течение нескольких лет жизни паразита внутри одного
постоянного хозяина.
Миниатюрный паразит Peltogaster reticulatus мелкого при-
брежного рака-отшельника Pagurus proximus обычно имеет одну
экстерну бобовидной формы, окрашенную в красный цвет. Ярко
окрашена, в зеленый цвет, и интерна этого паразита, состоящая
из немногочисленных “ламповых щеток” (см. цветную вклейку,
табл. I, Б). Окраска экстерны, вероятно, обусловлена наличием
гемоглобина (вместо другого дыхательного пигмента, обычного для
ракообразных - гемоцианина), тогда как зеленый цвет интерны,
49
Рис. 36. Тотальный препарат участка интерны Peltogaster
reticulatus с дополнительными зачатками экстерн
Масштабная линейка: 100 мкм
должно быть, зависит от наличия биливердина, продукта распада
гемоглобина - подобно тому, что известно относительно еще од-
ного представителя пельтогастрид, очень крупного Briarosaccus
callosus, паразитирующего на промысловых крабах (Meyers,
1990). Гистологическое исследование и гистохимическое выявле-
ние активности щелочной фосфатазы показало, что у каждого из
изученных Р. reticulatus с зрелой экстсрной в интерне присутст-
вуют еще три-четыре дополнительных зачатка экстерн (рис. 36),
причем наиболее зрелые зачатки экстерн в яичнике содержат
ооциты.
У ряда видов корнеголовых описаны так называемые корне-
вые фолликулы (рис. 9, A; Bresciani, 1 Ipeg, 2001) - предполагае-
мые зоны роста. Возможно, это почки, зачатки новых индивидов.
Можно предполагать, что у всех представителей таких семейств,
как Sacculinidae и Peltogastridae, есть склонность к развитию ко-
лониальной организации (Isaeva et al., 2001b). Возможно, у неко-
лониальных видов с несколькими зачатками вторичных индиви-
дов зрелая экстерна ингибируеч' развитие других зачатков, и
такое ингибирование может исчезнуть в случае утраты основной
экстерны.
Итак, колониальность на паразитической стадии жизненного
цикла корнеголовых возникает путем почкования столона, путем
бластогенеза.
ПОЧКОВАНИЕ СТОЛОНА,
СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ ИНТЕРНЫ
Почкующийся столон интерны и стволовые клетки колони-
альных видов корнеголовых впервые выявлены нами. Было про-
ведено прижизненное, гистологическое, ультраструктурное и
гистохимическое исследование колониальной интерны корнего-
ловых ракообразных Polyascus polygenea, Peltogasterella gracilis и
Thylacoplethus isaevae, а также молекулярно-биологическое
исследование P. polygenea. Впервые на клеточном уровне нами
прослежены процессы бесполого размножения, морфогенеза и
цитодифференциации множественных зачатков экстерн у этих
видов с колониальной организацией на паразитической стадии
жизненного цикла (Исаева и др., 2003; Isaeva et al., 2001, 2004;
Rybakov and Shukalyuk, 2004; Shukalyuk et al., 2005b, c).
Как уже упоминалось, ранее были неоднократно описаны
процессы развития зачатка будущей экстерны не колониальных
видов корнеголовых (Perez, 1931а; Bocquet-Vedrine, Parent, 1972;
Rubiliani et al., 1982; H0eg, 1982; H0eg, Lutzen, 1995; Glenner, 2001).
В колониальной интерне Polyascus (Sacculina) polygenea впервые
были обнаружены множественные ранние зачатки, нуклеусы
(Takahashi, Lutzen, 1998; Lutzen, 2002), найденные затем и у родст-
венного колониального вида Polyascus (Sacculina) plana (Liu,
Lutzen, 2000). Динамика же процесса морфогенеза оставалась не
исследованной. Ультраструктурные исследования других авто-
ров проведены главным образом на трофической системе интер-
ны корнеголовых, почкующийся столон и стволовые клетки
не были выявлены. Поэтому было необходимо тщательное
прижизненное изучение in vitro изолированной интерны колони-
альных корнеголовых и ее диссекция с целью выделения почку-
ющегося столона для морфологического, гистохимического,
иммунохимического и молекулярного исследования.
Наиболее отчетливо и наглядно выявляется бластогенез ин-
терны Peltogasterella gracilis, осуществляемый путем почкования
эпителиального трубковидного столона, внутри которого распо-
51
Рис. 37. Столон с почками и стволовыми клетками Peltogasterella gracilis,
прижизненно
Масштабная линейка: 50 мкм
лагаются недифференцированные стволовые клетки (рис. 29, 30,
37). Столон этого вида тонкий, протяженный и ветвящийся.
Ранние зачатки возникают в виде почек» располагающихся по-
одиночке, обычно по одну сторону эпителиального трубковидно-
го столона; внутри каждой почки образуются скопления недиф-
ференцированных стволовых клеток (рис. 37, 38). Внутри столо-
на можно видеть множество отдельных стволовых клеток такой
же морфологии. На препаратах интерны видны потоки стволо-
вых клеток внутри столона (рис. 31, 38; см. цветную вклейку,
табл. И, А, Ж).
Стволовые клетки Р. gracilis, как н других изученных нами
видов корнеголовых, Р. polygenea и 77/. isaevae, характеризуются
крупным ядром с большим отчетливым ядрышком и диффузным
хроматином; ядро окружено ободком очень базофильной цито-
плазмы (рис. 38-41).
Вскоре группа стволовых клеток организуется с возникно-
вением нуклеуса типичной для корнеголовых морфологии
(см. рис. 38, 39). На небольшом участке столона (рис. 37) можно
наблюдать ранние стадии преобразования почек, сначала содер-
жащих неорганизованные скопления, агрегаты стволовых кле-
ток, а затем образование эпителиального пузырька (на рис. 37 -
справа налево). Помимо почкующихся столонов, у Р. gracilis
можно видеть более тонкие и темные эпителиальные трубки, за-
полненные стволовыми клетками (рис. 37, в нижней части фото-
52
Рис. 38. Гистологический срез почки с нуклеусом Peltogasterella gracilis
н - нуклеус; ск - стволовые клетки; э - эпителий почки.
Масштабная линейка: 10 мкм
Рис. 39. Гистологический срез агрегатов стволовых клеток - ранних нуклеусов
Polyascus polygenea
н - нуклеус; э - эпителий почки.
Масштабная линейка: 50 мкм
53
Рис. 40. Ультраструктура клеток нуклеуса Peho^usterella gracilis
А, Б - стволовые клетки нуклеусов; В - герминалышя гранула в цитоплазме клетки
нуклеуса; гг - герминальная гранула; я - ядра стволовых клеток.
Масштабная линейка: А, Б - 5 мкм, В - 0,5 мкм
графин); подобные структуры встречаются и у Р. polygenea и
представляют собой, как мы полагаем, столоны до начала их
почкования.
Ранний нуклеус образован типичными стволовыми клетками
(рис. 38), располагающимися в виде слоя наружных, еще не диф-
ференцированных, клеток, окружающих внутреннюю полость.
Подобный процесс преобразования агрегата стволовых клеток в
нуклеус с началом эпителизации наружного слоя этих клеток на-
блюдается и у Polyascus polygenea (рис. 39).
На ультраструктурном уровне (Шукалюк и др., 2001; Rybakov,
Shukalyuk, 2004; Shukalyuk et al., 2005b) ядра стволовых клеток ну-
клеуса отличаются деконденсированным хроматином, цитоплаз-
ма содержит немногочисленные митохондрии, элементы шеро-
ховатой эндоплазматической сети, свободные рибосомы. Сход-
ная ультраструктура клеток нуклеуса ранее найдена у немногих
54
других исследованных в этом аспекте представителей корнеголо-
вых, например, Clistosaccus paguri (H0eg, 1992а; Bresciani, H0eg,
2001). Нами впервые найдены в стволовых клетках корнеголо-
вых характерные электронно-плотные тельца, морфологически
подобные герминальным телам (рис. 40) - структурированным
детерминантам зародышевой плазмы и линии половых клеток.
В колониальной интерне Thylacoplethus isaevae стволовые
клетки особенно многочисленны (рис. 41, Б) и могут присутство-
вать во всех частях интерны, по-видимому, не столь отчетливо
дифференцированной на трофические и репродуктивные моду-
ли, как у Р. polygenea и Р. gracilis. Стволовые клетки Th. isaevae
образуют небольшие компактные кластеры в столоне, и эти кла-
стеры развиваются в типичные нуклеусы с наружным эпители-
альным слоем и внутренней клеточной массой. Стволовые клет-
ки, по-видимому, способны к амебоидному движению и характе-
ризуются теми же морфологическими признаками на световом и
ультраструктурном уровне, что и у Р. polygenea и Р. gracilis
(Rybakov, Shukalyuk, 2004).
Как известно, маркером эмбриональных стволовых клеток и
первичных половых клеток млекопитающих in vivo и in vitro слу-
жит выявляемый цитохимически высокий уровень активности
щелочной фосфатазы (см. ниже). В нашей работе мы применили
цитохимическое выявление активности щелочной фосфатазы
для идентификации эмбриональных стволовых клеток корнего-
ловых ракообразных на колониальной паразитической стадии
жизненного цикла с целью исследования клеточных механизмов
Рис. 41. Ультраструктура стволовых клеток нуклеуса Polyascus polygenea (А)
и Thylacoplethus isaevae (Б)
гц - гемоцит хозяина.
Масштабная линейка: А - 5 мкм, Б - 10 мкм
55
Рис. 42. Цитохимическая реакция, выявляющая активность щелочной
фосфатазы в столоне и почках корнеголовых
А - Peltogasterella gracilis, Б - Thylacopleihus isacvae, В - Polyascus polygenea.
Масштабная линейка: А - 50 мкм, Б, В - 100 мкм
бесполого размножения этих видов. Нами обнаружена активность
щелочной фосфатазы в цитоплазме стволовых клеток Р. gracilis,
Р. polygenea и Th. isaevae (рис. 42, 43, Б, 44; см. цветную вклейку,
табл. II, А, В, Г). Интенсивность цитохимической реакции этих
клеток корнеголовых сравнима с выявляемой при подобных ус-
ловиях обработки у эмбриональных стволовых клеток мыши in
vitro (рис. 44, Г; см. цветную вклейку, табл. II, Б), использованных
в качестве стандартного “эталона”. Кирпично-красный цвет про-
дукта цитохимической реакции типичен и для эмбриональных
стволовых клеток мыши, и для стволовых клеток корнеголовых
(Исаева и др., 2003; Shukalyuk et al., 2005b).
Компактные группы зачатков экстерн Р. polygenea, состоя-
щие из нескольких связанных друг с другом почек, отчетливо
выделяются среди соматических клеток и тканей трофической
системы интерны высокой активностью щелочной фосфатазы
(рис. 42, В). При исследовании интерны Р. gracilis были получены
подобные результаты. Найдено интенсивное специфическое
окрашивание стволовых клеток столонов интерны и самых ран-
них почек. Эта реакция выявляет стволовые клетки Р. gracilis как
в зачатке будущей экстерны, так и внутри столона (рис. 42-44).
56
Рис. 43. Столон с почками и стволовыми клетками Peltogasterella gracilis,
прижизненно (А) и цитохимическая реакция, выявляющая активность щелоч-
ной фосфатазы в стволовых клетках столона и почек этого вида (Б)
Масштабная линейка: 50 мкм
Рис. 44. Избирательная локализация активности щелочной фосфатазы в стволо-
вых клетках Peltogasterella gracilis (A-В) и эмбриональных стволовых клетках
мыши (Г)
А - столон и почка (границы эпителия указаны стрелками); Б - та же почка при
большем увеличении; В - бластозооид; Г - культивируемые клетки мыши.
Масштабная линейка: 10 мкм
57
('тиоловые клетки контрастно отличаются высокой активно-
стью щелочной фосфатазы от окружающих их дифференциро-
ванных соматических клеток (рис. 44). По мере дифференциров-
ки клеток зачатка интенсивность окрашивания падает, поздний
нуклеус уже не выделяется наиболее интенсивной окраской, но
при этом в почках отчетливо видна миграция новой группы клеток
к зачатку - вероятно, будущих оогониальных клеток (рис. 44, В).
Итак, стволовые клетки колониальных корнеголовых селек-
тивно экспрессируют активность щелочной фосфатазы - хорошо
известного гистохимического, маркера эмбриональных стволо-
вых клеток и первичных половых клеток млекопитающих и дру-
гих позвоночных in vivo и in vitro.
Активность щелочной фосфатазы была исследована также у
двух видов неколониальных (имеющих, как правило, лишь одну
экстерну) корнеголовых ракообразных, Peltogaster reticulatus и
Clistosaccus paguri. В интерне Clistosaceus paguri не было обнару-
жено ни столоноподобных образований, ни клеток, выделяющих-
ся высокой активностью щелочной фосфатазы. Однако в
интерне Peltogaster reticulatus, связанной с функционирующей зре-
лой экстерной, были найдены 3-4 зачатка экстерн разных стадий
развития, в одном случае - достаточно продвинутой, с вителлоген-
ными ооцитами в яичнике. Обычным было нахождение несколь-
ких небольших зачатков экстерн, выделяющихся среди остальных
тканей интерны продуктом цитохимической реакции, выявляю-
щей активность щелочной фосфатазы (рис. 36; см. цветную вклей-
ку, табл. II, Г).
В поздних нуклеусах Р. polygenea наблюдается интенсивное
митотическое деление эмбриональных стволовых клеток (Isaeva
et al., 2001b, 2004): в одном поле зрения можно видеть до 6
(рис. 45, А) и даже 8 митозов. Таким образом, клетки позднего
нуклеуса характеризуются интенсивным митотическим делени-
ем, что впервые выявлено в развитии корпеголовых. Были най-
дены также отдельные митотические деления стволовых клеток
в столоне Р. gracilis.
Мы провели иммунохимический тест на клеточную репро-
дукцию для выявления самообновляющихся клеток в колониаль-
ной интерне Р. gracilis с применением антител к ядерному анти-
гену пролиферирующих клеток мыши (proliferating cell nuclear
antigen, PCNA). Этот антиген, полученный из клеток мыши,
вызывал реакцию стволовых клеток корнеголового Р. gracilis.
Стволовые клетки внутри столона интерны Р. gracilis оказались
единственными клетками, проявляющими специфическую по-
зитивную реакцию на ядерный антиген пролиферирующих
58
Рис. 45. Стволовые клетки корнеголовых в митотическом цикле
А - митотические деления клеток позднего нуклеуса Polyascus polygenea (митозы по-
мечены звездочками); Б - иммунохимическое выявление ядсрного антигена пролифери-
рующих клеток Peltogasterella gracilis: лщ- участок ламповой щетки; ск - стволовые клет-
ки столона.
Масштабная линейка: 10 мкм
клеток (PCNA), т.е. самообновляющимися клетками - (рис. 45, Б;
см. цветную вклейку, табл. II, Ж). Дифференцированные эпите-
лиальные клетки столона и клетки трофической системы интер-
ны были PCNA-негативны или окрашены значительно слабее
стволовых клеток (Shukalyuk et al., 2005b).
После формирования зачатков экстерны стволовые клетки
мигрируют в развивающийся яичник будущей экстерны, стано-
вясь оогониальными клетками (Isaeva et al., 2004; Shukalyuk et al.,
2005b; рис. 46, А). Процесс оогенеза начинается в яичнике при-
мордиальных экстерн Р. polygenea и Р. gracilis: до появления экс-
терны на поверхности тела хозяина в зачатках яичников были
найдены оогонии, ранние ооциты (рис. 46, Б) и вителлогенные
ооциты.
В нашей работе, совместной с сотрудниками Института цито-
логии и генетики СО РАН, в ДНК представителей корнеголовых
ракообразных впервые обнаружены эволюционно консерватив-
ные гена семейства DEAD, в частности, гомологи гена vasa
(Shukalyuk et al., 2005a, 2007). Были исследованы гены, родствен-
ные гену vasa и другим генам, кодирующим белки семейства
DEAD, которые экспрессируются в клетках половой линии дру-
гих исследованных Metazoa. Такие гены были выделены из ДНК
59
Рис. 46. Заселение яичника первичными полипыми клетками
А - миграция стволовых клеток в зама ток яичники; В - оогонии и ранние ооциты в
яичнике зачатка экстерны.
Масштабная линейка: 20 мкм
Polyascus polygenea, а также неколониального корнеголового
Clistosaccus paguri и паразитической изоподы Athelgis takanoshi-
nensis (два последних вида - паразиты раков-отшельников), про-
ведено выделение ДНК, ПЦР-амплификация, клонирование и се-
квенирование (Shukalyuk et al., 2005а. 2007).
Гены семейства DEAD высоко консервативны у всех эукари-
от, тогда как ген vasa и его гомологи найдены только у многокле-
точных животных (см. Shibata el al., 1999; Castrillon, 2000;
Shinomiya et al., 2000; Mochizuki el al., 2001; Fabioux et al., 2004).
Экспрессия гена vasa специфична для клеток половой линии,
а также тотипотентных стволовых клеток книдарий и планарий
и может быть использована как молекулярный маркер тотипо-
тентных клеток (Shibata et al., 1999; Mochizuki et al., 2001).
Наши данные - единственные но генам семейства DEAD,
полученные на корнеголовых; молекулярные механизмы, регу-
лирующие детерминацию стволовых и половых клеток у корне-
головых, не были известны до сих нор. Был выявлен паттерн экс-
прессии генов, родственных vasa и другим белкам группы генов
DEAD-box, кодирующих РНК хеликазы, у Р. polygenea. Найдена
экспрессия генов, родственных vasa, в стволовых клетках столо-
на и почек интерны Р. polygenea (табл. II, 3). Эти клетки экспрес-
сируют продукт vasa значительно более интенсивно, чем диффе-
ренцированные соматические клетки столона, почек и трофиче-
ских частей интерны. Стволовые клетки, формирующие нуклеус,
интенсивно экспрессируют продук'г гена vasa в виде многочис-
ленных мелких структур в цитоплазме. Эпителиальные клетки
почки не экспрессируют продукт vasa и имеют окраску фона. Об-
наружена экспрессия продуктов генов семейства DEAD не только
60
в стволовых клетках столонов и почек при бесполом размножении
интерны Р. polygenea, но и в половых клетках экстерны - ооген-
ных клетках яичника и сперматогенных клетках рецептакулов.
Таким образом, найдена интенсивная селективная экспрессия
белкового продукта гомолога гена vasa в стволовых и половых
клетках и в герминальных гранулах эмбриональных клеток кор-
неголового ракообразного Р. polygenea (Shukalyuk et al., 2005a,
2007), подобно тому, что ранее было обнаружено другими
авторами у представителей иных таксонов многоклеточных
животных.
На основе последовательностей белковых продуктов этих
генов и данных генетического банка построено филогенетиче-
ское дерево для семейства белков семейства DEAD, свидетельст-
вующее об эволюционном родстве корнеголовых ракообразных
с другими членистоногими. Дерево имеет четыре основные вет-
ви в соответствии с анализируемыми группами белков. Тополо-
гия ветви Vasa согласуется с общей концепцией эволюции. Пред-
сказанные аминокислотные последовательности полученных
клонов Р. polygenea и С. paguri демонстрируют 59% сходства с
Vasa у Drosophila, 58% и 65% сходства гомолога у Schistocerca, что
ведет к предположению о гомологии vasa и полученных в данной
работе клонов. Поэтому полученные клоны обозначены PpVLG
(Polyascus polygenea vasa-like gene) и CpVLG (Clistosaccus paguri
уош-like gene) соответственно. Все другие клоны формируют от-
дельную ветвь на филогенетическом дереве (Shukalyuk et al.,
2006).
Итак, впервые у корнеголовых обнаружены родственные
vasa гены: PpVLG (Polyascus polygenea) и CpVLG (Clistosaccus
paguri). Их выведенные аминокислотные последовательности
наиболее близки гомологам Vasa других членистоногих. Данные
филогенетического анализа подтверждают присутствие гомоло-
га гена vasa в геноме корнеголовых и их эволюционное родство с
другими членистоногими.
Согласно общепринятым представлениям, стволовые клет-
ки - клетки эмбрионов или взрослых организмов, способные ре-
продуцировать себя в течение длительного периода, а в случае
стволовых клеток взрослых организмов - на протяжении всей
жизни организма. Эта способность стволовых клеток называется
самообновлением (self-renewal). Стволовые клетки могут дать
начало специализированным клеткам, формирующим ткани и
органы тела. Плюрипотентные (мультипотентные) стволовые
клетки способны дать различные типы клеток, развивающиеся
из всех зародышевых слоев (Marshak et al., 2001; Winslow, 2001).
61
У беспозвоночных животных, размножающихся бесполым
путем, линия тотипотентных стволовых клеток поддерживается
непрерывно в течение всей жизни организма митотическим деле-
нием. Тотипотентные стволовые клетки дают начало всем кле-
точным линиям и всему спектру клеточных дифференцировок
организма многоклеточных животных, включая клетки половой
линии. Например, необласты планарий - тотипотентные стволо-
вые клетки, способные продуцировать как все соматические, так
и половые клетки (Baguna et al., 1989; Shibata et al., 1999). Други-
ми примерами тотипотентных (или мультипотентных) стволовых
клеток беспозвоночных животных с бесполым размножением
являются интерстициальные клетки кишечнополостных, необла-
сты турбеллярий (помимо планарий) и стволовые клетки колони-
альных асцидий (см. Agata, Watanabe, 1999; Weissman, 2000;
Gschwentner et al., 2001; Peter et al., 2001). У этих животных линия
тотипотентных стволовых клеток постоянно поддерживается в
течение всей жизни колонии. Не случайно именно из тканей
представителей колониальных кишечнополостных и асцидий по-
лучены перевиваемые in vitro клеточные линии (Frank et al., 1994;
Rinkevich, Rabinowitz, 1994, 1997).
Итак, мы обнаружили стволовые клетки в столонах, почках и
развивающемся яичнике колониальных корнеголовых Р. polyge-
nea (Isaeva et al., 2001b, 2004), P. gracilis (Шукалюк и др., 2001;
Shukalyuk et al., 2005b) and T. isaevae (Rybakov, Shukalyuk, 2004).
Стволовые клетки перемещаются пну три столонов, заполненных
гемолимфой паразита, и формируют агрегаты в ранних почках.
В процессе развития бластозооида обнаружены многочисленные
митотические деления клеток нуклеуса. 11озже некоторые ство-
ловые клетки мигрируют в развивающийся яичник будущей
экстерны, становясь оогониальными клетками. Таким образом,
стволовые клетки колониальных корпеголовых служат предше-
ственниками как соматических, так и половых клеток, оказыва-
ясь тотипотентными.
Стволовые и первичные половые клетки изученных нами ви-
дов колониальных корнеголовых ракообразных обладают
морфологическими признаками, характерными для стволовых,
эмбриональных и первичных половых клеток всех Metazoa:
высоким ядерно-цитоплазматическим отношением, большим
светлым ядром с крупным ядрышком, тонким ободком базо-
фильной цитоплазмы, большим светлым ядром с крупным
ядрышком. На ультраструктурпом уровне ядра стволовых кле-
ток корнеголовых характеризуются диффузным хроматином,
цитоплазмой со свободными рибосомами, многочисленными
62
митохондриями и электронно-плотными герминальными грану-
лами зародышевой (половой) плазмы, сходными с подобными
цитоплазматическими структурами половых и стволовых клеток
других многоклеточных животных. Герминальные гранулы (за-
родышевые детерминанты) морфологически идентифицируются
как фибриллярный и/или гранулярный материал, и названы у
разных животных полярными гранулами, зародышевыми (герми-
нальными) гранулами или телами, хроматоидными телами
и т.д. (см. Ikenishi, 1998; Matova, Cooley, 2001; Исаева, Реунов,
2001).
Известно, что дифференциация первичных половых клеток
зависит от специализированной области цитоплазмы, называе-
мой половой (зародышевой) плазмой (см. Saffman, Lasko, 1999).
Клетки половой линии могут быть идентифицированы и просле-
жены в ходе развития организма благодаря присутствию такой
плазмы, включающей митохондрии и специфические ультра-
структурные маркеры - половые детерминанты. Половые детер-
минанты представлены гранулярным или фибриллярным мате-
риалом, именуемым у различных животных герминальными, или
полярными гранулами, герминальными, хроматоидными, пери-
нуклеарными или плотными телами, нуаж (nuage) и т.д.
(Mahowald, 1971, 2001; Eddy, 1975; Ikenishi, 1998; Wylie, 1999;
Houston, King, 2000; Исаева, Реунов, 2001). Показано, что некото-
рые молекулы, локализованные в половых детерминантах, дей-
ствительно вовлечены в детерминацию клеток половой линии,
а кодирующие их гены эволюционно консервативны у различ-
ных исследованных представителей Metazoa от гидроидов до
млекопитающих (обзоры: Ikenishi, 1998; Houston, King, 2000).
Зародышевые детерминанты в стволовых клетках беспозво-
ночных, жизненный цикл которых включает бесполое размно-
жение, до настоящего времени были обнаружены другими авто-
рами лишь у гидры и планарий. Электронно-плотные тела,
подобные или идентичные герминальным гранулам клеток по-
ловой линии, найдены в тотипотентных стволовых клетках
(необластах) планарий (так называемые хроматоидные тела: см.
Shibata et al., 1999) и больших интерстициальных клетках гидры
Pelmatohydra robusta (см. Mochizuki et al., 2001). Нода и Канаи
(Noda, Kanai, 1977) обнаружили, что не только клетки половой
линии, но и интерстициальные клетки содержат зародышевую
плазму с “плотными телами”, ассоциированными с ядерными по-
рами и митохондриями. На начальных этапах оогенеза число
и размер таких плотных тел (герминальных гранул) возрастает,
а по мере дифференциации соматических клеток (книдобластов)
63
h i интерстициальных клеток падает (Noda, Kanai, 1977) - подоб-
но тому, что было найдено для так называемых “хроматоидных
тел”, исчезающих в процессе дифференциации соматических
клеток из необластов планарий (см. Shibata et al., 1999).
В цитоплазме стволовых клеток исследованных видов корне-
головых ракообразных и в эмбриональных клетках дробящихся
зародышей Р. polygenea нами выявлены весьма типичные герми-
нальные гранулы (зародышевые детерминанты), морфологиче-
ски сходные с герминальными гранулами клеток половой линии
дрозофилы (Shukalyuk et al., 2005а, b). У планарии Dugesia tigrina
и в необластах, и в оогенных клетках найдены характерные для
планарий герминальные гранулы зародышевой (половой) плазмы,
именуемые обычно хроматоидными телами, располагающиеся
вблизи ядерной оболочки и окруженные митохондриями (Isaeva
et al., 2005). Нами были выявлены также структурированные за-
родышевые (половые) детерминанты в крупных интерстициаль-
ных и оогенных клетках колониального гидроида О. longissima
(Akhmadieva et al., 2005). Найденные в интерстициальных клетках
О. longissima электронно-плотные герминальные гранулы сход-
ны своей ультраструктурой с “плотными телами” других исследо-
ванных представителей книдарий, а также хроматоидными тела-
ми необластов планарий (см. Isaeva et al., 2005; Исаева и др., 2007)
и герминальными телами стволовых клеток колониальных кор-
неголовых ракообразных (Shukalyuk et al., 2005b).
Первым идентифицированным компонентом, гранул половой
плазмы был ген vasa дрозофилы, кодирующий РНК-хеликазу,
принадлежащую к семейству белков, содержащих консерватив-
ные последовательности DEAD-box (Нау et al., 1988). Белки
семейства DEAD присутствуют у всех эукариот от дрожжей до
растений и животных и вовлечены в сплайсинг, редактирование,
процессинг, ядерно-цитоплазматичсский транспорт, инициацию
трансляции и деградацию РНК (Raz, 2000; Rosak and Linder, 2004).
Гены семейства DEAD-box высоко консервативны у всех эукари-
от (de la Cruz et al., 1999; Fujimura, Takamura, 2000; Boudet et al.,
2001; Mochizuki et al., 2001). В то же время ген vasa и его гомоло-
ги, принадлежащие к этому генному семейству, найдены только
у многоклеточных животных, от губок и книдарий до позвоноч-
ных (Roussel, Bennett, 1993; Komiya et al., 1994; Fujiwara et al., 1994;
Olsen et al., 1997; Yoon et al., 1997; Shibata et al., 1999; Nakao, 1999;
Castrillon, 2000; Fujimura, Takamura, 2000; Shinomiya et al., 2000;
Mochizuki et al., 2001; Fabioux et al., 2004). У размножающихся
лишь половым путем животных экспрессия гомологов гена vasa
ограничена линией половых клеток в ходе всего развития от
64
Б
Табл. I. Внешний вид экстерн корнеголовых ракообразных
А - Polyascus polygenea на крабе Hemigrapsus sanguineus (две экстерны с ранними эм-
брионами, одна - с поздними зародышами и раковина моллюска Mytilus trossulus);
Б - изолированный организм Peltogaster reticulatus (красная экстерна, зеленая интерна);
В, Г - Thylacoplethus isaevae на раке-отшельнике Ра gurus irigonocheirus.
Масштабная линейка: А - I см, Б-Г - 0,5 см
Табл. IL Гистохимические и иммунохимическнс реакции интерны и зародышей
корнеголовых
А-Е - гистохимическая реакция выявления активности щелочной фосфатазы ство-
ловых клеток столона Peltogasterella gracilis (А); культивируемых эмбриональных стволо-
вых клеток мыши в качестве контрольного эталона (Б); почкующейся интерны
Thylacoplethus isaevae (В); дополнительных зачатков экстерн в интерне Peltogaster reticu-
latus (Г); зародышей стадий двух и четырех бластомеров (Д) и более позднего дробления
Polyascus polygenea (Е); Ж - иммунохимическая реакция выявления ядерного антигена
пролиферирующих клеток в интерне Peltogasterella gracilis-, 3 - выявление продукта
гомолога гена vasa в бластозооидах интерны Polyascux polygenea.
Масштабная линейка: А, Е — 50 мкм, Б, Ж 10 мкм. В—Д, 3—100 мкм
раннего эмбриона до гаметогенеза. В составе гранул половых
(зародышевых) детерминантов представителей насекомых, нема-
тод, планарий и лягушки найден белковый продукт (РНК-хелика-
за) гена vasa или его гомологов (Ikenishi, 1998; Shibata et al., 1999;
Saffman, Lasko, 1999; Houston, King, 2000; Mochizuki et al., 2001;
Donnell et al., 2004). Экспериментально показана роль vasa в фор-
мировании и поддержании клеток половой линии у таких модель-
ных организмов, как Drosophila, Caenorhahditis, Xenopus и рыбка-
зебра (Lasko, Ashbumer, 1988; Kuznicki et al., 2000; Ikenishi, Tanaka,
2000; Knaut et al., 2000). Паттерн экспрессии гена vasa показал,
что белковый продукт этого и родственных генов как компонент
герминальных гранул, вовлеченный в детерминацию половых
клеток и поддержание клеточной тотипотентности, может быть
полезным молекулярным маркером для исследования клеток
половой линии (Raz, 2000), а также тотипотентных стволовых
клеток (Shibata et al., 1999; Shinomiya et al., 2000; Mochizuki et al.,
2001; Fabioux et al., 2004).
Мы нашли интенсивную селективную экспрессию генов, род-
ственных гену vasa, в стволовых и половых клетках Р. polygenea.
Выявление активности генов, гомологичных гену vasa, в стволо-
вых клетках колониальных корнеголовых показывает, что
поддержание морфофункциональной организации стволовых
клеток обеспечивается эволюционно консервативными механиз-
мами, общими для всех исследованных представителей многокле-
точных животных. Таким образом, селективная экспрессия
генов, родственных гену vasa - эволюционно консервативному
маркеру и детерминанту клеток половой линии, найденная ранее
в половых клетках различных представителей многоклеточных
животных и в стволовых клетках книдарий и планарий, наблюда-
ется также в эмбриональных, стволовых и половых клетках
корнеголовых ракообразных (Shukalyuk et al., 2005а, b, 2007).
Для идентификации стволовых клеток, способных к митоти-
ческой репродукции - интерстициальных клеток гидры и необла-
стов плоских червей был успешно использован бромдезоксиури-
дин, аналог тимидина, включающийся в ДНК в фазе ее синтеза
(Teragawa, Bode, 1990; Gschwentner et al., 2001). Для выявления не-
областов планарий Dugesia japonica недавно применена реакция
на ядерный антиген пролиферирующих клеток (proliferating cell
nuclear antigen, PCNA) с использованием антисыворотки к PCNA
этого вида планарии; было показано, что такой тест - мощное
средство для идентификации необластов (Orii et al., 2005). Иммуно-
реактивность на антиген пролиферирующих клеток, PCNA (вспо-
могательный белок ДНК-полимеразы 6) выявляет клетки, не
3. Исаева В.В.
65
покидающие митотический цикл (Hall, Woods, 1990; Mueller,
Wulliman, 2003). Стволовые клетки внутри столона интерны
Р. gracilis оказались единственными клетками интерны, проявля-
ющими интенсивную позитивную реакцию PCNA, т.е. самообно-
вляющимися клетками (Shukalyuk et al., 2005b).
Маркером эмбриональных стволовых клеток и первичных
половых клеток млекопитающих in vivo и in vitro служит выявля-
емый цитохимически высокий уровень активности щелочной фо-
сфатазы (Chiquoine, 1954; Mintz, 1959; Wobus et al., 1984; Talbot et
al., 1993; Thompson et al., 1995, ,1998). Высокая активность щелоч-
ной фосфатазы найдена также в культивируемых эмбриональ-
ных клетках птиц (Pain et al., 1996) и рыб (Sun et al., 1995; Hong et
al., 1998). На беспозвоночных животных подобные исследования,
насколько нам известно, не были проведены. В нашей работе мы
впервые использовали этот традиционный метод идентификации
эмбриональных стволовых и первичных половых клеток позво-
ночных животных для обнаружения стволовых клеток в интерне
корнеголовых ракообразных Р. gracilis, Л polygenea и Th. isaevae
на колониальной эндопаразитической стадии жизненного цикла с
целью исследования клеточных механизмов бесполого размно-
жения этих видов, а также выяснения общности морфофункцио-
нальной организации эмбриональных стволовых клеток позво-
ночных и беспозвоночных животных. В цитоплазме стволовых
клеток исследованных видов колониальных корнеголовых выяв-
лен высокий уровень активности щелочной фосфатазы, сопоста-
вимый с таковым в эмбриональных стволовых клетках культиви-
руемой линии ESC мыши, использованных в качестве стандарт-
ного “эталона” (Исаева и др., 2003; Shukalyuk et al., 2005b). Ранее
избирательная активность щелочной фосфатазы была обнару-
жена в задней полярной плазме (содержащей полярные гранулы)
яиц мухи (Bhuiyan, Shafiq, 1959). В бластомерах дробящихся заро-
дышей Р. polygenea активность щелочной фосфатазы локализо-
вана в герминальных гранулах, расположенных вблизи ядра
(Shukalyuk et al., 2005b; см. цветную вклейку, табл. П, Е). Таким
образом, стволовые, эмбриональные, а также гениальные клетки
колониальных корнеголовых селективно экспрессируют актив-
ность щелочной фосфатазы - хорошо известного гистохимиче-
ского маркера эмбриональных стволовых клеток и первичных
половых клеток млекопитающих и других позвоночных in vivo и
in vitro, и наши данные - первое свидетельство общности этой
функциональной характеристики у животных столь отдаленных
таксонов, как млекопитающие и ракообразные. Разработан-
ный на млекопитающих метод идентификации эмбриональных
66
стволовых клеток успешно применен нами для выявления
стволовых клеток беспозвоночных животных, что открывает
дальнейшую возможность использования этой цитохимической
реакции с целью специфичного маркирования стволовых клеток
других таксонов беспозвоночных.
Насколько известно, поддержание структурной организа-
ции и функциональной активности половой плазмы в линии по-
ловых клеток обеспечивается консервативными механизмами,
общими для всех исследованных многоклеточных животных
(см. Ikenishi, 1998; Wylie, 1999; Исаева, Реунов, 2001). Литератур-
ные и наши собственные данные свидетельствуют об эволюцион-
ном консерватизме и общности исследованных морфологических
и функциональных характеристик клеток половой линии и тоти-
потентных (или мультипотентных) стволовых клеток, а также
субклеточных и молекулярных основ тотипотентности и потен-
циального бессмертия стволовых и половых клеток всех Metazoa.
Дальнейшие исследования стволовых клеток у разнообразных
многоклеточных животных могут дать более ясные свидетельст-
ва эволюционного консерватизма основ тотипотентности и
“стволовости”.
3*
РЕПРОДУКТИВНЫЙ
И ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛЫ
КОЛОНИАЛЬНЫХ КОРНЕГОЛОВЫХ
У паразитов широко распространены адаптивные изменения,
направленные на повышение плодовитости - на репродуктивный
успех. Плодовитость корнеголовых очень высока, в период поло-
вого размножения их личинки - обычный компонент меропланк-
тона. Число личинок, производимых одной экстерной, варьирует
у корнеголовых ракообразных от немногих сотен яиц у миниа-
тюрных томпсонид до миллионов у гигантского Briarosaccus
callosus (H0eg, Lutzen, 1995; Касьянов и др., 19976). Как правило,
у акентрогонид, вынашивающих потомство до стадии циприсо-
видной личинки, плодовитость ниже, чем у кентрогонид, выпуска-
ющих науплии (H0eg, 1982). У видов с множественными экстерна-
ми число личинок, производимых одной экстерной, меньше по
сравнению с неколониальными видами (H0eg, Lutzen, 1995). Дан-
ные по годовым репродуктивным циклам получены лишь для
очень ограниченного числа корнеголовых. Известно, что
Lernaeodiscus porcellanae на юге Калифорнии размножается круг-
лый год. Sacculina carcini,которая населяет субтропические и уме-
ренные воды, продуцирует личинок большую часть года как в
Средиземноморье, так и в Ла-Манше, в Дании же S. carcini раз-
множается только с июня по октябрь (I10eg, Lutzen, 1995). По дан-
ным, приводимым Мейерсом (Meyers, 1990), из одной экстерны
Briarosaccus callosus, в зависимости от ее размера, выходят
3,1-3,9 х 100000 личинок, свободно живущих около месяца, пре-
терпевая ряд линек, метаморфоз, и в конце концов, заражая мно-
жество крабов; каждая экстерна в течение сезона размножения
производит с интервалами 45-48 дней не одну генерацию личинок.
Все ракообразные проходят стадию науплия, характеризуе-
мую тремя парами придатков - л ибо как личиночную стадию, ли-
бо эмбриональную стадию; эволюционно консервативный план
строения науплия сохраняется миллионы лет, поэтому науплий
рассматривается как филотипическая стадия развития ракооб-
68
разных (Williams, 1994). Науплий корнеголовых имеет три пары
конечностей: антеннулы, антенны и мандибулы. У циприсовид-
ных личинок в дополнение к этим трем конечностям формиру-
ются шесть торакальных конечностей (торакоподы). Следует
отметить, что в ходе эволюции всех усоногих ракообразных
абдоминальные сегменты были редуцированы и морфологиче-
ски утрачены (см. ниже). Функция пелагических личинок корне-
головых ракообразных заключается в расселении, поиске хозяи-
на, оседании и прикреплении перед заключительными этапами
метаморфоза (Касьянов и др., 1999).
В отряде Kentrogonida пол определяется еще в оогенезе, и не-
оплодотворенные яйца мужского и женского пола можно отли-
чить по размеру (Walker, 1985; Yanagimachi, 1990). Яйца, эмбрио-
ны и личинки мужского пола у кентрогонид крупнее, чем жен-
ские, что связано с большими запасами желтка, необходимыми
для поиска не просто очередного хозяина, но уже зараженного
корнеголовым паразитом того же вида, с виргинными экстерна-
ми на поверхности тела (Ritchie, H0eg, 1981; Walker, 1988).
У всех корнеголовых развитие лецитотрофное. Личиночное
развитие корнеголовых отряда Kentrogonida очень сходно с тако-
вым типичных усоногих и включает у саккулинид и пельтогаст-
рид ряд последовательно сменяющих друг друга пелагических
науплиальных стадий, после непродолжительного периода план-
ктонной жизни и нескольких линек завершающихся образовани-
ем циприсовидной личинки, характерной только для усоногих
ракообразных, и затем кентрогона (Касьянов и др., 1999; Корн и
др., 1999, 2000; Rybakov et al., 2002). Гленнер и соавторы описали
конечную, червеобразную личиночную стадию - вермигон
(Glenner et al., 2000; Glenner, 2001; Glenner, H0eg, 1995), в сущно-
сти, уже эндопаразитическую. У многих видов корнеголовых под
покровы хозяина инъецируется диффузный клеточный матери-
ал, из которого развивается эндопаразитическая интерна (Касья-
нов и др., 1999). Циприсовидные личинки женского пола оседают
на потенциального хозяина, давая начало интерне, личинки
мужского пола оседают на ювенильную, виргинную экстерну, и
репродуктивный цикл повторяется.
Процессы дифференциации гонады экстерны были изучены
лишь у немногих видов Rhizocephala; было известно, что яичник
развивается из клеток нуклеуса интерны (Bocquet-Vedrine, 1961;
H0eg, 1982), однако гаметогенетические процессы в интерне не
были описаны. Большинство корнеголовых имеют в интерне
парные железистые яйцеводы, или коллетерические железы.
Экстерна корнеголовых обладает отчетливо дифференцирован-
69
iihiMH органами, тем не менее, ее морфология крайне упрощена:
отсутствуют конечности, сегментация, ротовое отверстие,
кишечник и какие-либо рудименты пищеварительного тракта,
органов дыхания и выделения и другие структуры, характерные
для ракообразных (Bresciani, H0eg, 2001).
Строение экстерны Р. gracilis (Р. socialist подробно изучено;
именно на этом виде впервые показано, что корнеголовые рако-
образные, ранее считавшиеся гермафродитами, раздельнополы;
обнаружено и описано проникновение личинок мужского пола
в рецептакулы экстерны (Ichikawa, Yanagimachi, 1958, 1960;
Yanagimachi, 1961, 1990).
Как уже показано, зачатки экстерн колониальных корнего-
ловых развиваются внутри тела хозяина, в составе интерны,
выполняющей трофическую функцию потребления из гемолим-
фы хозяина питательных веществ, их переработки и транспорта
к экстерне. Стволовые клетки мигрируют в развивающийся яич-
ник будущей экстерны, становясь первичными половыми клетка-
ми. Процесс оогенеза начинается в яичнике примордиальных
экстерн Р. polygenea и Р. gracilis до их появления на поверхности
тела хозяина, в зачатках яичников были найдены вителлогенные
ооциты (Isaeva et al., 2001b, 2004; Shukalyuk et al., 2005b). Извест-
но, что яичник развивается из непарного зачатка; яичник связан
с мантийной полостью через железистый яйцевод; самцеприем-
ники (рецептакулы) кентрогонид тоже часть женской репроду-
ктивной системы (Касьянов и др., 1997а).
Затем экстерна прорывает покровы хозяина, выходит на по-
верхность и обеспечивает половое размножение паразита. После
выхода на поверхность тела хозяина виргинной экстерны личин-
ки мужского пола вносят в экстерну клетки мужской половой
линии (рис. 47). В висцеральной массе экстерны Kentrogonida и
некоторых Akentrogonida (Clistosaceus) имеются особые органы,
рецептакулы, или самцеприемники, куда проникают циприсы
мужского пола (Касьянов и др., 1997а); затем в рецептакулах под-
держивается линия сперматогенных клеток. У всех остальных
акентрогонид сперматогенные островки локализуются в толще
мантии, мезентерии или яичнике (H0eg, 1992b; Hpeg, Lutzen, 1993,
1995; Касьянов и др., 1997а,б, 1998, 1999). Экстерна и женская го-
нада не могут завершить рост и достичь зрелого состояния без
имплантированной личинки мужского пола: у 5. carcini экстерна,
не получившая такого карликового самца, перестает расти и
вскоре погибает (Hpeg, 1995).
Наиболее подробные данные по репродуктивному циклу экс-
терны получены для Polyascus polygenea (Yamaguchi et al., 1999;
70
Б
В
Рис. 47. Варианты внесения клеток мужской половой линии в экстерну
А - Kentrogonida; Б - Akentrogonida (Clistosaceus)-, В - Akentrogonida (Chnamalophilus)’,
к - корневая система; кх - кутикула хозяина; м - мантия; мо - мантийное отверстие; мп -
мантийная полость; р - самцеприемники (рецептакулы); со - сперматогенные островки;
т -трихогон (по: H0eg, Lutzen, 1995)
71
Рис. 48. Срезы незрелой экстерны Polya,vcus' polygenea незадолго до ее появле-
ния на поверхности тела хозяина
А - продольный срез; Б - поперечный срез; В - три плоскости пространственной ор-
ганизации экстерны; мо - мантийное отверстии; ми - мантийная полость; р - рецептаку-
лы; я - яичник.
Масштабная линейка; 100 мкм
Корн и др., 2004; Shukalyuk et al., 2005b). У P. polygenea экстерна
имеет уплощенно-овальную форму (рис. 48). Экстерна окружена
мантией, с интерной связана стебельком, проходящим через по-
кровы хозяина; посреди апикальной сторона экстерны находится
мантийное отверстие. Яичник связан с мантией посредством ме-
зентерия и разделен на две лопасти. Парные яйцеводы состоят из
центральной части (атриума) и ветвящихся каналов яйцеводной
(коллетерической) железы, выстланных секретирующими клет-
ками. Вблизи стебелька располагаются два самцеприемника
(рецептакула) овальной формы. Рецептакулы незрелой, виргин-
ной экстерны заполнены крупными клетками того же происхож-
дения, что и вся экстерна, т.е. клей ками женского организма.
Нами была прослежена дифференциация зачатков экстерны,
размером 1-2 мм, изолированных из тканей интерны Р. polygenea
(Isaeva et al., 2001b, 2004). Показано, что до выхода зачатка экс-
терны на поверхность тела краба-хозяина дифференцированы
все тканевые и органные системы экстерны, включая яичник с
оогониями и ооцитами всех стадий оогенеза вплоть до вителлоге-
72
неза (рис. 48); коллетерические железы, парные рецептакулы,
мантия с внутренней полостью и выводным отверстием. В яични-
ке поздних зачатков экстерн незадолго до их появления на по-
верхности тела краба найдены ооциты разных стадий, от ранних
до вителлогенных (рис. 48, 49, А). На гистологических срезах
видно, что яичник практически полностью занимает экстерну,
его пространственная организация древовидно разветвленная,
фрактальная (см. Исаева, 2005). Ооциты имеют крупное ядро, от-
носительно светлую кариоплазму, крупное базофильное ядрыш-
ко; основная часть цитоплазмы занята базофильным желтком.
Экстерны Р. polygenea располагаются вблизи границы голо-
вогруди и брюшка краба-хозяина, в месте локализации яиц здо-
ровой самки. Краб одновременно может быть носителем экстерн
разного размера и разных стадий развития. На одном крабе, за-
раженном Р. polygenea, можно встретить от 1 до 6 (чаще всего
1-2) экстерн, максимальное число, обнаруженное нами - 8 экс-
терн. Рецептакулы виргинной экстерны не содержат спермато-
генных клеток. После внесения клеток мужской половой линии
личинкой-самцом внутри рецептакула формируется полость, в
которой происходит размножение сперматогониев и сперматоге-
нез (рис. 49, Б, В); клетки женского организма выполняют тро-
фическую функцию.
Зрелые ооциты, выводимые в мантийную полость, оплодотво-
ряются созревшими спермиями; зародыши в мантийной полости
Рис. 49. Яичник и рецептакулы ювенильной экстерны (А) и сперматогенные
клетки в рецептакуле зрелой экстерны Polyascus polygenea на стадии размноже-
ния сперматогониальных клеток (Б) и спермиогенеза (В)
р - рецептакулы; ск - сперматогенные клетки; я - яичник.
Масштабная линейка: А - 100 мкм, Б - 20 мкм, В - 50 мкм
73
Рис. 50. Яичник и зародыши и мшггнйиой полости экстерны Polyascus polygenea
А - опустошенный ничипк и рпиипе [Продыши; 1> - яичник с созревающими ооцита-
ми и готовые к пымсту личинки; i чпродышп; кж протоки коллетерической железы;
я - яичник.
Масштабная линейка: 10(1 мкм
развиваются до стадии науплиалыюй личинки (рис. 50, А, Б).
В то же самое время в яичнике экстерны созревает следующая
генерация ооцитов (рис. 50, Б). Процессы оогенеза и сперматоге-
неза в экстерне протекают синхронно: сперматогенныйцикл син-
хронизирован с циклом оогенеза и овуляции, поскольку необхо-
димые для сперматогенеза вещества поступают из женского ор-
ганизма (Касьянов и др., 1997а).
Выделены основные стадии репродуктивного цикла экстерны
(Корн и др., 2004; Shukalyuk et al. 2005b). Основной признак стадии
ювенильной, виргинной экстерны (рие. 51, А) - отсутствие сперма-
тогенных клеток в рецептакулах, заполненных лишь женскими
клетками, центральная полость рсцснтакула обычно отсутствует.
Такая экстерна имеет молочно-белую окраску и размер 1-3 мм.
Уже сформированы все основные органы экстерны - яичник с
развивающимися ооцитами, рецентакулы, мантия с мантийной по-
лостью и мантийным отверстием, пока закрытым эпителием и ку-
тикулой. Яичник на этой стадии древовидно-ветвящийся, его ветви
заполнены оогониями и мелкими (до 20 мкм) ооцитами. Ядро в
ооцитах лишь слегка смещено к периферии, имеет одно ядрышко;
цитоплазма еще лишена отчетливых желточных гранул.
После линьки ювенильной экстерны открывается мантийное
отверстие. Оседающие личинки мужского пола интродуцируют в
рецентакулы сперматогенные клетки. Наступает следующая ста-
дия - незрелой экстерны (рис. 51, Б). Эта стадия характеризуется
отсутствием в мантийной полости развивающихся эмбрионов;
74
мантийная полость узкая, щелевидная. Экстерна имеет светло-
желтую окраску и размер 3-7 мм. Яичник значительно увеличи-
вается в размерах и повторяет контуром экстерну, практически
заполняя ее. Вителлогенные ооциты располагаются сначала от-
дельными веточками, клеточными цепочками, цитоплазма за-
полняется гранулами желтка. Созревающие ооциты постепенно
заполняют яичник; ядро ооцитов значительно смещается к пери-
ферии клетки, кроме желточных гранул, в цитоплазме появля-
ются жировые включения. Крупные ооциты (120-130 мкм) неза-
долго перед их выходом в мантийную полость приобретают фор-
му неправильных многогранников вследствие взаимного сжатия.
Цитоплазма плотно заполнена гранулами желтка и жировыми
вакуолями.
Зрелые ооциты, выходящие через яйцеводы в мантийную по-
лость, оплодотворяются спермиями, созревшими в рецептакулах.
Зрелая экстерна характеризуется наличием в мантийной полости
саккулины оплодотворенных яиц (рис 51, В) и затем развиваю-
щихся зародышей (рис. 51, Г). Экстерна становится ярко-желтой
и увеличивается в размере в результате заполнения мантийной
полости эмбрионами. Яичник после выхода ооцитов резко умень-
шается в объеме, становясь узкой пластинкой, содержащей оого-
Рис. 51. Схема основных стадий репродуктивного цикла экстерны Polyascus
polygenea (А-Г; по: Корн и др., 2004)
75
пни и мелкие ооциты. Одновременно с развитием эмбрионов
ос щиты в яичнике начинают расти и накапливать желток, повто-
ряя предыдущий репродуктивный цикл.
11оздние этапы репродуктивного цикла экстерны (рис. 51, Г)
характеризуются образованием трех пар конечностей у форми-
рующихся личинок и появлением у них науплиального глаза сна-
чала красного, а затем черного цвета; соответственно цвет экс-
терны изменяется на розовый, а затем становится темно-бурым.
Последнее означает, что экстерна готова к вымету личинок.
В этот период размер экстерны становится максимальным и мо-
жет достигать 14—18 мм, а одиночной экстерны - 22 мм. Постоян-
ная циркуляция воды для снабжения развивающихся эмбрионов
кислородом осуществляется благодаря перистальтическим
сокращениям стенки мантии. Сокращение стенки мантии способ-
ствует вымету развившихся личинок в воду. Одновременно
вителлогенные ооциты в яичнике достигают максимального раз-
мера. Таким образом, на поздних этапах развития зародышей в
яичнике созревает новая генерация ооцитов, готовых к оплодо-
творению и формированию новой когорты личинок после выме-
та предыдущей генерации.
Эмбриональное развитие Р. polygenea длится 1-2 недели.
После вымета личинок экстерна вновь становится плоской и при-
обретает желтый цвет. Яичник к этому времени заполнен зрелы-
ми ооцитами, которые вскоре выходят в мантийную полость;
вновь происходит оплодотворение цикл повторяется.
Процесс сперматогенеза в рецентакулах начинается после
введения сперматогенных клеток. Появляется внутренняя
полость рецептакула. В морфофункцнопальном развитии рецеп-
такула можно выделить две характерные стадии. На стадии
размножения гениальных клеток (рис, 49, Б) заметны располага-
ющиеся несколькими слоями относи тел ыю крупные сперматого-
нии. На стадии спермиогенеза (рие, 49, В) по периферии цент-
ральной полости рецептакула расположен слой сперматид и фор-
мирующихся спермиев. Зрелых нитевидных спермиев в просвете
канала обнаружить не удалось; вероятно, эта стадия кратковре-
менна и число зрелых сперматозоидов относительно невелико,
что связано с непосредственной близостью гамет обоего пола,
выметываемых практически одновременно в небольшое замкну-
тое пространство. Исследование сперматогенеза Polysaccus
japonicus (Lutzen, Takahashi, 1996) также не показало наличия
большого количества зрелых спермиев в просвете рецептакулов.
Сперматогенез в рецептакулах корне головых полностью синхро-
низирован с оогенезом. Длительность гонадного цикла в рецеп-
76
Рис. 52. Экстерны Peltogasterella gracilis на поверхности брюшка рака-отшель-
ника
А - незрелые экстерны; Б - экстерны с развивающимися в их мантийной полости
зародышами.
Масштабная линейка: 500 мкм
такулах Kentrogonida может составлять всего 2-3 недели, однако
цикл непрерывно повторяется за счет сперматогониев, остаю-
щихся у стенки рецептакулов и получающих питание от самки
(Ritchie, H0eg, 1981).
Зрелые экстерны Р. polygenea с эмбрионами наблюдались с
середины мая до середины сентября. В октябре-ноябре оставшие-
ся экстерны уже не содержали зародышей. После прохождения
нескольких гонадных циклов экстерна отпадает, на ее месте обра-
зуется рубец. Весной и в начале лета в популяции встречается до-
вольно много “старых” экстерн бурого цвета, оставшихся с пре-
дыдущего года. Новые экстерны появляются на поверхности кра-
ба-хозяина в мае, при температуре около 12 °C. В это же время в
“старых”, перезимовавших экстернах происходит оплодотворе-
ние яиц и развитие личинок - что обеспечивает внесение сперма-
тогенных клеток в рецептакулы вновь появляющихся экстерн ли-
чинками мужского пола. В течение сезона размножения (лета и
начала осени) каждая экстерна Р. polygenea может дать три-четы-
ре поколения личинок (Yamaguchi et al., 1999; Корн и др., 2004).
Экстерны Р. gracilis появляются на поверхности брюшка
рака-отшельника в июле-августе. Незрелые экстерны бледно-
желтого цвета существенно увеличиваются в размере после за-
полнения мантийной полости развивающимися зародышами
(рис. 52), цвет их становится желто-бурым.
77
л
Рис. 53. Внешний вид экстерны (Л) п ршрсзанная экстерны Briarosaccus
callosus, мантийная полость которой чипоянепз ранними зародышами (Б)
Масштабная линейка: 500 мкм
Число развивающихся зародышей в одной экстерне Р. polyge-
nea может достигать 5()()()() (Корн и др., 2004). Плодовитость
Sacculbia carci/ii, родственного вида с одиночной экстерной,
составляет от 50 тыс. яиц на крабе Liocarcinus holsatus и до
2X8 тыс. на Carcinus maenas (H0eg, Lilt/en , 1995). Как уже упоми-
налось, огромная экстерна Briarosaccus callosus может произве-
сти 3,1-3,9 х 100000 личинок (Meyers, 1990).
Морфология экстерн Briarosaccus callosus уже была описана
ранее (Bower, Sloan, 1985). По нашим данным (Исаева и др., 2005\
экстерны В. callosus у пораженных особей равношипого краба
Lithodes aequispina имеют фасолсвидпую форму, округлую в по-
перечнике, с прочным кутикулярным покровом (рис. 53). Один
конец экстерны закруглен, на другом расположено мантийное
отверстие. Экстерна бриаросаккуса практически всегда распола-
гается в центральной части брюшка равношипого краба и при-
крыта абдоменом. Крупные экстерны приподнимают абдомен и
видны снаружи. Средние размеры экстерны в период лова
крабов составляли в длину 100-120 мм, в диаметре - 020-25 мм,
при весе 35-45 г. Самые крупные экстерны достигали 150 мм
в длину, а в поперечнике могли быть больше 30 мм. Прослежива-
ется зависимость изменения окраски экстерны бриароссакуса от
ее размера: относительно небольшие экстерны окрашены
в оранжевый цвет, с увеличением размера экстерна становится
ярко-красной и затем красно-коричневой.
Как у большинства других кентрогонид, эмбриональное раз-
витие зародышей Р. polygenea, Р. gracilis и В. callosus протекает в
мантийной полости экстерн до стадии науплиальной личинки.
78
Рис. 54. Сперматогенное тело в мантии экстерны и зародыши в мантийной
полости экстерны Thylacoplethus isaevae (А); развивающиеся циприсовидные
личинки (Б)
з - зародыши; сп - сперматогенное тело.
Масштабная линейка: 50 мкм
В отряде Akentrogonida свободной личиночной стадией оказыва-
ются только циприсовидные личинки. Так, например, у предста-
вителя семейства томпсонид Thylacoplethus isaevae развитие
зародышей в полости экстерны идет до стадии циприсовидной
личинки (Rybakov, Shukalyuk, 2004; рис. 54). У Thylacoplethus инъ-
ецированный клеточный материал образует в ткани мантии так
называемые сперматогенные тела, в которых осуществляется
сперматогенез. Такие относительно крупные сперматогенные
тела содержат сперматогенные клетки и крупные полигональ-
ные “питающие” клетки (рис. 54, А); в каждой экстерне, вероят-
но, находится пара таких структур. У одного хозяина можно на-
блюдать одновременно 2-3 последовательные генерации экстерн
Th. isaevae, различимых по их размеру и окраске. Самые ранние
экстерны светло-желтые, имеют сферическую форму и диаметр
1-2 мм. Поздние экстерны желто-серого цвета, овоидной фор-
мы, длиной до 4-9 мм. Общее число экстерн Th. isaevae на
одном раке-отшельнике Pagurus trigonocheirus достигает 120-150
(Rybakov, Shukalyuk, 2004).
У лецитотрофных личинок корнеголовых отсутствуют даже
следы пищеварительной системы (Касьянов и др., 1998). Продол-
жительность жизни пелагических лецитотрофных личинок кор-
неголовых в значительной мере зависит от температуры воды и
варьирует от двух суток у эстуарного Loxothylacus panopaei при
25-30 °C (Walker et al., 1992) до 29 суток у Briarosaccus callosus при
6-8 °C (Hawkes et al., 1985) и 34 суток у В. tenellus при 5 °C
(Walossek et al., 1996). Личиночное развитие Р. polygenea в планк-
тоне завершается в течение 2-3 сут (Корн и др., 2000). Личинки
79
о
Рис. 55. Контурные изображения последовательных Личиночных стадий
Peltogasterella gracilis (Корн и др., 1999)
A polygenea присутствуют в прибрежном планктоне зал. Восток
с середины июня до середины октября. На месте отпавшей
экстерны появляются ювенильные экстерны, и в течение сезона
размножения в популяции постоянно встречаются ювенильные
экстерны. Часть экстерн, содержащих яичник и рецептакулы с
гаметогенными клетками соответственно женского и мужского
пола, зимует и весной продуцирует повое потомство. Половое
размножение Р. polygenea в Японском морс, по-видимому, проис-
ходит с мая по сентябрь (Корн и др., 2004),
Личиночное развитие Polyascns polygenea и Peltogasterella gra-
cilis описано Корн и Рыбаковым с соавторами (Корн и др., 1999,
2000; Rybakov et al. 2002; рис. 55). Брюшиая часть развивающих-
ся личинок заполнена желтком. 11а заднем конце тела личинок
A polygenea незадолго до их выхода из экстерны отчетливо выде-
ляется упорядоченная компактная группа крупных недифферен-
цированных клеток с большим светлым ядром с деконденсиро-
ванным хроматином и крупным ядрышком и очень базофильной
цитоплазмой. Эти клетки, по-видимому, служат источником фор-
мирования будущих задних (торакальных) сегментов личинки
(рис. 56). Подобные морфологические черты стволовых клеток
проявляются недифференцированными клетками меньшего раз-
мера, распределенными в теле развивающейся личинки Р. polyge-
nea, в ее средней части, которые, по-видимому, представляют
стволовые эмбриональные клетки, сохраняющие свою тотипо-
тентность. Перед оседанием циприсовидной личинки стволовые
клетки смещаются к передней части тела личинки.
Циприсовидные личинки женского пола инъецируют в ор-
ганизм будущего хозяина либо особую личиночную стадию, на-
званную вермигоном (Glenner, 2001; рис. 57), либо несколько
80
Рис. 56. Гистологический разрез позднего зародыша Poly ascus polygenea (А) и
групп эмбриональных стволовых клеток, предшественников материала буду-
щих торакальных сегментов личинки (Б—Г)
так называемых эмбриональных клеток, из которых затем раз-
вивается интерна. Известно, что появившиеся после линьки ци-
присовидные личинки не способны к оседанию и дальнейшему
метаморфозу, приобретая эту способность только после 3-5 суток
жизни в планктоне (Касьянов и др., 1998). Поздние циприсовид-
ные личинки Р. polygenea и Р. gracilis приобретают отрицатель-
ный фототаксис (в отличие от положительного фототаксиса
науплиальных и ранних циписовидных личинок) и оседают на
дно сосудов в лабораторных условиях. В таких условиях у ци-
присовидных личинок Р. polygenea, готовых к оседанию, можно
проследить движение клеточных элементов по каналу, который
формируется для внесения эмбриональных стволовых клеток в
организм хозяина. При самом незначительном сдавливании ме-
жду покровным и предметным стеклами в этот канал устремля-
ется практически все клеточное и неклеточное содержимое
поздней циприсовидной личинки (рис. 58), включая глазной пиг-
мент, что способствует визуализации канала, по которому вы-
ходит пигментированная масса (рис. 58, Б). Среди выходящего
из личинки материала присутствуют крупные клетки, способ-
ные к амебоидной подвижности на стеклянной или пластиковой
поверхности in vitro - как мы полагаем, эмбриональные стволо-
81
Рис. 57. Схема инъекции вермиго-
на (вг) кентрогоном Loxothylacus
panopaei (А, Б; по: Glenner, 2001)
Рис. 58. Выход клеточного содер-
жимого поздней циприсовидной
личинки Polyascus polygenea
Л - циприсовидная личинка до
выходи клеточной массы; Б, В - прохо-
ждении глазного пигмента; Г - опусто-
шение личиночного тела.
Мпсштабная линейка: 50 мкм
вые клетки. Подобного выхода клеток в наружную среду мы
никогда не наблюдали у науплиальных личинок и ранних ципри-
совидных личинок. Клеточное и неклеточное содержимое позд-
ней циприсовидной личинки, вытекающее через узкий канал,
формирует колбасовидную структуру (рис. 58, Г), напоминаю-
82
Б
Рис. 59. Личинки Peltogasterella gracilis: ранние науплиальные личинки женско-
го и мужского пола (А); циприсовидные личинки мужского и женского пола (Б);
выход клеточного материала поздней циприсовидной личинки (В)
Масштабная линейка: 50 мкм
щую своей формой стадию вермигона Loxothylacus, открытую и
описанную Гленнером с соавторами (Glenner et al., 2000; Glenner,
2001; Glenner, H0eg, 1995). He исключено, что червеобразная
форма так называемого вермигона - лишь следствие “продав-
ливания” личиночной массы через узкий канал и потому не
заслуживает статуса особой личиночной стадии.
Подобным образом выходит содержимое поздних циприсо-
видных личинок Р. gracilis (рис. 59, В). Науплиальные и циприсо-
видные личинки Р. gracilis мужского и женского пола хорошо
отличаются по размеру: личинки мужского пола заметно круп-
нее (рис. 59, А, Б), как и у Л polygenea.
Таким образом, репродуктивная стратегия корнеголовых
потенциально может включать трехступенчатый каскад размно-
жения: бесполое размножение путем почкования интерны, мно-
гократное образование одной или нескольких интерн и несколь-
ко циклов репродукции каждой экстерны, что ведет к появлению
огромного числа личинок и иногда - заражению значительной
доли популяции хозяина.
ВЗАИМООТНОШЕНИЯ 11А Р АЗИТ-ХОЗЯИН
Поражение корнеголовыми прпподит к кастрации хозяина,
сопровождаемую глубокими эндокринологическими нарушения-
ми, влияющими на вторичные половые признаки, поведение и
линьку, вызывающими дегенерацию нервной системы, общее
ослабление и замедление роста хозяина (Rubiliani et al., 1980;
Sloan, 1984, 1985; Bower, Sloan, 1985; Hawkes et al., 1986; Meyers,
1990; Takahashi et al., 1997) и даже лизис его внутренних органов
(Rybakov, Shukalyuk, 2004). Вторичные половые признаки изме-
няются у обоих полов: происходит феминизация самцов, морфо-
логически проявляющаяся в расширении абдомена и изменении
конечностей; у самок же, наоборот, абдомен сужается, плеоподы
дегенерируют (Meyers, 1990; Takahashi cl al., 1997; Shukalyuk et al.,
2005c). Поражение гонад затрагивает как семенники, так и яич-
ники хозяина, приводя к их дегенерации и подавлению конечных
этапов гаметогенеза (Rubiliani et al., 1980; Meyers, 1990; Isaeva et al.,
2001b). Известно, что корнегол оные паразиты, в частности,
Polyascus (Sacculina) polygenea способны манипулировать пове-
денческими реакциями краба-хозяина: заражение корнеголовым
ведет к изменению поведения крабов обоего пола - проявлениям
“заботы о вынашивании” потомства паразита (Day, 1935; Hartnoil,
1967; Ritchie, H0eg, 1981; Meyers, 1990; Takahashi et al., 1997;
Yamaguchi, Aratake, 1997).
Ключевую роль во влиянии паразита на организм хозяина,
включающем паразитическую кастрацию, морфологическую
и поведенческую феминизацию хозяина мужского пола, рост и
линьку хозяина, играет корневая система интерны. Корневая
система проникает в нейроэндокринные органы хозяина уже на
ранней стадии роста интерны (Bresciani, H0eg, 2001).
Нами собрано и исследовано более 120 особей краба
Hemigrapsus sanguineus, зараженных Polyascus polygenea. По на-
шим данным, отростки интерны этого корнеголового паразита
распространяются в гемоцеле краба-хозяина, проникая к его вну-
тренним органам (Isaeva et al., 2001 b). Фатальным образом повре-
ждаются гонады краба. Стенка яичника самок крабов разруша-
84
Рис. 60. Ооциты разрушающегося яичника краба-хозяина среди корней трофи-
ческой системы Poly ascus polygenea
Масштабная линейка: 100 мкм
ется проникающими в яичник корнями интерны паразита, вслед-
ствие чего ооциты краба-хозяина оказываются лежащими в
пространстве между корнями трофической системы интерны
паразита (рис. 60) и резорбируются, вероятно, утилизируясь тро-
фической системой паразита. Дегенерация семенников саккули-
низированных крабов носит несколько иной характер: несмотря
на обрастание мужской гонады отростками трофической систе-
мы саккулины, семенник обычно сохраняет свою целостность.
Однако семенники краба-самца подвергаются как атрофии, так и
патологической гипертрофии с разрастанием многочисленных
лопастей. В результате поражения мужской гонады спермиоге-
нез краба-хозяина подавлен; начальные же этапы сперматогене-
за вплоть до образования сперматид в гонаде хозяина, по-видимо-
му, протекают практически нормально (Isaeva et al., 2001b).
В итоге поражение гонад “корневой” системой саккулиниды
Р. polygenea ведет к стерилизации крабов обоего пола.
Модификация нормальных поведенческих реакций поражен-
ных корнеголовыми крабов и наличие отверстий и рубцов на
месте бывшей экстерны вызывает вторичные инфекции как за-
раженного хозяина, так и паразита. Неоднократно было найдено
инфицирование как свободноживущих, так и паразитических
ракообразных паразитическими одноклеточными (инфузориями,
85
Рис. 61. Спора вторичного паразита (трематоды) в транспортном канале (стебле
зачатка экстерны) Polyascus polygenea
Масштабная линейка: 100 мкм
динофлагеллятами и дрожжеподобными клетками) и гельминта-
ми, в частности, трематодами (Meyers, 1990; Russell et al., 2000).
Такие вторичные инфекции могут вызывать гибель хозяина,
в том числе и промысловых крабов (Meyers, 1990). Мы также не-
редко наблюдали подобные инфекции саккулиниды Р. polygenea
и краба-хозяина - при этом вторичные паразиты, в частности,
цисты трематод, находились как внутри корней и соединяющих
их каналов интерны паразита (рис. 61), так и снаружи от них,
т.е. в полости тела хозяина.
Среди пораженных Р. polygenea крабов Н. sanguineus было
найдено 6 особей с прикрепленными к вентральной поверхности
тела молодыми двустворчатыми моллюсками (Isaeva et al., 2001а)
Mytilis trossulus Gould и в одном случае - Hiatella arctica Linneus
(рис. 62, 63; см. цветную вклейку, табл. I, А). Вероятно, вследствие
измененных поведенческих реакций краба (Takahashi et al., 1997)
“запрет” на удаление экстерны паразита распространяется и на
прикрепленных моллюсков. Краб не отделяет прикрепившихся и
метаморфизирующих личинок моллюсков, располагающихся в
том же месте и в тот же период, что и экстерны Р. polygenea. Итак,
в период полового размножения паразита краб-хозяин Н. san-
guineus может оказаться временным носителем ювенильных мол-
люсков, Mytilus trossulus и Hiatella arctica - факультативных
эпибионтов. Прикрепленные моллюски не достигают большой
величины, так как неизбежно сбрасываются при линьке краба
(известно, что саккулинизированные крабы сохраняют способ-
86
Рис. 62. Три раковины моллюска Mytilus trossulus и одна раковина Hiatella arctica
(указаны звездочками), прикрепленные к вентральной стороне цефалоторакса
краба-хозяина; э - экстерны Poly ascus polygenea
Масштабная линейка: 500 мкм
Рис. 63. Раковина моллюска Mytilus trossulus (указана звездочкой),
прикрепленная к абдомену краба-хозяина
р - рубец от экстерны Poly ascus polygenea
Масштабная линейка: 500 мкм
87
iiiн гь к линьке: Takahashi, Matsuura, 1994; Lutzen, Takahashi, 1997).
Рп nee сообщалось о нахождении молодых митилид, прикреплен-
ных к брюшку крабов Carcinus maenas с экстернами Sacculina
carcini (Lutzen, 1981), однако корреляция между поражением
саккулинидами и временным присутствием двустворчатых мол-
люсков-эпибионтов не была установлена.
Таким образом, корнеголовые паразиты подавляют размно-
жение зараженных ими крабов, значительно ослабляют орга-
низм хозяина и делают его уязвимым для вторичных инфекций.
Степень пораженности популяций десятиногих корнеголовы-
ми может существенно колебаться. Уровень зараженности кра-
бов Н. sanguineus саккулинидой Р. polygenea в разных участках
побережья Японии варьирует от 1,1 % до 79,6% (Takahashi, Lutzen,
1998). Очень высокий уровень (до 79,6 %) зараженности этого
вида крабов Р. polygenea, был отмечен в Японии на острове
Ойяно (Yamaguchi et al., 1994; Takahashi, Liitzen, 1998). Значитель-
но варьирует степень зараженности крабов Н. sanguineus этим же
видом саккулины и в районе морской биологической станции
Восток Института биологии моря ДВО РАН в заливе Петра
Великого Японского моря, причем максимальный уровень зара-
женности здесь даже превышает 80% (Isaeva et al., 2001 a,b; Корн
и др., 2005), достигая масштаба, угрожающего выживанию попу-
ляции. Наибольшая доля зараженных особей (84%) отмечена в
середине сентября, наименьшая (около 20%) - в середине июня,
когда еще не у всех зараженных крабов на поверхности тела
появились молодые экстерны (Корн и др., 2005).
В выборке из 370 экземпляров рака-отшельника Pagurus
proximus, собранного в сентябре 2001 года на МБС “Восток”, об-
наружено 77 зараженных корнеголовым Peltogaster reticulatus
особей (20,8%).
Из 361 собранных раков-отшельпиков Pagurus trigonocheirus
39 особей (10,8%) было заражено томпсонидой Thylacoplethus
isaevae; уровень зараженности варьировал в разных местах сбора
от 4,9% до 21,8%. 27 (7,4%) раков-отшельников были инфици-
рованы другими корнеголовыми - Peltogaster paguri Rathke и
Clistosaccus paguri Lilljeborg.
Космополитический вид пельтогастриды Briarosaccus callosus
способен быстро заражать популяцию промысловых крабов, уве-
личивая число особей, выключенных из собственного цикла
размножения и вместо того вынашивающих потомство паразита.
В узких фьордах канадской Британской Колумбии доля равно-
шипых крабов Lithodes aequispina, зараженных В. callosus, превы-
шает 40%, т.к. пораженные этим паразитом крабы ведут себя
88
подобно здоровым размножающимся самкам, мигрируя вглубь
фьордов, где в ограниченном водном пространстве появляются
личинки паразита, заражающие здоровых крабов (Sloan, 1984,
1985).
По данным, приведенным Мейерсом (Meyers, 1990), этот кос-
мополитический вид паразитирует на многих видах крабов родов
Lithodes (L. couesi, L. aequispina, L, agassizii, L. antarcticus, L. mur-
rayi), Paralithodes (P. camtschaticus, P. platypus) и Paralomis
(P. granulosa), включая важные в промысловом отношении виды.
Поражение бриаросаккусом крабов родов Lithodes и
Paralithodes, вызывающее кастрацию обоих полов и феминиза-
цию самцов, приводит к значительному угнетению популяций
крабов (Meyers, 1990). Корни интерны В. callosus проникают ме-
жду волокнами мышц краба, что ведет к их атрофии; известно
также, что вес и кондиция зараженных самцов синего краба
Р. platypus значительно снижены по сравнению со здоровыми
крабами того же размера. Найдены также дегенеративные изме-
нения нервной системы, нарушения линьки и ослабление хозяина
(Rubiliani et al., 1980; Hawkes et al.,1986; Meyers, 1990).
Заражение крупных промысловых крабов бриаросаккусом
В. callosus легко диагностируется в период размножения парази-
та благодаря характерному цвету - от оранжевого до красного -
крупной экстерны, расположенной на вентральной стороне кра-
ба; такой цвет экстерны обусловлен наличием у паразита гемо-
глобина вместо другого дыхательного пигмента, обычного для
ракообразных - гемоцианина. Ярко окрашена, но в зеленый цвет,
и интерна этого паразита, выявляемая при вскрытии краба и со-
стоящая из множества ветвящихся “корней”; зеленый цвет ин-
терны, вероятно, обусловлен наличием биливердина, продукта
распада гемоглобина (Meyers, 1990). Зараженных особей родов
Paralithodes и Lithodes после утраты ими экстерны В, callosus
можно отличить по характерному темному рубцу, маркирующе-
му место расположения бывшей экстерны, обычно на границе
торакса и абдомена, подобно тому, что наблюдается у крабов,
зараженных Р. polygenea (см. рис. 63), а также по измененным
вторичнополовым признакам.
Нами была исследована зараженность бриаросаккусом В. cal-
losus промысловых видов крабов Охотского моря (Исаева и др.,
2005; Shukalyuk et al., 2005с). Сбор информации проводили на
промысловых краболовных судах при выполнении научно-иссле-
довательских работ по изучению биологии, распределения и
запасов промысловых ракообразных; при этом обязательно от-
мечали наличие экстерны паразита под абдоменом крабов. Всего
89
ia период 1999-2001 гг. на шельфе западной Камчатки было ис-
следовано 3300 экземпляров краба стригуна Бэрда (Chionocetes
bairdi), 2135 экз. краба-стригуна опилио (Ch. opilio), 25000 экз.
камчатского (Paralithodes camtschatictis), 8800 экз. синего (Р. platy-
pus) и 979 экз. равношипого (Lithodcs aequispina) крабов. Данные
по зараженности равношипого краба корнеголовым паразитом
В. callosus были собраны в декабре 2000 г.
Из 979 экз. исследованных особей равношипого краба L. aeq-
uispina 68 экз. (6,95%) оказались зараженными корнеголовым
В. callosus. Среди них экстерны этого паразита были обнаруже-
ны у 44 из 769 самцов (5,7%) и у 24 из 210 самок (11,4%). Вдвое
чаще поражены самки, переходящие к “вынашиванию” зароды-
шей паразита вместо собственного потомства; зараженные сам-
цы также, подобно самкам, заняты лишь “заботой о потомстве”
паразита. У всех зараженных особей равношипого краба под
абдоменом была обнаружена только одна экстерна. Экстерны
бриаросаккуса были найдены в районе исследования только на
равношипом крабе. Однако у камчатского краба изредка встре-
чались экстерны В. callosus, тогда как поражение равношипых
крабов этим паразитом было массовым (личное сообщение
А.Д. Кухлевского). Отмечен и единственный случай нахождения
экстерны этого паразита у синего краба.
По нашим данным, все зараженные В. callosus самки равно-
шипого краба внешне практически не отличались от здоровых
самок, и единственным маркером заражённости служило нали-
чие экстерны паразита под абдоменом хозяина вместо собствен-
ной кладки икры. Зараженные же самцы внешне заметно
отличались от здоровых по размерам правой клешни, которая у
пораженных крабов была в среднем значительно меньше, чем у
здоровых самцов (при равных размерах карапакса) и сходна по
размеру с правой клешней самок. Были отмечены и другие при-
знаки феминизации самцов равношипого краба, пораженных
корнеголовым ракообразным В. callosus, в частности, тонкие
укороченные ноги. Ширина карапакса зараженных особей равно-
шипого краба всегда была меньше его максимальных размеров
у здоровых особей этого вида. Вес и кондиция зараженных сам-
цов синего Р. platypus оказывались значительно сниженными по
сравнению с незараженными крабами того же размера.
По-видимому, организм В. callosus на паразитической стадии
жизненного цикла не колониален, хотя фотография в обзоре
Мейерса демонстрирует две экстерны на одном крабе-хозяине
(Meyers, 1990). Наблюдения на зараженных В. callosus крабах,
содержавшихся в лабораторных условиях после утраты или
90
искусственного удаления экстерны, выявили неспособность па-
разита к восстановлению экстерны (Meyers, 1990). Однако неспо-
собность интерны этого вида к повторному образованию экстер-
ны нельзя считать окончательно установленной без тщательного
гистологического исследования интерны, поскольку иначе невоз-
можно исключить присутствие в интерне зачатков экстерн, спо-
собных при определенных условиях к развитию после утраты
зрелой экстерны - подобно тому, что обнаружено нами у
Peltogaster reticulatus. Кроме того, репродуктивная стратегия,
включающая развитие обширной интерны в организме живуще-
го несколько лет хозяина с появлением при этом одной единст-
венной экстерны, чисто теоретически кажется не слишком
эффективной.
Зараженность популяций промысловых крабов усугубляется
невольным антропогенным отбором при вылове крабов, когда
из популяции изымаются здоровые самцы, а зараженные особи
с экстернами на брюшной стороне выбрасываются в море как
некондиционные. Уровень зараженности равношипого краба в
российских водах к западу от Камчатки пока не превышает 7%
(Исаева и др., 2005; Shukalyuk et al., 2005с). По данным исследо-
ваний 1998 г. (Селин, 1998), в Западно-Камчатской промысловой
подзоне, примерно в этих же координатах, где проведены наши
наблюдения, корнеголовым В. callosus было заражено около 3%
самцов и 5% самок равношипого краба. Таким образом, за два
года (с 1998 по 2000) процент зараженных особей практически
удвоился.
Во время промысла, при сортировке крабов, здоровые самцы
попадают в обработку, тогда как зараженные корнеголовым па-
разитом В. callosus особи, как правило, живыми возвращаются в
море, поскольку их параметры (маленькая правая клешня, уко-
роченные тонкие ходильные ноги) не соответствуют промыш-
ленным стандартам. Выбрасывание в море живых зараженных
крабов при вылове здоровых особей - общепринятая практика
краболовов. В результате такой антропогенной селекции доля
зараженных В. callosus особей в популяциях промысловых кра-
бов постоянно возрастает, и тем быстрее, чем интенсивнее ведет-
ся промысел данного объекта, что показывает сравнение доли
зараженных равношипых крабов в 1998 и 2000 гг. Становится
ясной необходимость изъятия зараженных особей во время
сортировки с последующим их уничтожением. В то время как у
тихоокеанского побережья Северной Америки выявлена зара-
женность корнеголовым паразитом В. callosus не только равно-
шипого краба, но также камчатского, синего и других видов про-
91
мысловых крабов (Meyers, 1990), в Охотском море, по нашим
данным, в настоящее время лишь популяция равношипого краба
в существенной мере поражена этим корнеголовым, тогда как
уровень зараженности камчатского краба невелик, а популяции
крабов-стригунов, по-видимому, здоровы. Тем более важными
становятся мероприятия по борьбе с распространением паразита,
способного быстро поразить еще здоровые популяции про-
мысловых крабов. Необходимы элементарные меры санации
уже зараженных популяций и профилактики дальнейшего пора-
жения.
Итак, паразитирование корнеголовых приводит к установле-
нию контроля над организмом хозяина, его стерилизации, феми-
низации самцов и использованию всех энергетических ресурсов
хозяина лишь для производства потомства паразита. Конечным
эффектом оказывается превращение хозяина в робота, обслужи-
вающего нужды его корнеголового паразита (Bresciani, H0eg,
2001).
Взаимоотношения паразит-хозяин приводят к колебаниям
численности вида-хозяина с большой амплитудой (Смит, 2005).
Эти взаимоотношения могут представлять собой континуум,
фланкированный двумя крайностями: один крайний случай реа-
лизуется, когда паразит вызывает смерть хозяина, погибая вме-
сте с ним, другая крайность представляет собой некую “общность
интересов” “доброкачественного” паразита и хозяина (Pancer et al.,
1995). Ради собственного выживания паразиту необходимо
“беречь” хозяина, быть “добрым” к нему (Michalakis et al., 1992),
реализуя “объединенный список пожеланий” (Dawkins, 1990).
Оба крайних случая и промежуточные варианты можно усмот-
реть в отношениях корнёголовых со своим хозяином.
Первый тип отношений паразит-хозяин приводит обоих к
смерти, однако столь катастрофический паразитизм позволяет
корнеголовым ракообразным произвести множество личинок,
которые выполняют расселительную функцию и заражают
других особей вида-хозяина. Паразит активно размножается, в
то время как зараженные особи хозяина выключены из репро-
дуктивного цикла, что приводит к резкому сокращению числен-
ности молоди в популяции хозяина и увеличению числа зара-
женных особей. Колониальные корнеголовые многократно
увеличивают число производимых ими личинок за один сезон
размножения по сравнению с не колониальными видами. Такая
стратегия размножения паразита, с каждым годом увеличиваю-
щая численность личинок паразита, подрывает обновление
популяции хозяина.
92
По-видимому, стратегия выживания и размножения Thompso-
niidae, например, Thylacoplethus isaevae, относится к первому
типу. Этот вид колониального корнеголового живет внутри кра-
ба-отшельника Pagurus trigonocheirus в течение!-2 сезонов, силь-
но ослабляя хозяина и практически полностью лизируя внутрен-
ние органы хозяина, “выедая” его изнутри, и в конечном итоге
убивает и хозяина, и себя. Столь радикальная стратегия парази-
тизма позволяет произвести на поверхности хозяина сотню и бо-
лее экстерн и соответственно сотни тысяч личинок за один сезон
размножения.
В случае паразитирования саккулиниды Polyascus polygenea
на крабе Hemigrapsus sanguineus эти отношения, видимо, менее
жесткие. Паразит способен, не убивая хозяина, эксплуатировать
его пищевые ресурсы и несколько лет жить в его организме.
Продолжительность жизни колонии паразита зависит от продол-
жительности жизни хозяина, а количество экстерн паразита на
поверхности тела хозяина - от уровня питания последнего. В те-
чение нескольких последних лет на станции “Восток” наблюда-
лось локальное возрастание доли зараженных крабов, превысив-
шее 80%, что привело к резкому падению численности крабов
Н. sanguineus в 2004-2005 гг. Частично популяция хозяина может
возобновляться за счет личинок, приносимых течениями из дру-
гих бухт и заливов, но из-за высокой плотности личинок Р. poly-
genea в закрытых бухтах молодые прибрежные крабы быстро
инфицировались и стерилизовались паразитом. Столь высокий
уровень заражения прибрежного краба, вероятно, может вести к
локальному резкому сокращению численности популяции этого
вида в мелководных и закрытых заливах, что и наблюдалось
в 2005 г. на станции Восток. Ареал этого вида краба довольно
широк, поэтому полное исчезновение Hemigrapsus sanguineus,
массовому виду Японского моря, не грозит. При локальной мас-
совой гибели прибрежного краба в ближайшие насколько лет в
некоторых местах неизбежно и резкое сокращение численности
Р. polygenea в этих же акваториях побережья Японского моря.
Однако адаптивная гибкость паразита оказалась достаточно
высокой, и в 2005 г. у станции Восток Р. polygenea была обнару-
жена на новом, ранее не отмеченном, виде хозяина - Hemigrapsus
longitarsis.
Наиболее щадящие примеры взаимоотношений паразит-хо-
зяин среди корнеголовых ракообразных, вероятно, наблюдаются
у эктопаразитического Chthamalophilus delagei (Akentrogonida:
Chthamalophilidae) и не колониальных эндопаразитов с одной
экстерной. Такие паразиты наносят меньший ущерб хозяину,
93
Рис. 64. Участок столона Thylacoplethus isaevae, окруженный гемоцитами хозяина
Масштабная линейка: 5 мкм
чем колониальные саккулиниды, пельтогастриды и тем более
томпсониды, но и производят меньшее число личинок.
С другой стороны, отношения колониальных корнеголовых с
хозяином, возможно, включают частичную резорбцию интерны
паразита при недостаточном питании хозяина с использованием
трофических ресурсов интерны не только паразитом, но и хозяи-
ном. На вероятность такого сценария указывает быстрая резорб-
ция участков интерны Polyascus polygenea и Peltogasterella gracilis
при содержании зараженного хозяина без питания в течение не-
скольких дней. Резорбирующиеся части интерны были окруже-
ны множеством гемоцитов хозяина, всегда присутствующих
рядом с интерной паразита этих и других исследованных видов
(рис. 64) и быстро мобилизующихся при малейшем повреждении
интерны.
Итак, корнеголовые паразиты способны долгое время
(в течение нескольких лет), эксплуатировать хозяина, не унич-
тожая его физически, но используя его пищевые ресурсы, сте-
рилизуя хозяина, контролируя его морфологию и поведение и
максимально используя его организм для производства своих
личинок. Такая репродуктивная стратегия многократно увели-
чивает численность личинок паразита, потенциально способ-
ных быстро заразить огромное число здоровых прежде особей
вида-хозяина.
ОСОБЕННОСТИ РЕПРОДУКТИВНОЙ
СТРАТЕГИИ КОЛОНИАЛЬНЫХ
ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ КОРНЕГОЛОВЫХ
Репродуктивная стратегия в широких рамках эволюционно-
экологического подхода понимается как комплекс адаптивных
признаков и черт биологии размножения и развития, затрагива-
ющий уровни организации от субклеточного и клеточного до ви-
дового (Касьянов, 1989; Касьянов и пр., 1997а; Kasyanov, 2001).
Репродуктивная стратегия всех Cirripedia эволюционировала при
переходе высокоорганизованной группы подвижных животных к
сидячему, сверлящему или паразитическому образу жизни, что
сопровождалось глубокими перестройками биологии размноже-
ния и развития. Диапазон этих перестроек очень широк: усоногие
демонстрируют почти все известные варианты репродуктивной
стратегии, за исключением живорождения и прямого развития
(Касьянов и др., 1997а). Регрессивный метаморфоз личинки при
переходе к сидячему образу жизни у предковых форм Cirripedia
определил направление дальнейшей эволюции метаморфоза у
паразитических усоногих в сторону регресса организации ципри-
совидной личинки, уже вторично упрощенной (Касьянов и др.,
1999).
В ходе эволюции усоногих ракообразных произошла редук-
ция абдомена, и у всех ныне современных усоногих проявляется
удивительная особенность организации: морфологическое отсут-
ствие абдоминальных сегментов (Anderson, 1994; Gibert et al.,
2000; Deutsch, Mouchel-Vielh, 2003). Исследование детерминирую-
щих сегментацию тела Яох-генов выявило у представителей усо-
ногих ракообразных, включая Sacculina carcini, отсутствие гена
AbdA, вовлеченного в детерминацию абдоминальных сегментов
(Mouchel-Vielh et al., 1998; Deutsch, Mouchel-Vielh, 2003). Однако у
исследованных представителей усоногих, в том числе личинок
Sacculina carcini, была найдена экспрессия гена engrailed в виде
крохотных полосок между последним, шестым торакальным сег-
ментом и тельсоном, т.е. были найдены молекулярные свиде-
95
Рис. 65. Эктопаразитические представители Thoracica с корневыми отростками
(по: Anderson, 1994)
А - Rhizolepas; Б - Aneplasma\ к - корневые отростки
тельства сохранившегося реликта предкового плана строения те-
ла (Gibert et al., 2000; Deutsch, Mouchel-Vielh, 2003).
На паразитической стадии жизненного цикла корнеголовыми
ракообразными утрачен план строения и весь морфологический
облик предковых свободноживущих форм. Сидячие свободножи-
вущие усоногие раки - гермафродиты; у корнеголовых ракооб-
разных гермафродитизм сменился гонохорией с карликовыми
самцами, редуцированными до сперматогенных клеток - такого
упрощения нет у других многоклеточных животных (Касьянов и
др., 1997а, б, 1999; Kasyanov, 2001).
Многообразие стратегии и тактики размножения, развития,
поведения и других адаптивных изменений ракообразных в пре-
делах подкласса Thecostraca дает возможность проследить целый
эволюционный ряд преобразований, обусловленных паразитиз-
мом. Первичным, по всей вероятности, был эктопаразитизм, и
среди представителей Thoracica найдены эктопаразиты, образую-
щие корневые отростки, которые проникают в тело хозяина, вы-
полняя трофическую функцию (рис. 65). Среди корнеголовых
лишь Chthamalophilus фактически оказывается эктопаразитом,
корневая система замещена у этого рода пузыреобразной струк-
турой, углубленной в тело хозяина (Bocquet-Vedrine, 1961). Близ-
96
кородственные Boschmaella и Bocquetia имеют ветвящиеся корни
внутри организма хозяина (H0eg, 1990, 1992b). Так следующим
шагом в освоении новой экологической ниши стал эндопарази-
тизм не колониальных форм корнеголовых с единственной
экстерной. Приобретение способности к бесполому размноже-
нию и возникновение колониальности представителей семейств
Thompsoniidae, Sacculinidae, Peltogastridae, Polysaccidae - высшая
ступень эволюционного сценария корнеголовых. Варианты
репродуктивной стратегии с образованием одной, нескольких
или множества экстерн обеспечиваются соответствующей интен-
сивностью почкования интерны, что коррелирует с интенсивно-
стью эксплуатации ресурсов организма хозяина.
В процессе бесполого размножения (бластогенеза) в интерне
непрерывно формируются новые зачатки экстерн (индивидов),
что приводит к накоплению в интерне нескольких генераций
индивидов, объединённых в общую систему - колонию. Бесполое
размножение интерны приводит к появлению колониальной
организации, уникальной не только для ракообразных, не только
всего типа членистоногих, но и всей ветви Ecdysozoa (три основ-
ные ветви билатеральных многоклеточных животных,
Deuterostomia, Lophotrochozoa и Ecdysozoa выделены на основе
морфологических и молекулярных данных: Collins, Valentine,
2001; Peterson, Eemisse, 2001; Rieger, Ladurner, 2001).
Бесполое размножение у представителей корнеголовых
ракообразных приводит к образованию настоящих колоний и по-
явлению в жизненном цикле метагенеза - чередования полового
и бесполых поколений (Иванова-Казас, 1979, 1995; Касьянов и
др., 19796) в женской линии (интерна - организм самки). Чередо-
вание поколений встречается у некоторых видов паразитических
и живородящих насекомых, способных к полиэмбрионии на ран-
них стадиях развития (Иванова-Казас, 1979). Бесполое размноже-
ние на ранней эмбриональной стадии развития - полиэмбриония
с появлением вторичных эмбрионов и почкование последних с
возникновением третичных зародышей - уже давно найдено сре-
ди членистоногих у насекомых (см. Hagan, 1951; Иванова-Казас,
1977, 1981; рис. 66). Показано, что у Halictoxenos simplicis перед
развитием вторичных эмбрионов в первичном зародыше возни-
кают вторичные центры пролиферации эмбриональных клеток,
а третичные эмбрионы, возникающие путем почкования вторич-
ных зародышей, соединены друг с другом первичным эмбрио-
нальным эпителием (Hagan, 1951), т.е. возникает временная связ-
ность организации зародышей внутри одного исходного, мате-
ринского яйца. У осы Copidosomafloridanum семейства Encyrtidae,
4. Исаева В.В.
97
Рис, 66. Полиэмбриония у насекомых
А - три вторичных эмбриона Ageniaspis fitsrirollis (по: Иванова-Казас, 1981); три
вторичных эмбриона (Б) и третичные эмбрионы (В) Ihilictoxenos simplicis (по: Hagan, 1951)
зародыши которой паразитируют на моли Trichoplusia ni, в ре-
зультате полного дробления развивается эмбрион стадии мору-
лы, путем клеточной репродукции образующий множество вто-
ричных морул (Corley et al., 2005). Обнаружено, что у Copidosoma
floridanum детерминация касты этих социальных насекомых за-
висит от наличия наследуемых по материнской линии половых
детерминантов, локализованных в одном из бластомеров ранне-
го дробления. Способные к половому размножению осы развива-
ются из яиц, содержащих детерминанты с экспрессией гена vasa,
тогда как бесполые рабочие особи появляются из яиц, лишенных
половой плазмы и детерминантов (Donnell et al., 2004).
Как упоминалось выше, косвенным доказательством колони-
альности некоторых видов корнеголовых служит распределение
числа экстерн, исключающее альтернативную возможность мно-
гократного повторного заражения (Hpeg, Lutzen, 1995), что осо-
бенно убедительно при наличии десятков и даже сотен экстерн
на одном хозяине.
На одном крабе, зараженном Р. polygenea, можно встретить от
1 до 6 (чаще всего 1-2) экстерн (см. рис. 5, А; см. цветную вклейку,
табл. I, А), максимальное число, обнаруженное нами - 8 экстерн.
Число экстерн Р. gracilis (рис. 5, Б) может варьировать, по-ви-
димому, в зависимости от возраста паразита и хозяина, а также
98
условий питания. По данным Хега и Лютцена, общее число най-
денных на одном хозяине экстерн близкородственных видов
Р. sulcata (Lilljeborg, 1859) и Л gracilis составляло от 1 до 30 (Hpeg,
Lutzen, 1995). По нашим данным, обычное число экстерн Р. gra-
cilis на крупных раках-отшельниках составляло 40-50, варьируя
от нескольких (3-11) до максимального числа 63 экстерн, обнару-
женных на одном раке-отшельнике. Малое число экстерн (менее
десяти) наблюдалось лишь в начале сезона полового размноже-
ния, в июле-начале августа, и при содержании раков-отшельни-
ков в аквариальной за два-три дня возрастало до 30-50.
Большое число экстерн, до 120-150 на одном раке-отшельни-
ке Pagurus trigonocheirus, способен образовать Thylacoplethus isae-
vae (рис. 5, В; табл. I В, Г), недавно описанный вид семейства
томпсонид (Rybakov, Shukalyuk, 2004).
Общепринята гомология экстерны телу других Cirripedia,
т.е. рассмотрение экстерны как индивида; колония же как орга-
низм высшего порядка представляет систему таких индивидов,
генетически идентичных клонов. Отличить единую колонию от
нескольких переплетающихся интерн на одном хозяине техниче-
ски признано очень трудным (Hpeg, Lutzen, 1995). Прямые дока-
зательства колониальной организации на паразитической стадии
жизненного цикла корнеголовых весьма скудны. Кратковремен-
ное применение культивирования in vitro участков интерны с
использованием гемолимфы здоровых хозяев в качестве пита-
тельной среды дало возможность прямой прижизненной визуали-
зации колониальной организации интерны этого вида при ее
минимальных повреждениях. Нам впервые удалось получить
фотографическое изображение столоноподобных структур
A polygenea. Р. gracilis и Th, isaevae и непосредственно визуализи-
ровать интегрированность, связность множественных бластозоо-
идов как колониального организма (Исаева и др., 1999, 2003;
Isaeva et al., 2001b; Rybakov, Shukalyuk, 2004; Shukalyuk et al.,
2005b). Колониальная организация наиболее наглядно выявлена
у Peltogasterella gracilis с ее множественными ранними почками и
более развитыми бластозооидами, характерным морфологиче-
ским маркером которых служит наличие эпителизованного
пузырька, заключающего внутри массу недифференцированных
стволовых клеток (рис. 67, 68; см. также выше).
Таким образом, нами визуализирован процесс бесполого раз-
множения Р. gracilis путем почкования без потери связи почек со
столоном, что не оставляет сомнений в колониальной сущности
интерны этого паразита раков-отшельников. Репродуктивная си-
стема Р. gracilis представлена в каждой интерне многочисленны-
4*
99
Рис. 67. Столон с ранними почками и бластозооидами
Peltogasterella gracilis
Масштабная линейка: 100 мкм
Рис. 68. Группа бластозооидов на столоне Peltogasterella gracilis
Масштабная линейка: 100 мкм
100
Рис. 69. Схема колониальной организации Polyascus polygenea с двумя экстерна-
ми на поверхности тела хозяина и интерной, закрепленной на кишке краба-
хозяина
Слева - ранние почки вблизи кишки хозяина, справа - более поздний бластозооид
в процессе развития (Isaeva et al., 2001b)
ми (многими десятками) зачатками индивидов разных стадий раз-
вития. В процессе бесполого размножения (бластогенеза) в ин-
терне непрерывно формируются новые зачатки, что приводит к
накоплению в интерне нескольких генераций индивидов, объеди-
нённых в общую систему - колонию.
Л polygenea свойственны менее протяженные, по сравнению
с Р. gracilis, столоноподобные структуры с почками, располагаю-
щимися компактными группами. Детальное изучение морфоге-
неза почек и их дифференцировки на зачаток экстерны и трофи-
ческую систему (см. выше) дает возможность схематически изо-
бразить общую организацию колонии Р. polygenea (рис. 69) и
отдельных частей интерны в динамике их развития (рис. 70).
У колониальных пельтогастрид каждый трофический модуль
(“ламповая щетка”) приближен к одной из экстерн. У Р. polygenea
с ее немногочисленными экстернами и компактной интерной та-
кую парность модулей труднее установить, однако нами показа-
но, что развивающаяся почка разделяется на два зачатка, экстер-
ны и ее трофической системы (Isaeva et al., 2001b, 2004).
Для типа членистоногих и бесполое размножение, и тем бо-
лее, колониальность совершенно не характерны: полиэмбриония
101
Рис. 70. Схематическое изображение репродуктивных и трофических модулей
интерны Poly ascus polygenea (Shukalyuk et al., 2005b)
A - корни трофической системы; Б - почкующийся столон; В - трофическая систе-
ма и ранние почки; Г - ранний зачаток бластозооида (нуклеус); Д - интерна с развиваю-
щимися зачатками бластозооидов; Е - зачаток бластозооида; Ж, 3 - поздние зачатки экс-
терны; бз - бластозооид; к - корни трофической системы; кт - кутикула; п - ранние
почки; р - рецептакул; ск - стволовые клетки; ст - столон; я - яичник; яв - проток
яйцеводной железы
102
встречается лишь у некоторых насекомых и связана либо с
паразитизмом, либо с живорождением. Паразитирование способ-
ствует выработке репродуктивной стратегии, направленной на
повышение плодовитости, быстрое освоение занятой ниши и
дальнейшую экспансию. Интерна корнеголовых ракообразных,
развивающаяся в гемолимфе полости тела десятиногих раков,
в сущности, представляет собой ткани, культивируемые in vivo,
внутри родственного организма. Поэтому казалось перспектив-
ным культивирование тканей интерны in vitro, вне организма
хозяина, что и было применено нами при исследовании интерны
Polyascus polygenea и Peltogasterella gracilis. Паразитирование и
живорождение у насекомых и паразитирование корнеголовых
ракообразных обеспечивают развитие зародыша в богатой пита-
тельными ресурсами внутренней среде материнского либо родст-
венного организма. Такого рода культивирование интерны
корнеголовых в исключительно благоприятных условиях способ-
ствует клеточной репродукции и экспансии клеток и тканей, по-
тере исходных осевых отношений (Иванова-Казас, 1979), сущест-
венному упрощению строения эндопаразитической интерны.
Снижение уровня интеграции интерны, “культивируемой in vivo”,
в организме другого ракообразного, отсутствие развитого экзо-
скелета приводит к “сбрасыванию оков”, потере плана строения
и таких базовых черт членистоногих, как сегментация. Подавле-
ние формирования экзоскелета в условиях жизни паразитическо-
го организма во внутренней среде родственного хозяина-ракооб-
разного и вероятное частичное подавление линьки выводит
корнеголовых эндопаразитов из рамок ветви линяющих живот-
ных с наружным скелетом, Ecdysozoa. Линька накладывает важ-
ные ограничения на рост и развитие и связана с фундаменталь-
ными отличиями представителей этой ветви многоклеточных
животных от остальных ветвей животного мира (Valentine,
Collins, 2000).
Паразитическая стадия жизненного цикла колониальных
корнеголовых характеризуется весьма выраженной хаотизацией
и фрактализацией интерны (Исаева, 2005). Множество зачатков
экстерн и трофических модулей разных стадий развйтия позволя-
ют рассматривать колониальный организм корнеголовых на па-
разитической стадии как фрактальный (точнее, квазифракталь-
ный) объект, характеризующийся структурным самоподобием
(Исаева, 2005). Фрактальный алгоритм морфогенеза с развитием
множества подобных друг другу трофических и репродуктивных
модулей разного размера и разных стадий развития - рациональ-
ный и экономичный способ на основе относительно небольшой,
юз
сжитой генетической программы (с надстройками ее систем-
ной регуляции) выхода на новый уровень - колониальную орга-
низацию.
Колониальная организация дает возможность восстановле-
ния организации паразита при утрате экстерн и большей части
интерны, возможность переживания неблагоприятных условий,
питания за счет резорбции части колонии. Показано, что коло-
нии гидроидов - целостные модулярные организмы, способные к
саморегуляции, самоорганизации и целесообразным реакциям на
внешние воздействия (Марфенин, 1993, 2002). В природе обычно
сожительство элементов, contract socialis; организм состоит из
подчиненных частей - индивидуальностей; к каждому организму
применима социологическая точка зрения; более того, “всякий
организм есть полумутуалистическое, полу-паразитическое со-
жительство” (Беклемишев, 1994. С. 57). Все это более чем акту-
ально при рассмотрении колониального паразитического орга-
низма корнеголовых.
Предпосылки к развитию колониальности, вероятно, связа-
ны с возможностью разделения частей развивающейся интерны:
как описано для саккулин, клеточная масса ранней интерны слу-
чайным образом может делиться на две части, что приводит к
образованию двух экстерн с общей корневой системой (Delage,
1884; Smith, 1906). Закладка множественных нуклеусов из эпите-
лиальной стенки ранней интерны была описана у не колониаль-
ной, имеющей одну экстерну Sacculina carcini; показано, что поз-
же все эти нуклеусы исчезают, кроме одного, который развива-
ется в половозрелую экстерну (Rubiliani et al., 1982). По нашим
данным, при наличии, как правило, одной экстерны Peltogaster
reticulatus в интерне этого вида имеются дополнительные зачат-
ки экстерн, способные заместить экстерну в случае ее утраты
(в результате линьки хозяина или повреждения экстерны). Веро-
ятно, появление нескольких дополнительных зачатков экстерн,
дающее дополнительные гарантии для успешного прохождения
жизненного цикла паразита - первый этап развития колониаль-
ности. Возможно, у колониальных видов с единственной экстер-
ной и несколькими вторичными почками успешное развитие и
функционирование экстерны ингибирует развитие вторичных
зачатков (Isaeva et al., 2001b). Можно предположить, что у
всех представителей семейств Sacculinidae, Peltogastridae и
Thompsoniidae появились подобные предпосылки для развития
колониальной организации.
По-видимому, в пределах Rhizocephala колониальность возни-
кала независимо, по крайней мере, дважды: у Kentrogonida
104
{Peltogasterella. Polyascus и других видов) и у Akentrogonida
(Thompsonoiidae) (Касьянов и др., 19976). Несомненно, колони-
альность представителей корнеголовых ракообразных вторична
для Arthropoda и всех Ecdysozoa.
Показано, что колониальная интерна Р. gracilis включает ре-
• продуктивную систему, представленную множественными взаи-
мосвязанными бластозооидами, зачатками экстерн и зрелыми
экстернами, и обширную трофическую систему, состоящую из
“ламповых щеток” и проводящих каналов (Исаева и др., 1999;
Шукалюк и др., 2001; Shukalyuk et al., 2005b). Схема Хега и Лютце-
на (Hpeg, Lutzen, 1995, рис. 4) демонстрирует соединение индиви-
дуальных стволов экстерн в тораксе хозяина в пучок случайным
образом ветвящихся корней: “a bundle of randomly branching
rootlets” (Bresciani, Hpeg, 2001). На схеме (Hpeg, Lutzen, 1995)
не показаны трофические модули (“ламповые щетки”) в цефало-
тораксе хозяина, что было обнаружено нами (см. выше). Наши
данные позволяют уточнить колониальную, модульную органи-
зацию интерны Peltogasterella gracilis с множественными элемен-
тами репродуктивной и трофической систем, интегрированными
в единую, связную колонию. Схемы колонии Р, gracilis, а также
подобной модульной организации интерны Р. polygenea и зача-
точной колониальности интерны Peltogaster reticulatus представ-
лены на рис. 71. Множественные экстерны Р, gracilis на поверх-
ности тела хозяина, как и их зачатки в интерне, соединены
“стебельками” - эпителиальными каналами (системой транспор-
та питательных ресурсов) с “ламповыми щетками” и основной
массой всей интерны, являясь составными частями единого коло-
ниального организма, схематично изображенного на рис. 71, Б.
Таким образом, нами визуализировано бесполое размноже-
ние колониальных корнеголовых ракообразных Р. polygenea.
Р. gracilis и Th, isaevae, осуществляемое путем почкования столо-
ноподобных структур интерны (Исаева и др., 1999, 2003; Isaeva et
al., 2001b, 2004; Rybakov, Shukalyuk, 2004; Shukalyuk et al., 2005b).
В процессе бесполого размножения колониальных представите-
лей корнеголовых трубковидный столон практически неограни-
ченно почкуется. Каждая почка с недифференцированными
клетками внутри нее, развиваясь, разделяется на два относитель-
но независимых зачатка: один дает начало трофической системе
каждого индивида колонии, другой - экстерну на поверхности хо-
зяина, размножающуюся половым путем. Число индивидов (почек
и экстерн) в колонии корнеголовых может варьировать, однако
все они постоянно обмениваются трофикой и клеточными
элементами, формируя постоянную колонию в гемоцеле хозяина.
5. Исаева В.В.
105
Рис. 71. Схема строения колониального организма корнеголовых на паразита-
ческой стадии жизненного цикла ”
А - Polyascus polygenea-, Б - Peltogasterella gracilis-, В - Peltogaster reticulatus
106
Столоны Th. isaevae - мощные компактные структуры с мно-
жеством почек. Столоноподобные структуры Р. polygenea значи-
тельно более короткие, и каждая генерация почек представлена
плотной группой нескольких зачатков, столоны Р. gracilis - длин-
ные тонкие эпителиальные трубковидные формы. Подобные
почкующиеся столоны, формирующие ветвящиеся эпителиаль-
ные трубковидные структуры, найдены у других колониальных
многоклеточных животных: Cnidaria, Bryozoa, Tunicata (Berrill,
1961; Иванова-Казас, 1977). Строение колониальных корнеголо-
вых следует рассматривать и описывать, применяя те же подхо-
ды и ту же терминологию, что уже принята для других колони-
альных беспозвоночных. Формообразование при бесполом
размножении принято называть бластогенезом, возникающие
бесполым путем индивиды колонии - бластозооидами, эпители-
альные трубковидные структуры, способные к почкованию -
столонами (Berrill, 1961).
Утверждение о колониальности представителей членистоно-
гих до сих пор вызывает сомнение зоологов. В недавнем обзоре
явлений клональности и колониальности у многоклеточных
животных корнеголовые ракообразные рассматриваются как
аклональные и аколониальные организмы (Blackstone, Jasker,
2003). Аргументация авторов удивительна: корнеголовые при-
знаются аколониальными потому, что экстерна после “спарива-
ния” с циприсовидной личинкой мужского пола производит
потомство половым путем, и новый хозяин колонизируется не
бесполым путем (Blackstone, Jasker, 2003). Но ведь и у книдарий,
мшанок и колониальных хордовых, причисляемых теми же авто-
рами к колониальным и клональным организмам, зооиды коло-
нии подобным же образом, половым путем производят личинок,
дающих начало новой колонии. Нам кажется, что непонимание
в значительной мере обусловлено отсутствием до последнего
времени ясной визуализации колониальной интерны корнеголо-
вых - столона с почками и бластозооидами.
Такие колониальные представители корнеголовых, как
Р. gracilis, Р. polygenea, Th. isaevae, клональны по принятому
определению - как организмы, размножающиеся бесполым пу-
тем (почкованием) и продуцирующие генетически идентичные
бластозооиды (Buss, 1983; Blackstone, Jasker, 2003). Клональные
индивиды возникают путем бластогенеза, иначе именуемого
соматическим эмбриогенезом (Токин, 1959; Buss, 1990), из ство-
ловых клеток.
Специфическая особенность, отличающая колонии корнего-
ловых от колоний кишечнополостных, мшанок, асцидий и других
5*
107
колониальных животных - исключительно женский пол колоний
Rhizocephala. Самцы у корнеголовых ракообразных на паразити-
ческой стадии жизненного цикла редуцированы до сперматоген-
ных клеток, “культивируемых” в экстерне после внедрения
личинками мужского пола. У корнеголовых ракообразных на-
блюдается криптогонохоризм с предельно выраженной формой
полового диморфизма (Касьянов и др., 1997а). Карликовость сам-
цов, редуцируемых до линии половых клеток, гарантирует опло-
дотворение продуцируемых экстерной яйцевых клеток. Общей
же особенностью экологиц колониальных животных оказывает-
ся прикрепленный, седентарный (либо пелагический - вторично)
образ жизни, для корнеголовых - седентарный образ жизни
внутри организма хозяина.
В жизненном цикле таких колониальных животных, как
Cnidaria, Bryozoa, Tunicata, половое размножение составляет хотя
и важный в генетическом отношении, но краткий эпизод (Ивано-
ва-Казас, 1996). Эволюция колониальных животных происходит
путем наследственных изменений, контролирующих процессы
бластогенеза и кормогенеза. Преобразования бластогенеза
играют в эволюции не меньшую роль, чем преобразования эмб-
риогенеза. Благодаря бесполому размножению и формированию
колоний живые системы могут переходить с одного конструктив-
ного уровня на другой, более высокий. На этом постулате бази-
руются и гипотезы происхождения Metazoa от колониальных
простейших, и учение об организменной целостности кормусов -
колоний многоклеточных животных (Беклемишев, 1964; Ивано-
ва-Казас, 1996). В жизненном цикле колониальных животных
одно поколение оозооида (индивида, развившегося из яйца) чере-
дуется с множеством поколений бластозооидов (развившихся
бесполым путем); соответственно происходит чередование мор-
фогенетических процессов - эмбриогенеза и бластогенеза. Ран-
ние стадии эмбриогенеза, как правило, единообразны ввиду
монофилии Metazoa. В бластогенезе животных разных таксонов
такого единообразия нет, потому что бесполое размножение воз-
никало у многоклеточных животных неоднократно и независи-
мо. Стимулом для начала бесполого размножения служат факто-
ры, вызывающие понижение общего уровня интеграции организ-
ма, а затем изменения становятся генетически контролируемыми
(Иванова-Казас, 1996).
Строение ранней почки корнеголовых (рис. 43, 70, Г) сходно
с организацией почек других колониальных организмов, а также
бластоцисты млекопитающих. Такие почки, как и бластоциста
млекопитающих, окружены эпителиальным листком, производ-
ив
ные которого выполняют трофическую либо иную вспомога-
тельную функцию, и заключают внутри компактную массу не-
дифференцированных тотипотентных (по крайней мере, мульти-
потентных) стволовых клеток. Как полагал Бриан (1968), в поч-
ке асцидий реализуется гаструла, однако попытки соотнести
составные части ранних почек при бластогенезе с зародышевы-
ми листками в эмбриогенезе не кажутся успешными (см. Ивано-
ва-Казас, 1977). В процессе бластогенеза у исследованных беспо-
звоночных, как правило, решающую роль играют резервные,
стволовые клетки.
Стволовые клетки колониальных корнеголовых впервые
обнаружены и исследованы нами. Стволовые клетки найдены в
столонах и почках Л polygenea (Isaeva et al., 2001b, 2004; Shukalyuk
et al., 2005b, 2007), P. gracilis (Шукалюк и др., 2001; Shukalyuk et
al., 2005b, 2007) and Th. isaevae (Rybakov, Shukalyuk, 2004). Внутри
каждой почки столона формируется компактный кластер недиф-
ференцированных стволовых клеток, такие же клетки поодиноч-
ке мигрируют внутри столона. По нашим данным, стволовые
клетки корнеголовых обладают морфологическими чертами,
общими для эмбриональных, стволовых и половых клеток дру-
гих многоклеточных животных: высоким ядерно-цитоплазмати-
ческим отношением, крупным ядром с деконденсированным хро-
матином, крупным ядрышком, тонким ободком интенсивно базо-
фильной цитоплазмы с детерминантами зародышевой (половой)
плазмы характерной ультраструктурной морфологии. После
формирования зачатков бластозооидов стволовые клетки мигри-
руют в развивающийся яичник будущей экстерны, становясь пер-
вичными половыми клетками (Isaeva et aL, 2004; Shukalyuk et al.,
2005b). Таким образом, тотипотентные стволовые клетки коло-
ниальных корнеголовых служат предшественниками как сомати-
ческих, так и половых клеток, и тем самым обеспечивают их
уникальную для представителей членистоногих животных репро-
дуктивную стратегию с реализацией бесполого и полового
размножения.
Мы полагаем, что эмбриональные стволовые клетки корне-
головых ракообразных, инъецируемые в тело краба-хозяина
циприсовидной личинкой, репродуцируются, сохраняя свою
тотипотентность, и в столонах интерны паразита. Вероятно,
они затем способны давать две независимые клеточные линии:
соматическую и половую. Мультипотентные стволовые клетки
сомы, разделяясь на две клеточные популяции, дают начало всем
тканям интерны и соматическим тканям экстерны. Первичные
половые клетки мигрируют в развивающийся яичник зачатка
109
тск
Рис. 72. Предполагаемая схема последовательности репродукции и дифферен-
циации стволовых клеток колониальных корнеголовых
кпл - клетки половой линии; мск - мультииотситпые стволовые клетки; ппк - пер-
вичные половые клетки; ски - соматические клетки интерны; скэ - соматические клетки
экстерны; тск - тотипотентные стволовые клетки
экстерны и заселяют его. Предполагаемая схема формирования
клеточных линий у колониальных представителей корнеголовых
ракообразных представлена на рис. 72.
Репродуктивная стратегия многоклеточных животных может
включать как половое, так и бесполое размножение. У размно-
жающихся лишь половым путем организмов в раннем эмбриоге-
незе отделяется линия первичных половых клеток, сохраняющих
тотипотентность и дающих начало гаметам, способным к разви-
тию всех типов клеток организма следующего поколения (Wylie,
1999; Raz, 2000). Эмбриональные стволовые клетки позвоноч-
ных - плюрипотентные клетки раннего эмбриона - способны
дать широкий спектр типов дифференцированных клеток; тоти-
потентные эмбриональные стволовые клетки могут дать начало
всем клеточным линиям организма, включая линию половых
клеток. В клетках половой линии присутствуют специфические
детерминанты в виде гранулярно-фибриллярного материала -
герминальные гранулы. Молекулы, локализованные в гранулах
110
половой плазмы, в частности, продукты гена vas(a) или его
гомологов, вовлечены в детерминацию клеток половой линии
(см. выше).
У беспозвоночных животных, способных к бластогенезу, не
происходит раннего выделения линии половых клеток (Pancer et al.,
1995; Buss, 1999), тогда как линия тотипотентных (по крайней ме-
ре, мультипотентных) стволовых клеток поддерживается мито-
тическим делением в течение всей жизни индивида или колонии
(Shibata et al., 1999; Mochizuki et al., 2001; Weissman, 2000). Тотипо-
тентные стволовые клетки обеспечивают бесполое и половое
размножение, оказываясь предшественниками и половых, и всех
соматических клеток, что наиболее убедительно продемонстри-
ровано на планариях (см. Shibata et al., 1999; Isaeva et al., 2005).
Сведения о стволовых клетках большинства колониальных
беспозвоночных неполны, а для некоторых таксонов отсутству-
ют. Необласты размножающихся бесполым путем планарий -
классические тотипотентные клетки типичной морфологии, спо-
собные дифференцироваться в половые и соматические клетки
(Shibata et al., 1999; Orii et al., 2005). По нашим данным, необлас-
ты планарий Dugesia tigrina способны дифференцироваться в га-
меты и обладают общими для клеток стволовой и половой линии
морфологическими чертами (Isaeva et al., 2005), отмеченными для
стволовых и первичных половых клеток колониальных корнего-
ловых. Способность стволовых клеток дифференцироваться в
половые клетки позволяет рассматривать их как тотипотент-
ные - вне зависимости от широты спектра их соматических
производных.
Герминальные гранулы найдены в тотипотентных стволовых
клетках (необластах) планарий (см. Shibata et al., 1999; Isaeva et al.,
2005), больших интерстициальных клетках гидроидов (Noda,
Kanai, 1977; Mochizuki et al., 2001; Akhmadieva et al., 2005) и ство-
ловых клетках колониальных корнеголовых ракообразных
(Shukalyuk et al., 2005). У планарий (см. Shibata et al., 1999), гидры
(см. Mochizuki et al., 2001) и колониального корнеголового рако-
образного Poly ascus polygenea (Shukalyuk et al., 2005b) показано
присутствие продукта гомолога гена vasa, вовлеченного в де-
терминацию тотипотентности клеток, не только в клетках
половой линии, но и в тотипотентных стволовых клетках. В цито-
плазме некоторых стволовых клеток ранних почек колониаль-
ной асцидии Botryllus tuberatus нами найдены небольшие электрон-
но-плотные тела, контактирующие с ядерной оболочкой, сход-
ные не с крупными герминальными гранулами перечисленных
представителей беспозвоночных, но с мелким, дисперсным
111
грппулмрпым материалом nuage, нередко встречающимся у по-
1ПОПОЧПЫХ.
Мы впервые применили цитохимическое выявление актив-
ности щелочной фосфатазы - хорошо известного маркера эмб-
риональных стволовых клеток и первичных половых клеток
млекопитающих и других позвоночных для идентификации
стволовых клеток беспозвоночных животных. В цитоплазме
стволовых клеток исследованных видов колониальных корне-
головых ракообразных (Исаева и др., 2003; Shukalyuk et al.,
2005b), а также в интерстициальных и гениальных клетках ко-
лониального гидроида Obelia lont>issinia (Akhmadieva et al., 2005)
и гемобластах колониальной асцидии Botryllus tuberatus нами
выявлен высокий уровень активности щелочной фосфатазы,
сопоставимый с таковым культивируемых эмбриональных
стволовых клеток мыши, использованных в качестве стандарт-
ного “эталона”.
Таким образом, нами получены свидетельства общности и
эволюционного консерватизма исследованных морфологических
и функциональных характеристик тотипотентных стволовых
клеток представителей столь различных таксонов многоклеточ-
ных животных, как книдарии, турбеллярии, корнеголовые рако-
образные и хордовые (Isaeva et al., 2001b, 2004; Akhmadieva et al.,
2005; Shukalyuk et al., 2005b, 2007; Исаева и др., 2007), что согла-
суется с молекулярно-биологическими данными зарубежных ис-
следователей (см. Исаева и др., 2007). У беспозвоночных с беспо-
лым размножением стволовые клетки тотипотентны и тем
самым подобны половым. Подобны их общая морфология,
включающая и ультраструктурный уровень (герминальные
тела), экспрессия vasa, активность щелочной фосфатазы и, веро-
ятно, теломеразная активность, обеспечивающие тотипотент-
ность и потенциальное бессмертие этих клеток. Активность
теломеразы, защищающей хромосомы стволовых клеток от не-
дорепликации и фатального укорачивания, характерна для кле-
ток половой линии позвоночных и показана также для самообно-
вляющихся клеток эмбрионов, гонад и ранних почек колониаль-
ной асцидии Botryllus schlosseri (Laird, Weissman, 2004).
При дифференцировке соматических клеток из необластов
планарий (Shibata et al., 1999) и интерстициальных клеток гидро-
идов (Noda, Kanai, 1977) герминальные (хроматоидные, или плот-
ные) тела исчезают, что свидетельствует об их “охраняющей”
тотипотентность функции (Shibata et al., 1999; Mochizuki et al.,
2001). В процессе же оогенеза герминальные тела преображают-
ся морфологически, но не исчезают в линии женских половых
112
клеток на протяжений всего жизненного цикла. Непрерывность
наследуемого по материнской линии материала зародышевой
плазмы в жизненном цикле установлена для дрозофилы, лягуш-
ки и нематоды (см. Mahowald, 1971, 2001; Ikenishi, 1998).
Итак, литературные и наши собственные данные свидетель-
ствуют об эволюционном консерватизме и общности исследован-
ных морфологических и функциональных характеристик клеток
половой линии и тотипотентных (или мультипотентных) стволо-
вых клеток, а также субклеточных и молекулярных основ тоти-
потентности и потенциального бессмертия стволовых и половых
клеток Metazoa от книдарий до хордовых. Эмбриональные ство-
ловые клетки млекопитающих в клеточной культуре подобны
тотипотентным стволовым клеткам корнеголовых или других
размножающихся бесполым путем животных. У паразитических
корнеголовых стволовые клетки “культивируются” в питатель-
ной среде гемолимфы родственного организма хозяина, а у сво-
бодно живущих беспозвоночных - в собственном организме.
Половые и тотипотентные стволовые клетки - привилегирован-
ные, “хищные” клетки, склонные к “агрессии” и “паразитизму”,
как это показано на колониальных асцидиях (Pancer et al., 1995;
Stoner, Weissman, 1996; Laird, De Tomaso, 2004/2005). Эти клетки
способны к конкуренции и подвержены естественному отбору у
химерных организмов, например, химерных колоний асцидий
(Stoner et al., 1999; Buss, 1999; Weissman, 2000; Laird et al., 2005).
Оба типа клеток способны к обширным миграциям в пределах
организма и “хомингу” с конечной локализацией в гонадах или
местах бесполого размножения и регенерации. Первичные поло-
вые клетки, как известно, появляются вдали от будущей гонады,
затем мигрируют в ее соматическую часть, где становятся зрелы-
ми половыми клетками (Saffman, Lasko, 1999; Kunwar, Lehmann,
2003). Тотипотентные клетки колониальных беспозвоночных
мигрируют по столону, а у одиночных организмов, способных к
бесполому размножению (плоских червей) - к раневой поверхно-
сти после деления или повреждения.
Несмотря на детерминированный характер дробления, поло-
вой зачаток у усоногих, в отличие от других ракообразных
(рис. 73), не выявляется на ранних стадиях (Anderson, 1973; Касья-
нов и др., 1998). У Sacculina carcini описано полное гомоквадрант-
ное дробление (Bocquet-Vedrine, 1964), однако у Peltogasterella
socialis {Peltogasterella gracilis) полное и равномерное дробление
становится в дальнейшем дискоидальным (Shirase, Yanagimachi,
1957). Как полагает Иванова-Казас (1979), гомоквадрантность
дробления - исходная примитивная черта, тогда как описанные у
ИЗ
Рис. 73. Дробление Holopedium gibberuni
(по: Anderson, 1973, Иванова-Казас, 1979)
ппк - примордиальная половая клетка
(A-В) и Sacculina carcini (Г, Д)
Рис. 74. Дробление Poly ascus polygenea
А - стадия двух бластомеров; Б - четыре бластомера; В - последующее дробление;
я - ядра бластомеров, рядом с которыми видны герминальные тела (цитохимическое
выявление активности щелочной фосфатазы).
Масштабная линейка: 50 мкм
Sacculina carcini признаки радиальности дробления (Bocquet-
Vedrine, 1964) - новоприобретение.
Дробление Р. polygenea на стадии четырех бластомеров не не-
сет признаков радиальности, ромбоидное расположение бласто-
меров типично для членистоногих и Ecdysozoa (рис. 74, Б;
табл. II, Д). Дальнейшее дробление равномерное, наиболее заме-
чательно присутствие крупных герминальных телец, располо-
женных вблизи ядра во всех или большинстве бластомеров
(рис. 74, В; см. цветную вклейку, табл. II, Е). Герминальные тела
114
интенсивно окрашиваются в результате проведения цитохимиче-
ской реакции, выявляющей активность щелочной фосфатазы.
В герминальных телах бластомеров Р. polygenea была обнаруже-
на также локализация продукта гомолога гена vasa. Таким обра-
зом, у Р. polygenea радикально изменилось раннее развитие по
сравнению с типичными представителями членистоногих и всех
Ecdysozoa: исчезло детерминированное дробление, большинство
бластомеров несут зародышевые детерминанты с локализован-
ным в них продуктом гомолога гена vasa.
Проследить судьбу зародышевых листков после метаморфо-
за корнеголовых не представляется возможным (Иванова-Казас,
1979; Касьянов и др., 1998). У личинок корнеголовых, как и на па-
разитической стадии жизненного цикла, отсутствуют даже следы
пищеварительной системы (Касьянов и др., 1998). У корнеголо-
вых ракообразных реализуется “катастрофический метаморфоз
в иной до неузнаваемости взрослый организм” (Касьянов и др.,
1999). Этот организм размножается половым путем, и потому на-
зван взрослым, однако морфофункциональная организация эндо-
паразитической интерны колониальных корнеголовых несет
множество признаков слабо дифференцированной эмбриональ-
ной стадии и пул резервных, стволовых клеток. “Подготавливае-
мое под покровом циприсовидной личинки разрушение ее орга-
низации в ходе метаморфоза в дефинитивное животное -
это позднее приобретение онтогенеза” (Касьянов и др., 1999).
Зиготы корнеголовых развиваются в сегментированных под-
вижных личинок типичного для усоногих ракообразных плана
строения. Науплии Rhizocephala очень похожи на науплиев
остальных Cirripedia (Walossek et al., 1996; Касьянов и др., 1998).
Единообразие строения науплиев свидетельствует об общности
происхождения всех усоногих ракообразных и сходстве условий
обитания науплиев как пелагических организмов (Касьянов и др.,
1998). Последующий метаморфоз ведет к утрате индивидуально-
сти одиночного организма, его систем органов и сегментации у
личинок женского пола. Метаморфоз личинок мужского пола
редуцирует их в еще большей степени - до состояния популяции
сперматогенных клеток, культивируемых в экстерне женского
организма (иначе говоря, паразитирующих в женском организме
паразита). Подобным образом у колониальных асцидий зиготы
развиваются с образованием подвижных личинок-головастиков
типичного для хордовых плана строения, утрачиваемого в ходе
метаморфоза вместе с индивидуальностью, нервной, кишечной
и кардиоваскулярной системой личинки (Pancer et al., 1995; Stoner
et al., 1999). Колония асцидий рода Botryllus состоит из десятков и
115
половое размножение
Рис. 75. Жизненный цикл корнеголового Peltogasterella gracilis
сотен модулярных единиц, морфологически и генетически иден-
тичных бластозооидов. Колониальный организм корнеголового
на паразитической стадии жизненного цикла состоит из множест-
ва бластозооидов, каждый из которых имеет два морфофункци-
онально различных модуля: репродуктивный (экстерна на по-
верхности тела хозяина или ее зачаток в составе интерны) и тро-
фический как часть интерны.
Репродуктивная стратегия колониальных ракообразных, как
показано нами на Polyascus polygenea. потенциально вовлекает
трехступенчатый каскад размножения: бесполое размножение
путем почкования столона интерны, многократное образование
одной или множественных экстерн и повторные циклы полового
размножения каждой экстерны, что ведет к появлению огромно-
го числа личинок и заражению значительной доли популяции
хозяина (Корн и др., 2004; Shukalyuk et al., 2005b). В таком случае
каскад репродукции, эволюционно выработанный у корнеголо-
вых паразитов с относительно низкой степенью вероятности об-
ретения хозяина, иногда оборачивается вымиранием популяции
хозяина вместе с паразитом.
“Глубина и неожиданность решений стратегического харак-
тера, стоявших в эволюции перед репродуктивной биологией
Cirripedia, в сочетании с каждодневной тактической гибкостью
репродуктивных процессов в этой группе обеспечили ее процве-
тание в океане. Cirripedia показывают возможность движения
вверх по лестнице, идущей вниз” (Касьянов и др., 19976, с. 342).
Все это в максимальной мере выражено у корнеголовых рако-
образных.
116
“У Rhizocephala разрушен весь предковый репродуктивный
облик” (Касьянов и др., 19976. С. 341). Уникальный жизненный
цикл и уникальная репродуктивная стратегия корнеголовых
(рис. 75) вовлекают глубокую реорганизацию раннего развития,
метаморфоза циприсовидных личинок обоего пола, предельно
выраженный половой диморфизм, утрату на паразитической ста-
дии морфологии и плана строения типичных членистоногих,
а также радикальную перестройку типичной для членистоногих
репродуктивной стратегии с детерминированным развитием,
ранним обособлением половой линии клеток, отсутствием беспо-
лого размножение, и тем более, колониальности.
Клеточной основой репродуктивной стратегии Rhizocephala,
включающей половое и бесполое размножение, служит самооб-
новляющийся резерв тотипотентных стволовых клеток.
Литература
Беклемишев В.Н. Основы сравнительной анатомии беспозвоночных;
М.: Наука. 1964.437 с. >
Беклемишев В.Н. Методология систематики. М.: КМК, 1994. 212 с.
Бриан П. Бластогенез и гаметогенез // Происхождение и развитие поло-
вых клеток в онтогенезе позвоночных и некоторых беспозвоноч-
ных. Л., 1968. С. 17-67.
Иванова-Казас О.М. Бесполое размножение животных. Л.: Изд-во ЛГУ,
1977. 240 с.
Иванова-Казас О.М. Сравнительная эмбриология беспозвоночных
животных. Членистоногие. М.: Наука, 1979. 224 с.
Иванова-Казас О.М. Сравнительная эмбриология беспозвоночных
животных: Неполноусые. М.: Наука, 1981. 208 с,
Иванова-Казас О.М. Сравнительная эмбриология животных. СПб.:
Наука, 1995. 565 с.
Иванова-Казас О.М. Бластогенез, кормогенез и эволюция // Биология
моря. 1996. Т. 22, № 5. С. 285-294.
Исаева В.В. Синергетика для биологов: Вводный курс. М.: Наука, 2005.
158 с.
Исаева В.В., Долганов С.М., Шукалюк Л.И. Корнеголовые ракообраз-
ные - паразиты промысловых крабов и других десятиногих //
Биология моря. 2005. Т. 31, № 4. С. 256-261.
Исаева В.В., Рыбаков А.В., Касьянов BJI. Выявление in vitro колони-
альной организации интерны корнеголовых ракообразных
Peltogasterella gracilis и Sacculina polygenea // Докл. РАН. 1999.
Т. 366, № 6. С. 840-842.
Исаева В.В., Реунов А.А. Половая плазма и детерминация линии поло-
вых клеток: роль митохондрий // Биология моря. 2001. Т. 27, № 4.
С. 231-237.
Исаева В.В., Шукалюк А.И., Ахмадиева А.В. Стволовые клетки беспо-
звоночных животных с репродуктивной стратегией, включающей
бесполое размножение // Там же. Т. 33, № 1. С. 3-10.
Исаева В.В., Шукалюк А,И., Кизилова Е.А. Выявление стволо-
вых клеток в колониальной интерне корнеголовых ракообраз-
ных Peltogasterella gracilis и Sacculina polygenea на паразитической
стадии жизненного цикла // Цитология. 2003. Т. 45, № 8.
С. 758-763.
Касьянов В.Л. Репродуктивная стратегия морских двустворчатых
моллюсков и иглокожих. Л.: Наука, 1989. 179 с.
118
Касьянов ВЛ., Корн О.М., Рыбаков А.В. Репродуктивная страте-
гия усоногих ракообразных. 1. Половой диморфизм, репродук-
тивная система, гаметогенез // Биология моря. 1997а. Т. 23, № 5.
С. 263-274.
Касьянов ВЛ., Корн О.М., Рыбаков А.В. Репродуктивная стратегия
усоногих ракообразных. 2. Бесполое размножение, плодовитость,
репродуктивные циклы // Там же. 19976. Т. 23, № 6. С. 337-344.
Касьянов ВЛ., Корн О.М., Рыбаков А.В. Репродуктивная стратегия
усоногих ракообразных. 3. Эмбриональное развитие и ранние
личинки // Там же. 1998. Т. 24, №5. С. 269-277.
Касьянов ВЛ., Корн О.М., Рыбаков А.В. Репродуктивная стратегия
усоногих ракообразных. 4. Циприсовидные личинки, метаморфоз,
оседание //Там же. 1999. Т. 25, № 1. С. 3-12.
Корн О.М., Рыбаков А.В., Кашенко С.Д. Развитие личинок корнеголо-
вого рака Sacculina polygenea II Там же. 2000. Т. 26, № 5. С. 353-356.
Корн О.М., Рыбаков А.В., Хег Й.Т. Развитие личинок корнеголового
рака Peltogasterella gracilis Ц Там же. 1999. Т. 25, № 2. С. 127-128.
Корн О.М., Шукалюк А.И., Трофимова А.В., Исаева В.В. Репродуктив-
ная стадия жизненного цикла корнеголового ракообразного
Poly ascus (Sacculina) polygenea (Crustacea: Cirrripedia) // 2004. T. 30,
№ 5. C. 380-392.
Марфенин И.Н. Феномен колониальности. M.: Изд-во МГУ, 1993. 239 с.
Марфенин Н.Н. Нецентрализованная саморегуляция целостности коло-
ниальных организмов // Журн, общ. биологии. 2002. Т. 63, № 1.
С. 26-39.
Рыбаков А.В. Подтип ракообразные - Crustacea Briinnich, 1772. Введе-
ние // Биота российских вод Японского моря / Гл. ред. Касья-
нов ВЛ. Владивосток: Дальнаука, 2004. Т. 1: Ракообразные (ветви-
стоусые, тонкопанцирные, мизиды, эвфаузиды) и морские пауки.
С. 6-15.
Селин И.И. Рейсовый отчет по плану экспедиционных исследований не-
доиспользуемых и малоизученных объектов и районов промысла
Дальневосточных морей и контрольному лову на 1998 г. // ТИНРО.
Научный архив. № 22940, 1998.
Слизкин А.Г., Сафронов С.Г. Промысловые крабы прикамчатских вод.
Петропавловск-Камчатский: Северная Пацифика, 2000. 180 с.
Смит Дж. Математические идеи в биологии. М.: УРСС, 2005. 176 с.
Токин Б.П. Регенерация и соматический эмбриогенез. Л.: Изд-во
ЛГУ. 1959.
Шукалюк А.И. Организация интерны Sacculina polygenea (Crustacea:
Rhizocephala) // Биология моря. 2002, Т. 28, № 5. С. 366-371.
Шукалюк А.И., Байбородин С.И., Исаева В.В. Организация интерны
корнеголового ракообразного Peltogasterella gracilis // Там же. 2001.
Т. 27, № 2. С. 134-137.
Шукалюк А.И., Исаева В.В. Прижизненное и гистологическое исследо-
вание организации интерны корнеголового рака Sacculina polyge-
nea Ц Там же. 2000. Т. 26, № 3. С. 200-202.
119
Agata K.t Watanabe K. Molecular and cellular aspects of planarian regenera-
tion // Cell Develop. Biol. 1999. Vol. 10. P. 377-383.
Akhmadieva A.V., Shulalyuk A.L, Isaeva V.V. Interstitial cells in reproductive
strategy of colonial hydroid Obelia longissima I I Mol. Biol. Cell. 2005.
Vol. 16, N 11, supplement: P. 752a. The American Society for Cell
Biology. 45th Annual Meeting (San Francisco, December, 2005).
Anderson D.T. Embryology and phylogeny in annelids and arthropods. Oxford
etc.: Pergamon press. 1973. 495 p.
Anderson D.T. Barnacles: Structure, function, development and evolution.
L. etc.: Chapman and Hall, 1994. 387 p.
Baguna J., Salo E., Auladeli C. Regeneration and pattern formation in planari-
ans. Ill, Evidence that neoblasts are totipotent stem cells and the source
of blastema cells //Development. 1989. Vol. 107. P. 77-86.
Berrill NJ. Growth, development, and Pattern. San Francisco; L.: Freeman,
1961. 556 p.
Bhuiyan N.I., Shafiq S.A. The differentiation of the posterior pole-plasm in the
housefly Musca vicina Macquart // Exp. Cell Res. 1959. Vol. 16.
P. 427-429.
Blackstone N.W., Jasker B.D. Phylogenetic consideration of clonality, coloniali-
ty, and mode of germline development in animals // J. Exp. Zool. 2003.
Vol. 287B. P. 35-47.
ВосдиеГ-Vedrine J. Monographic de Ch lamalophilus delagei J. Bocquet-
Vedrine, rhizocephalan parasite de Chtamalus stellatus (Poli) // Cah.
Biol. Mar. 1961. Vol. 2. P. 455-593.
Bocquet-Vedrine J. Embryologie prScose de Sacculina carcini I I Zool. Meded.
1964.T. 39. P. 1-11.
BoQ/wer-Vedrine J., Parent J. Organogenese secondaire du Crustace
Rhizocephale Boschmaella balani (J. Bocquet-Vedrine) parasite de
Balanus improvisus Darwin // Arch. Zool. Exp. Gen. 1972. T. 113. N 1.
P. 109-128.
BoudetN., Aubourg S., Toffano-Nioche C. et al. Evolution of intron/exon struc-
ture of DEAD helicase family genes in Arabidopsis, Caenorhabditis and
Drosophila // Genome Res. 2001. Vol. I I. P. 2101-2114.
Bower S.M., Sloan N.A. Morphology of the externa of Briarosaccus callosus
Boschma (Rhizocephala) and the relationship with its host Lithodes
aequispina Benedict (Anomura) // J. Parasitol. 1985. Vol. 71. P. 455-463.
Bresciani J., Hfieg J. Comparative ullrastructure of the root system in rhizo-
cephalan barnacles (Crustacea: Cirripedia: Rhizocephala) Ц J. Morphol.
2001. Vol. 249, N l.P. 9-42.
Buss L.W. Evolution, development, and the units of selection // Proc. Nat. Acad.
Sci. US. 1983. Vol. 80. P. 1387-1391.
Buss L.W. The evolution of individuality. Princeton: Princeton Univ, press, 1990.
Buss L.W. Slime molds, ascidians and the utility of evolutionary theory // Proc.
Nat. Acad. Sci. US. 1999. Vol. 96. P. 8801-8803.
Castrillon D.H., Quade В J., Wang ТУ. et al. The human VASA gene is specif-
ically expressed in the germ cell lineage // Ibid. 2000. Vol. 97.
P. 9585-9590.
120
Chiquoine A.D. The identification, origin and migration of the primordial germ
cells of the mouse embryo // Anat. Rec. 1954. Vol. 118. P. 135-146.
Collins A.G., Valentine J.W. Defining phyla: evolutionary pathways to meta-
zoan body plan I I Evol. Develop. 2001. Vol. 3. P. 432-442.
Corley L.S., White MA., Strand M.R. Both endogenous and environmental
factors affect embryo proliferation in the polyembryonic wasp Copidosoma
floridanum // Ibid. 2005. Vol. 7. P. 115-121.
Cruz J. de la, Kressler D., Linder P. Unwinding RNA Saccharomyces cerevisiae:
DEAD-box proteins and related families // TIBS. 1999. Vol. 24.
P. 192-198.
Dawkins R. Parasites, desiderata list and the paradox of the organism //
Parasitology. 1990. Vol. 100. P. 863-873.
DawydoffC. Traite d’embryology сотрагёе des invert£br£s. P.: Masson. 1928.
P. 451—453.
Day J.H. The life-history of Sacculina // Quart. J. Microsc. Sci. 1935. Vol. 77,
pt 4. P. 549-583.
Delage Y. Sur la Sacculine interne, nouveau stade du developpement de la
Sacculina carcini I IC. r. Acad. sci. 1883. Vol. 97, N 19. P. 1012-1014.
Delage Y. Evolution de la Sacculine (Sacculina carcini Thomps.), Crustace
endoparasitaiie de 1’ordre nouveau des Kentrogonides I I Arch. Zool. Exp.
Gen. Ser. 2. Vol. 2. P. 417-736.
Deutsch J.S., Mouchel-Vielh E. Hox genes and the crustacean body plan //
BioEssays. 2003. Vol. 25. P. 878-887.
Donnell D.M., Corley L.S., Chen G., Strand M.R. Caste determination in a
polyembryonic wasp involves inheritance of germ cells // Proc. Nat. Acad.
Sci. US. 2004. Vol. 101. P. 10095-10100.
Eddy E.M. Germ plasm and the differentiation of the germ cell line // Intern.
Rev. Cytol. 1975. Vol. 43. P. 229-280.
Fabioux C., Huvert A., belong C. et al. Oyster vova-like gene as a marker of the
germline cell development in Crassostrea gigas // BBRC. 2004. Vol. 320.
P. 592-598.
Frank U., Rabinowitz C., Rinkevich P. In vitro establishment of continuous cell
cultures and cell lines from ten colonial cnidarians // Mar. Biol. 1994.
Vol. 120. P. 491-499.
Fujimura M., Takamura K. Characterization of an ascidian DEAD-box gene,
Ci-DEAD1\ specific expression in the germ cells and its mRNA localiza-
tion in the posterior-most blastomeres in early embryos // Develop. Genes
Evol. 2000. Vol. 210. P. 64-72.
Fujiwara Y., Komiya T., Kawabata H. et al. Isolation of a DEAD-family protein
gene that encodes a murine homolog of Drosophila vasa and its specific
expression in germ cell lineage //Proc. Nat. Acad. Sci. US. 1994. Vol. 91.
P. 12258-12262.
Gibert J.-M., Mouchel-Vielh E., Queinnec E., Deutsch J.S. Barnacle duplicate
engrailed genes: divergent expression patterns and evidence for a vestigial
abdomen Ц Evol. Develop. 2000. Vol. 2. P. 194-202.
Glenner H. Cypris metamorphosis, injection and earliest internal development
of the rhizocephalan Loxothylacus panopei (Gissler) (Crustacea:
121
Cirripedia: Rhizocephala: Sacculinidae) // J, Morphol. 2001. Vol. 249.
P. 43-75.
Glenner H., Hfieg J.T. A new motile, multicellular stage involved in host inva-
sion by parasitic barnacles (Rhizocephala) // Nature. 1995. Vol. 377.
P. 147-149.
Glenner H., Hfieg J.T., O'Brien J J., Sherman T.D. Invasive vermigon stage in
the parasitic barnacles Loxothylacus texanus and L. panopaei
(Sacculinidae): closing of the rhizoccphalan life cycle // Mar. Biol. 2000.
Vol. 136. P. 249-257.
Glenner H., Lutzen/., Takahashi T. Molecular and morphological evidence for
a monophyletic clade of asexually reproducing Rhizocephala: Polyascus,
new genus (Cirripedia) // J. Crust. Res. 2003. Vol. 23. P. 548-557.
Gschwentner R., Ladurner P., Nimeth K., Rieger R. Stem cells in a basal
bilaterian. S-phase and mitotic cells in Convolutriloba longifissura Ц Cell
Tissue Res. 2001. Vol. 304. P. 401-408.
Hagan H.R. Embryology of the viviparous insects. N.Y.: The Ronald press,
1951.472 p.
Hall PA., Woods A.L. Immunohistochemical markers of cellular proliferation:
achievements, problems and prospects // Cell Tissue Kinet. 1990. Vol. 23.
P. 23-55.
Hartnoll R.G. The effect of sacculinid parasites on two Jamaican crabs //
Linnaean J. Soc. London. 1967. Vol. 310, N 46. P. 275-295.
Hawkes C.R., Meyers T.R., Shirley T.C. Larval biology of Briarosaccus callo-
sus Boschma (Cirripedia: Rhizocephala) // Proc. Biol. Soc. Wash. 1985.
Vol. 98. P. 935-944.
Hawkes C.R., Meyers T.R., Shirley T.C. Length-weight relationships of blue,
Paralithodes platypus, and golden, Lithodes aequispina, king crabs
parasitized by the rhizocephalan, Briarosaccus callosus Boschma // Fish.
Bull. US. 1986. Vol. 84. P. 327-332.
HayB., Jan L.Y., Jan Y.N. A protein component of Drosophila polar granules is
encoded by vasa and has extensive sequence similarity to ATP-dependent
helicases // Cell. 1988. Vol. 55. P. 577-587.
Hfieg J.T. The anatomy and development of the rhizocephalan barnacle,
Clistosaccus paguri Lilljeborg and relation to its host Pagurus bernhardus
(L.) //J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 1982. Vol. 58. P. 87-125.
Hfieg J.T. “Akentrogonid” host invasion and an entirely new type of life cycle
in the rhizocephalan parasite Clistosaccus paguri (Thecostraca:
Cirripedia) // J. Crust Biol. 1990. Vol. 10. P. 37-52.
Hfieg J.T. Rhizocephala I I Microscopic anatomy of invertebrates /
Ed. F.W. Harrison, A.G. Humes. N.Y.: Wiley-Liss, 1992a. Vol. 9. Crustacea.
P. 313-345.
Hfieg J.T. The phylogenetic position of the Rhizocephala: are they truly barna-
cles? Ц Acta zool. 1992b. Vol. 73, N 5. P. 323-326.
Hfieg J.T., Lutzen J. Comparative morphology and phylogeny of the family
Thompsoniidae (Cirripedia, Rhizocephala, Akentrogonida), with descrip-
tions of three new genera and seven new species // Zool. scrip. 1993.
Vol. 22. P. 363-386.
122
Hfieg J.T., Lutzen J. Life cycle and reproduction in the Cirripedia
Rhizocephala //Oceanogr. Mar. Biol. Annu. Rev. 1995. V. 33. P. 427-485.
Hong Y., Winkler C., Schartl M. Production of medakafish chimeras from a
stable embryonic stem cell line // Proc. Nat. Acad. Sci. US. 1998. Vol. 95.
P. 3679-3684.
Houston D.W., King M.L. Germ plasm and molecular determinants of germ cell
fate // Cun. Top. Develop. Biol. 2000. Vol. 50. P. 155-181.
Hubert M., Payen G.G., Chassard-Bouchard C. Anatomie comparee de racines
des rhizocephales Sacculina carcini Thompson et Loxothylacus panopei
(Gissler) parasites respectifs des brachyoures Carcinus maenas (L.) et
Rhitropanopeus harrisii (Gould); etude ultrastructurale des racines libres //
Canad. Zool J. 1979. Vol. 57, N 7. P. 147^-1486.
Ichikawa A., Yanagimachi R. Studies on the sexual organization of the rhizo-
cephala. I. The nature of the “testes” of Peltogasterella socialis Kruger //
Annot. Zool. Jap. 1958. Vol. 31. P. 82-96.
Ichikawa A., Yanagimachi R. Studies on the sexual organization of the rhizo-
cephala. II. The reproductive function of the larval (cipris) males
of Peltogasterella and Sacculina // Ibid. 1960. Vol. 33. P. 42-56.
Ikenishi K. Germ plasm in Caenorabditis elegans, Drosophila and Xenopus //
Develop. Growth, Differ. 1998. Vol. 40, N 1. P. 1-10.
Ikenishi K., Tanaka T.S. Spatio-temporal expression of Xenopus vasa homolog,
XVLG1, in oocytes and embryos: the presence of XVLG1 RNA in somatic
cells as well as germline cells // Ibid. 2000. Vol. 42. P. 95-103.
Isaeva V., Alexandrova Ya,, Reunov A. Interaction between chromatoid bodies
and mitochondria in neoblasts and gonial cells of the asexual and sponta-
neously sexualized planarian Girardia (Dugesia) tigrina // Invertebr.
Reprod. and Develop. 2005. Vol. 48. P. 119-128.
Isaeva V.V., Kulikova VA., Kasyanov V.L. Bivalve molluscs Mytilus trossulus
and Hiatella arctica as facultative epibionts of the crab, Hemigrapsus san-
guineus, infested by the rhizocephalan, Sacculina polygenea // J. Mar.
Biol. Assoc. U.K. 2001a. Vol. 81, N 1/3. N 5. P. 891-892.
Isaeva V.V., Shukalyuk A.I., Korn O.M., Rybakov A.V. Development of primor-
dial extemae in the colonial interna of Polyascus polygenea (Crustacea:
Cirripedia: Rhizocephala) //Crust. Res. 2004. Vol. 33. P. 61-71.
Isaeva V. V., Shukalyuk A, L, Trofimova A. V. et al. The structure of colonial
interna in Sacculina polygenea (Crustacea: Cimpedia: Rhizocephala) //
2001b, N 30. P. 134-147.
Jacobson M.D., Weil M., RaffM.C. Programmed cell death in animal develop-
ment // Cell. 1997. Vol. 88, N 3. P. 347-354.
Kasyanov V.L. Reproductive strategy of marine bivalves and echinoderms.
Enfield (N.H.): Science, 2001. 229 p.
KerrJ.F.R., WyllieA.H., Currie A.R. Apoptosis: a basic biological phenomenon
with wide-ranging implication in tissue kinetics // Brit. J. Cancer. 1972.
Vol. 26. P. 239-257.
Knaut H., Pelegri F., Bohmann K. et al. Zebrafish vasa RNA but not its protein
is a component of the germ plasm and segregates asymmetrically before
germline specification // J. Cell Biol, 2000. Vol. 149. P. 875-888.
123
Komiya T., I (oh К., Ikenishi К., Furusawa M. Isolation and characterization of
a novel gene of the DEAD box protein family which is specifically
expressed in germ cells of Xenopus laevis // Develop. Biol. 1994. Vol. 162.
P. 354-363.
Kunwar P.S., Lehmann R. Developmental biology: germ-cell attraction I I
Nature. 2003. Vol. 421. P. 226-227.
Kuznicki KA., Smith PA., Leung-Chiu W.M. et al. Combinatorial RNA
interference indicates GLH-4 can compensate for GLH-1; these two
P granule components are critical for fertility in C. elegans // Development.
2000. Vol. 127. P. 2907-2916.
Laird D.J., De Tomaso A.W. Predatory stem cells in the non-zebrafish chordate,
Botryllus schlosseri //Zebrafish. 2004/2005. Vol. 1. P. 357-361.
Laird D.J., De Tomaso A.W., Weissman LL. Stem cells are units of natural
selection in a colonial ascidian // Cell. 2005. Vol. 123. P. 1351-1360.
Laird D.J., Weissman LL. Telomerase maintained in self-renewing tissues dur-
ing serial regeneration of the urochordate Botryllus schlosseri // Develop.
Biol. 2004. Vol. 273. P. 185-194.
Lasko F., Ashburner M. The product of the Drosophila gene vasa is very similar
to eukaryotic initiation factor-4A Ц Nature. 1988. Vol. 335. P. 611-617.
Liang L., Diehl-Jones W., Lasko P. Localization of vasa protein to the
Drosophila pole plasm is independent of its RNA-binding and helicase
activities//Development. 1994. Vol. 120. P. 1201-1211.
Liu H.-С., Lutzen J. Asexual reproduction in Sacculina plana (Cirripedia:
Rhizocephala), a parasite of six species of grapsid crabs from Taiwan //
Zool. Anz. 2000. Vol. 239. P. 277-287.
LukingA., Stahl U., Shmidt U. The protein family of RNA helicases // Crit. Rev.
Biochem. Mol. Biol. 1998. Vol. 33. P. 259-292.
Liitzen J. Field studies on regeneration in Sacculina carcini Thompson
(Crustacea: Rhizocephala) in the Isefjord, Denmark // J. Exp. Mar. Biol.
Ecol. 1981. Vol. 53. P. 241-249.
Lutzen J. Interna structure and nucleus formation in Sacculina polygenea
(Crustacea: Cirripedia: Rhizocephala: Sacculinidae) // Crust. Res. 2002.
Vol. 31. P. 39-46.
Lutzen J., Du PT. Three colonial rhizocephalans from mantis shrimps and a
crab in Vietnam, including Pottsia serenei, new species (Cirripedia:
Rhizocephala: Thompsoniidae) /H. Crust. Biol. 1999. Vol. 19. P. 902-907.
Liitzen J., Jespersen A. Records of Thompsonia (Crustacea: Cirripedia:
Rhizocephala) from Singapore, including description of two new species,
T. littoralis and T. pilodiae // Raffles Bull. Zool. 1990. Vol. 38, N 2.
P. 241-249.
Lutzen J., Jespersen A. A study of the morphology and biology of Thompsonia
littoralis (Crustacea: Cirripedia: Rhizocephala) // Acta zool. 1992. Vol. 73,
NLP. 1-23.
Liitzen J., Takahashi T. Morphology and biology of Polysaccus japonicus
(Crustacea, Rhizocephala, Akentrogonida, Polysaccidae, fam. n.), a para-
site of the ghost-shrimp Callianassa japonica I I Zool. scr. 1996. Vol. 25,
N2. P. 171-181.
124
Lutzen J., Takahashi T. Sacculina polygenea, a new species of rhizocephalan
(Cirripedia: Rhizocephala) from Japan, parasitic on the intertidal crab
Hemigrapsus sanguineus (De Haan, 1835) (Decapoda: Brachiura:
Grapsidae) // Crust. Res. 1997. Vol. 26. P. 103-108.
MahowaldA.P. Polar granules in Drosophila. III. The continuity of polar granules
during the life cycle of Drosophila I I J. Exp. Zool. 1971. Vol. 17.
P. 551-563.
Mahowald A.P. Assembly of the Drosophila germ plasm // Intern. Rev. Cytol.
2001. Vol. 203. P. 187-213. .
Marshak D.R., Gardner R.L., Gottlieb D. (ed.) Stem cell biology. N.Y.: Cold
Spring Harbor Lab. press, 2001.
Martin J.W., Davies G.E. An updated classification of the recent Crustacea //
Natur. Hist Mus. Los Angeles County. Sci. Ser. 2001. Vol. 39. P. 1-57.
Matova N.f Cooley L. Comparative aspects of animal oogenesis // Develop.
Biol. 2001. Vol. 16. P. 1-30.
Matveeva N.M., Shilov A.G., Kaftanovskaya E.M. et al. In vitro and in vivo
study of pluripotency in intraspecific hybrid cells obtained by fusion of
murine embryonic stem cells with splenocytes // Mol. Reprod. Develop.
1998. Vol. 50, N 2. P. 128-139.
Meyers T.R. Diseases of Crustacea: Diseases caused by protistans and meta-
zoans // Diseases of marine animals / Ed. O. Kinne. Hamburg: Biol. Anstalt
Helgoland, 1990. Vol. 3. P. 350-389.
Michalakis Y., Olivieri F.R., Raymond M. Pleiotropic action of parasites: How
to be good for the host // Tree. 1992. Vol. 7. P. 59-62.
Mintz B. Continuity of the female germ cell line from embryo to adult // Arch.
Microsc. Morphol. Exp. 1959. Vol. 48. P. 155-172.
Miyake S. The Crustacean Anomura of Sagami Bay, collected by His Majesty
the Emperor of Japan. Tokyo: Hoikusha, 1998. 200 p.
Mochizuki K., Nishimiya-Fujisawa C., Fujisawa T, Universal occurrence of the
vasa-related genes among metazoans and their germline expression in
Hydra // Develop. Genes Evol. 2001. Vol. 211. P. 299-308.
Mouchel-Vielh E., Rigolot C., Gibert J.-M.f Deutsch J.S. Molecules and the
body plan: the Hox genes of cirripedes (Crustacea) // Mol. Phylogenet.
Evol. 1998. Vol. 9. P. 382-389.
Mueller T., Wullimann M.F. Anatomy of neurogenesis in the early zebrafish
brain Ц Develop. Brain Res. 2003. Vol. 140. P. 137-155.
Nakao H. Isolation and characterization of Bombyx vasa-like gene // Develop.
Genes Evol. 1999. Vol. 209. P. 312-316.
Noda K., Kanai C. An ultrastructural observation of Pelmatohydra robusta at
sexual and asexual stages, with a special reference to “germinal plasm” //
J. Ultrastruct. Res. 1977. Vol. 61. P. 284-294.
Olsen L.C., Aasland R., Fjose A. A vasa-like gene in zebrafish identifies
putative primordial germ cells // Meeh. Develop. 1997. Vol. 66.
P. 95-105.
Orii H., Sakurai T., Watanabe K. Distribution of the stem cells (neoblasts) in the
planarian Dugesia japonica // Develop. Genes Evol. 2005. Vol. 215.
P. 143-157.
125
Pain В., Clark M.E., Shen M. et al. Long-term in vitro culture and characteriza-
tion of avian embryonic stem cells with multiple morphogenetic potentia-
litiesm//Development. 1996. Vol. 122. P. 2339-2348.
Pancer Z., Gershon H., Rinkevich B. Coexistence and possible parasitism of
somatic and germ cell lines in chimeras of the colonial urochordate
Botryllus schlosseri //Biol. Bull, 1995. Vol. 189. P. 106-112.
Payen G.G., Hubert M., Rubiliani C., Chas sard-Bouchard C. The free parasitic
roots of the rhizocephalan crustacean Sacculina carcini Thompson -
a comparative study by scanning and transmission electron microscopy I I
J. Submicrosc Cytol. Pathol. 1981. Vol. 13, N 4. P. 561-568.
Perez M.C. Organogenese des • bourgeons de remplacement chez les
Chlorogas ter, Rhizocephales parasites des Pagures И C. r. Acad. sci.
P. 1931a. Vol. 192, N 3. P. 195-197.
Perez M.C. Remplacement successif des sacs visceraux chez les Chlorogaster,
Rhizocephales parasites des Pagures // Ibid. 1931b. Vol. 192, N 26.
P. 1753-1755.
Peter R., Ladurner P., Rieger R.M. The role of stem cell strategies in coping
with environmental stress and choosing between alternative reproductive
modes: turbellaria rely on a single cell type to maintain individual life and
propagate species // Mar. Ecol. 2001. Vol. 22, N 1/2. P. 35-51.
Peterson KJ., Eernisse DJ. Animal phylogeny and the ancestry of bilaterians:
inference from morphology and 18S rDNA gene sequences 11
Evol. Develop. 2001. Vol. 3. P. 170-205.
Potts FA. On the rhizocephalan genus Thompsonia and its relation to the evolu-
tion of the group // Publ. Carnegie Inst. Wash. 1915. Vol. 212, N 8. P. 1-32.
Raz E. The function and regulation of the va.ya-like genes in germ-cell develop-
ment // Genome Biol. 2000. Vol. 3. P. 1017.
Reinhard E.G. The endoparasitic development of Peltogaster paguri //
J. Morphol. 1942. Vol. 70, N 1. P. 69-79.
Rieger R., Ladurner P. Searching for the stem species of the Bilateria //
Belg. J. Zool. 2001. Vol. 131, suppl. 1. P. 27-34.
Rinkevich B., Rabinowitz C. Acquiring embryo-derived cell cultures and asep-
tic metamorphosis of larvae from the colonial protochordata Botryllus
schlosseri I I Invert. Reprod. Develop. 1994. Vol. 25. P. 59-72.
Rinkevich B., Rabinowitz C. Initiation of epithelial cell cultures from palleal
buds of Botryllus schlosseri, a colonial tunicate // In vitro. Cell. Develop.
Biol. 1997. Vol. 33. P. 422-424.
Ritchie L.E., Hfieg J.T. The life history of Lernaeodiscus porcellanae
(Cirripedia: Rhizocephala) and co-evolution with its porcellanid host //
J. Crust. Biol. 1981. Vol. 1. P. 334-347.
Rosak S., Linder P. DEAD-box proteins: the driving forces behind
RNA methabolism// Nature Rev. Mol. Cell Biol. 2004. Vol. 5. P. 232-240.
Roussel D., Bennett K.L. glhl, a germ-line putative RNA helicase from
Caenorhabditis, has four zinc fingers // Proc. Nat. Acad. Sci. US. 1993.
Vol. 90. P. 9300-9304.
Rubiliani C., Rubliani-Durozoi M., Payen G.G. Effets de la Sacculine sur les
gonades, les glandes androgenes et le systeme nerveux central des crabes
126
Carcinus maenas (L.) et C, mediterraneus Czemiavsky // Bull. Soc. Zool.
France. 1980. Vol. 105, N 1. P. 95-100.
Rubiliani C., Turquier Y., Payen G.G. Recherche sur 1’ontogenese des rhizo-
cephales. I. Les stades precoces de la phase endoparasitaire chez Sacculina
carcini Thompson // Cah. Biol. Mar. 1982. Vol. 23. P. 287-297.
Russell J.D., Walker G., Woollen R. Observation on two infectious agents found
within the rootlets of the parasitic barnacle, Sacculina carcini // J. Marine
Biol. Assoc. UK. 2000. Vol. 80, N 2. P. 373-374.
Rybakov A.V., Korn O.M., Hfieg J.T., Waloszek D. Larval development in
Peltogasterella studied by scanning electron microscopy (Crustacea:
Cirripedia: Rhizocephala) // Zool. Anz. 2002. Vol. 241. P. 199-221.
Rybakov A.V., Shukalyuk A J. Thylacoplethus isaevae sp. n., a new species of
colonial rhizocephalans (Crustacea: Rhizocephala: Thompsoniidae) para-
sitic on a northwest Pacific hermit crab Pagurus trigonocheirus
(Stimpson) Ц J. Mar. Biol. Assoc. UK. 2004. Vol. 84. P. 1009-1017.
Saffman E.E., Las ко F. Germline development in vertebrates and inverte-
brates // Cell Mol. Life Sci. 1999. Vol. 55. P. 1141-1163.
Shibata N., Umesono K., Orii H. et al. Expression of vasa (voy)-related genes in
germline cells and totipotent somatic stem cells of planarians Ц Develop.
Biol. 1999. Vol. 206. P. 73-87.
Shinomiya A., Tanaka M., Kobayashi T. et al. The v^sa-like gene, olvas, identi-
fies the migration path of primordial germ cell during embryonic body
formation stage in the medaka, Oryzias latipes I I Develop. Growth. Differ.
2000. Vol. 42. P. 317-326.
Shirase S., Yanagimachi R. The early development of Peltogasterella socialis
Krueger (a rhozocephalan) // Zool. Mag. Tokyo. 1957. Vol. 93. P. 253-257.
Shukalyuk AT., Golovnina KA., Baiborodin S.L et al. wisa-Related genes and
their expression in stem cells of colonial parasitic rhizocephalan barnacle
Poly ascus polygenea (Crustacea: Cirripedia: Rhizocephala) // Cell Biol.
Intern. 2007. Vol. 31. N 2. P. 97-108.
Shukalyuk A. L, Isaeva V. V., Golovnina KA. et al. vtzsa-Related genes and their
expression in stem cells of colonial Polyascus polygenea (Crustacea:
Cirripedia: Rhizocephala) // International Society for Stem Cell Research:
3rd Annual meeting Abstracts. San Francisco, 2005a. P. 215.
Shukalyuk A., Isaeva V., Kizilova E., Baiborodin S. Stem cells in reproductive
strategy of colonial rhizocephalan crustaceans (Crustacea: Cirripedia:
Rhizocephala) // Invertebr. Reprod. Develop. 2005b. Vol. 48. P. 41-53.
Shukalyuk A J., Isaeva V.V., Pushchin 1.1., Dolganov S.M. Effects of the
Briarosaccus callosus infestation on the commercial golden king crab
Lithodes aequispina // J. Parasitol. 2005c. Vol. 91, N 6. P. 1502-1504.
Sloan N. A. Incidence and effects of parasitism by the rhizocephalan barnacle,
Briarosaccus callosus Boschma, in the golden king crab, Lithodes aequi-
spina Benedict, from deep fjords in northern British Columbia, Canada //
J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 1984. Vol. 84. P. 111-132.
Sloan NA. Life history characteristics of fjord-dwelling golden king
crabs Lithodes aequispina // Mar. Ecol. Progr. Ser. 1985. Vol. 22, N 3.
P. 219-228.
127
Smith G. Rhizocephala // Fauna und Flora Golfes Neapel. 1906. Vol. 29.
P. 1-129.
Sparks A.K., Mor ado J.F. Histopathology and host response in lithodid crabs
parasitized by Briarosaccus callosus // Diseases Aquat. Organisms. 1986.
Vol. 2. P. 31-38.
Stoner D.S., Rinkevich B., Weissman LL. Heritable germ and somatic cell
lineage competitions in chimeric colonial protochordates // Proc. Nat.
Acad. Sci. US. 1999. Vol. 96. P. 9148-9153.
Stoner D.S., Weissman I.L. Somatic and germ cell parasitism in a colonial ascid-
ian: possible role for a highly polymorphic allorecognition system //
Ibid. 1996. Vol. 93. P. 15254-15259.
Sun L., Bradford C.S., Ghosh C., Collodi P. ES-like cell cultures derived from
early zebrafish embryos // Mol. Mar. Biol. Biotechnol. 1995. Vol. 4.
P. 193-199.
Takahashi N., Iwashige A., Matsuura S. Behavioural manipulation of the shore
crab, Hemigrapsus sanguineus, by rhizocephalan barnacle, Sacculina poly-
genea //Crust. Res. 1997. Vol. 26. P. 153-161.
Takahashi T., Liitzen J. Asexual reproduction as part of the life cycle in
Sacculina polygenea (Cirripedia: Rhizocephala: Sacculinidae). I I Crust J.
Biol. 1998. Vol. 18, N 2. P. 321-331.
Takahashi T., Matsuura S. Laboratory studies on molting and growth of the
shore crab, Hemigrapsus sanguineus de Haan, parasitized by a rhizocepha-
lan barnacle//Biol. Bull. 1994. Vol. 186. P. 300-308.
Talbot N.C., Rexroad C.E., Jr., Pursel V.G^ Powell A.M. Alkaline phosphatase
of pig and sheep epiblast cells in culture // Mol. Reprod. Develop. 1993.
Vol. 36. P. 139-147.
Teragawa C.K., Bode HR. Spatial and temporal patterns of interstitial
cell migration in Hydra vulgaris I I Develop. Biol. 1990. Vol. 138. P. 63-81.
Thompson J A., Itskovitz-EldonJ., Shapiro S.S. et al. Embryonic stem cells lines
derived from human blastocysts // Science. 1998. Vol. 282. P. 1145-1147.
Thompson J.A., Kalishman J,, Golos T.G. et al. Isolation of primate
embryonic stem cell line // Proc. Nai. Acad. Sci. US. 1995. Vol. 92.
P.7844-7848.
Valentine J.W., Collins A.G. The sigificance of moulting in Ecdysozoan evolu-
tion H Evol. Develop. 2000. Vol. 2. P. 152-156.
Walker G. The cypris larvae of Sacculina carcini Thompson (Crustacea,
Cirripedia, Rhizocephala) // J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 1985. Vol. 93.
P. 131-145.
Walker G. Observations on the larval development of Sacculina carcini
(Crustacea: Cirripedia: Rhizocephala) // J. Marine Biol. Assoc. UK. 1988.
Vol. 68. P. 377-390.
Walker G. Introduction to the Rhizocephala (Crustacea: Cirripedia) //
J. Morphol. 2001 Vol. 249. P. 1-8.
Walker G., Clare A.S., Rittschof D., Mensching D. Aspects of the life-cycle of
Loxothylacus panopaei (Gissler), a sacculinid parasite of the mud crab
Rhithropanopeus harrisii (Gould): a laboratory study // J. Exp. Mar. Biol.
Ecol. 1992. Vol. 157. P. 181-193.
128
Walossek D., H0eg J.T., Shirley T.C. Larval development of the rhizocephalan
cirripede Briarosaccus tenellus (Maxillopoda: Thecostraca) reared in the
laboratory: a scanning microscopy study // Hydrobiologia. 1996. Vol. 328.
P. 9-47.
Weissman LL. Stem cells: units of development, units of regeneration, and units
in evolution//Cell. 2000. Vol. 100. P. 157-168.
Williams T.A. The nauplius larva of crustaceans: functional diversity and the
phylotypic stage // Amer. Zool. 1994. Vol. 34. P. 562-569.
Winslow T. Stem cells: Scientific progress and future research directions.
Bethesda: National Institutes of Health, 2001.
Wobus A.M., Holzhausen H., Jakel P., Schoneich J. Characterization of a
pluripotent stem cell line from a mouse embryo // Exp. Cell Res. 1984.
Vol. 152. P. 810-813.
Wylie C. Germ cells // Cell. 1999. Vol. 96, N 2. P. 165-174.
Yamaguchi T., Aratake H. Morphological modification caused by Sacculina
polygenea in Hemigrapsus sanguineus (De Haan) (Brachyura:
Grapsidae) Ц Crust. Res. 1997. Vol. 26. P. 125-145.
Yamaguchi T., Honda H., Aratake H. Detachment and replacement of externa
and larval release of Sacculina polygenea // Ibid. 1999. Vol. 28.
P. 125-133.
Yamaguchi T., Tokunaga S,, Aratake H. Contagious infection by the rhizo-
cephalan parasite Sacculina sp. in the grapsid crab Hemigrapsus san-
guineus (De Haan) // Crust. Res. 1994. Vol. 23. P. 89-101.
Yanagimachi R. Studies on the sexual organization of the Rhizocephala. Ш.
The mode of sex determination in Peltogasterella // Biol. Bull. 1961.
Vol. 120. P. 272-283.
Yanagimachi R. Fertilization and sex determination in the Rhizocephala
(Cirripedia, Crustacea) // Mechanisms of fertilization. B.: Springer, 1990.
P. 699-708. (NATO ASI Ser. Vol. H 45).
Yoon C., Kawakami K., Hopkins N. Zebrafish vasa homoloque RNA is localized
to the cleavage planes of 2- and 4-cell-stage embryos and its expressed in
the primordial germ cells // Development. 1997. Vol. 124. P. 3157-3165.
ABSTRACT
V.V. Isaeva, A.L Shukalyuk
COLONIAL RHIZOCEPHALAN CRUSTACEANS
(CRUSTACEA: RHIZOCEPHALA):
asexual reproduction, stein cells, reproductive strategy
This book is the first monograph in world scientific literature on
colonial organization and asexual reproduction in some rhizocephalan
crustaceans (Crustacea: Cirripedia: Rhizocephala). The rhizocephalan
life cycle includes parasitic and free-living larval stages. At the parasitic
stage, the organism consists of interna, inside the body of host decapods,
and the sexually reproducing externa, on the host body surface;
rhizocephalan larvae resemble the larvae of other Cirripedia. The
complication of life cycle in some rhizocephalans leads to the deve-
lopment of colonial organization, with multiple extemae on one host.
Direct evidence of asexual reproduction in rhizocephalans is scarce,
fragmentary and has been obtained for very limited number of species.
Authors performed in vivo, in vitro, histological, ultrastructural, histo-
chemical, immunochemical and molecular studies of the colonial rhizo-
cephalans Polyascus polygenea (Sacculinidae), Peltogasterella gracilis
(Peltogastridae), and Thylacoplethus isaevae, sp. n. (Rybakov,
Shukalyuk, 2004) (Jhompsoniidae). Internae of studied species are
differentiated into trophic and reproductive systems. The reproductive
system in each colonial interna includes multiple blastozooids (primordial
extemae) belonging to several successive generations. Short-term
culture in vitro using the host’s hemolymph supplemented with anti-
biotics allowed us to visualize directly living colonial internae and asexual
reproduction in the studied species. The cellular mechanisms of asexual
reproduction in rhizocephalans remained unknown prior to our studies.
We present here evidence of asexual reproduction by budding of sto-
lon-like epithelial structures filled with undifferentiated stem cells. Stem
cells form early blastozooids and later migrate as germ cells into the
ovaries of developing extemae. Rhizocephalan stem and primary germ
cells have morphological features typical of stem cells in all studied
130
Metazoa. We found that stem cells in the colonial rhizocephalans selec-
tively express activity of alkaline phosphatase, the well known histo-
chemical marker for mammalian embryonic stem and germ cells. Stem
cells in P. gracilis selectively express also proliferating cell nuclear
antigen (PCNA), the cellular marker for cell reproduction. We found in
DNA of the studied rhizocephalan species a vasa-related gene and other
members of the DEAD-box family. We have shown intensive selective
expression of the product of vasa-related gene, the molecular marker of
germ line cells and totipotent stem cells, in stem and germ cells of
Л polygenea. So our results along with literature data allow us to
suggest the existence of evolutionary conservative, common for all
studied metazoans, sub-cellular and molecular bases of totipotency and
“immortality” of stem and germ cells.
Thus, at the parasitic stage of the life cycle in certain species of
Rhizocephala, by asexual reproduction without separation of blasto-
zooids, a colonial organization develops that is a unique phenomenon
among Crustacea, all Arthropoda and all Ecdysozoa. Asexual reproduc-
tion and coloniality in Rhizocephala involve radical changes in crus-
tacean reproductive strategy. Self-renewing totipotent stem cells are
a cellular source in realization of reproductive strategy including both
sexual and asexual reproduction in colonial rhizocephalans.
The monograph is illustrated with many original photos and
schematic pictures.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ................!................................ 3
Общие сведения о корнеголовых ракообразных ............... 5
Материал и методы........................................ 15
Модульная организация колониальной интерны: трофическая
система ................................................ 20
Модульная организация колониальной интерны: репродуктив-
ная система.............................................. 36
Почкование столона, стволовые клетки интерны ........... 51
Репродуктивный и жизненный циклы колониальных корне-
головых ................................................. 68
Взаимоотношение паразит-хозяин ........................ 84
Особенности репродуктивной стратегии колониальных предста-
вителей корнеголовых .................................... 95
Литература ............................................. 118
Abstract ................................................ 130
Научное издание
Исаева Валерия Васильевна
Шукалюк Андрей Иванович
КОЛОНИАЛЬНЫЕ
КОРНЕГОЛОВЫЕ
РАКООБРАЗНЫЕ
(Crustacea: Rhizocephala).
Бесполое размножение, стволовые клетки,
репродуктивная стратегия
Утверждено к печати
Ученым советом
Института биологии моря
им. А.В. Жирмунского
Дальневосточного отделения
Российской академии наук
Зав. редакцией Н.А. Степанова
Редактор Е.Ю. Федорова
Художник Ю.И. Духовская
Художественный редактор В.Ю. Яковлев
Технический редактор О.В. Аредова
Корректоры А.Б. Васильев, Р.В. Молоканова
Подписано к печати 27.07.2007
Формат 60 х 90 V16- Гарнитура Таймс
Печать офсетная
Усл.печ.л. 8,5 + 0,1 вкл. Усл.кр.-отт. 9,5
Уч.-изд.л. 9,0. Тираж 470 экз. (РФФИ - 400 экз.)
Тип. зак. 1524
Издательство “Наука”
117997, Москва, Профсоюзная ул., 90
E-mail: secret@naukaran.ru
www.naukaran.ru
ППП “Типография “Наука”
121099, Москва, Шубинский пер., 6
АДРЕСА КНИГОТОРГОВЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
ТОРГОВОЙ ФИРМЫ "АКАДЕМКНИГА" РАН
Магазины "Книга-почтой"
121099 Москва, Шубинский пер., 6; (495) 241-02-52 Сайт: www.LitRAS.ru E-mail:
info@litras.ru
197110 Санкт-Петербург, ул. Петрозаводская, 7 "Б"; (код 812) 235-40-64
ak@akbook.ru
Магазины "Академкнига" с указанием букинистических отделов
и "Книга-почтой"
690002 Владивосток, Океанский проспект, 140 ("Книга-почтой");
(код 4232) 45-27-91 antoli@mail.ru
620151 Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 137 ("Книга-почтой");
(код 343) 350-10-03 Kniga@sky.ru
664033 Иркутск, ул. Лермонтова, 289 ("Книга-почтой"); (код 3952) 42-96-20
aknir@irlan.ru
660049 Красноярск, ул. Сурикова, 45; (код 3912) 27-03-90
akademkniga@ krasmail.ru
220012 Минск, просп. Независимости, 72; (код 10375-17) 292-00-52, 292-46-52,
292-50-43 www.akademkniga.by
117312 Москва, ул. Вавилова, 55/7; (495) 124-55-00 akadkniga@nm.ru; (Бук. отдел
125-30-38)
117192 Москва, Мичуринский проспект, 12; (495) 932-74-79
127051 Москва, Цветной бульвар, 21, строение 2; (495) 621-55-96 (Бук. отдел)
117997 Москва, ул. Профсоюзная, 90; (495) 334-72-98 akademkniga@naukaran.ru
105062 Москва, Б. Спасоглинищевский пер., 8 строение 4; (495) 624-72-19
(Бук. отдел)
630091 Новосибирск, Красный проспект, 51; (код 383) 221-15-60
akademkniga@mail.ru
630090 Новосибирск, Морской проспект, 22 ("Книга-почтой");
(код 383) 330-09-22 akdmn2@mail.nsk.ru
142290 Пущино Московской обл., МКР "В", 1 ("Книга-почтой");
(код 49677) 3-38-80
191104 Санкт-Петербург, Литейный проспект, 57; (код 812) 272-36-65
ak@akbook.ru (Бук. отдел)
199034 Санкт-Петербург, Васильевский остров, 9-я линия, 16;
(код 812) 323-34-62 (Бук. отдел)
634050 Томск, Набережная р. Ушайки, 18;
(код 3822) 51-60-36 akademkniga@mail.tomsknet.ru
450059 Уфа, ул. Р. Зорге, 10 ("Книга-почтой"); (код 3472) 23-47-62,
23-47-74 akademkniga@ufacom.ru
450025 Уфа, ул. Коммунистическая, 49; (код 3472) 72-91-85 (Бук. отдел)
Коммерческий отдел, Академкнига, г. Москва
Телефон для оптовых покупателей: (код 495) 241-03-09
Сайт: www.LitRAS.ru
E-mail: info@litras.ru
Склад, телефон (код 499) 795-12-87
Факс (код 495) 241-02-77
По вопросам приобретения книг
государственные организации
просим обращаться также
в Издательство по адресу:
117997 Москва, ул. Профсоюзная, 90
тел. факс (495) 334-98-59
E-mail: initsiat@naukaran.ru
www.naukaran.ru