Спермии древних обитателей океана рассказали об их эволюции

Российские ученые исследовали сперматогенез и ультраструктуру спермиев у глубоководного представителя типа плеченогих Pelagodiscus atlanticus и выяснили, что этот вид можно отнести к предковым формам своего типа. Работа поддержана грантом Российского научного фонда(РНФ). Результаты работы опубликованы в Journal of Morphology.

Плеченогие или брахиоподы — это тип древнейших морских беспозвоночных животных. Их тело заключено в раковину, которая состоит из двух створок, из-за чего плеченогие внешне похожи на двухстворчатых моллюсков. Обе группы организмов появились во время так называемого Кембрийского взрыва: начиная с раннего Кембрия (около 540 миллионов лет назад) ученые находят в палеонтологической летописи обилие скелетов этих животных. Но несмотря на внешнее сходство и примерно одинаковый «эволюционный возраст», эти группы приходятся друг другу очень дальними родственниками. Наличие у плеченогих специального щупальцевого аппарата – лофофора – для питания взвешенными в воде частицами и ряд других особенностей анатомии позволили ученым отнести их к группе лофофорат.

Большинство видов плеченогих избегают сильных морских течений и селятся в гротах, пещерах, внутри рифов или уходят на большие глубины. Pelagodiscus atlanticus, исследованный российскими учеными, придерживается второй стратегии. Он обитает в водах Тихого, Атлантического и Индийского океанов на глубине в несколько тысяч метров. Ученые отловили несколько особей этого вида из Курило-Камчатского желоба с глубины 5 571 м. Чтобы достать животных с такой глубины, исследователи использовали специальный глубоководный трал, способный поднять морской грунт даже из самых недоступных точек океана.

В поднятом грунте ученые обнаружили двух особей Pelagodiscus atlanticus и описали их сперматогенез, чтобы сравнить с таковым у мелководных плеченогих. Ранее особенности сперматогенеза глубоководных брахиопод никто не изучал, хотя эти признаки часто используются для выяснения эволюционной истории беспозвоночных животных.

«Филогенетические исследования - это работа по построению системы живого, классификация органического мира, в котором мы живем. Они всегда основываются на целом массиве данных: палеонтологических, эмбриологических, морфологических, молекулярно-генетических. Все эти данные позволяют нам больше узнать об обитателях Земли, о том какую роль они играют в природе и в жизни человека, какое влияние оказывают на окружающую среду и другие живые организмы», – рассказывает автор исследования, ведущий научный сотрудник кафедры зоологии беспозвоночных биологического факультета МГУ Елена Темерева.

Тогда ученые с помощью специального алмазного ножа подготовили серию ультратонких срезов предварительно фиксированных образцов Pelagodiscus atlanticus и исследовали строение их сперматозоидов и сперматогониев. Сперматогонии — это такие стволовые клетки, из которых в результате деления образуются сперматоциты. Последние в свою очередь дозревают до сперматозоидов, уже способных к оплодотворению яйцеклетки. Все эти этапы составляют процесс сперматогенеза.

Стадии сперматогенеза и их особенности можно наблюдать даже на одном удачном срезе мужских половых органов животных. По мере удаления от сперматогониев, опутывающих сеть капилляров, на срезе обнаруживаются более поздние стадии формирования половых клеток. Просмотрев серию таких срезов и сравнив их с имеющимися в литературе описаниями, ученые выявили некоторые различия в сперматогенезе глубоководных и мелководных плеченогих.

Так, на ранних стадиях сперматогенеза, в первичных сперматоцитах Pelagodiscus atlanticus учёные не обнаружили шероховатого эндоплазматического ретикулюма, но выявили гермоплазму, аппарат Гольджи и обилие лизосом, а так же особые вспомогательные клетки, которые формируют неполную оболочку вокруг развивающихся половых клеток. Российские ученые впервые описали детали клеточного строения всех стадий сперматогенеза плеченогих в таких подробностях.

Исследование также показало, что зрелые сперматозоиды Pelagodiscus atlanticus обладают рядом примитивных черт. К ним можно отнести крупную акросому — чашевидную органеллу, содержащую необходимые для растворения оболочек яйцеклетки ферменты и расположенную в передней части головки сперматозоида, — трапециевидную форму ядра и большое число митохондрий. Таким богатым набором примитивных черт спермии других изученных плеченогих не обладают, и ученые предполагают, что Pelagodiscus atlanticus относится к наиболее предковым формам своего типа.

Сейчас науке известно лишь около 280 видов современных плеченогих. Судя по палеонтологической летописи, в палеозойскую эру разнообразие этих организмов было существенно богаче современного. Так, в ископаемых формах известно более 12 000 видов, принадлежащих 5 000 разных родов. На пике своего эволюционного успеха, около 450 миллионов лет назад, плеченогие даже образовывали плотные рифовые сообщества. Во время массового пермского вымирания, случившегося около 250 миллионов лет назад, погибло около 96% видов всего биологического разнообразия. Катастрофа унесла с собой и большую часть видов плеченогих. Тем не менее, единичные предковые их формы дожили и до наших дней.

«Изучение биологического разнообразия — одна из важных задач современной науки, а изучение разнообразия морских организмов — одна из целей этой задачи. Мировой океан занимает более 70% земной поверхности и скрывает множество неведомых организмов: от вирусов и бактерий, до беспозвоночных и хордовых. Обнаружение этих организмов и их детальное описание расширяет наше представления о границах живого и вносит существенный вклад в построение филогении, — подытоживает Елена Темерева. — Конечно, человечеству более интересны прикладные работы и практическое применение научных трудов. На первый взгляд кажется, что никакой прикладной пользы морфологические исследования не несут. Но это не так. Чем больше мы узнаем об организмах, окружающих нас, тем большему можем у них научиться: многие особенности морфологического строения разных животных и растений уже положены в основу самых обычных вещей нашего повседневного обихода».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.