Особенности организации нейроэндокринной системы Daphnia magna (Cladocera) (стр. 1 из 2)

Особенности организации нейроэндокринной системы Daphnia magna (Cladocera)

В.В. Лидванов, Т.Г. Львова

Методом световой микроскопии при использовании цитоморфологических (окрашивание альдегид-функсином по Гомори-Габу) и функциональных критериев соответствия стадий клеточного цикла репродуктивному состоянию животных изучена ЦНС Daphnia magna (Cladocera, Crustacea).

Выявлены два типа нейронов, различающихся размерами, строением и тинкториальными свойствами. Гомори-положительные клетки II типа обладают секреторной активностью. Полифункциональность большинства нейронов ЦНС, отсутствие специализированных структур характеризует нейроэндокринную систему D. magna в качестве примитивной и соответствующей уровню организации аннелид.

Изучение строения и функционирования нейроэндокринной системы (НЭС), способов взаимодействия ее компонентов между собой, а также с отдельными элементами других функциональных систем организма является одним из основных направлений современных фундаментальных исследований. Значительные успехи уже достигнуты у позвоночных животных, тогда как у беспозвоночных эта система исследована недостаточно, а большинство работ посвящено высокоорганизованным представителям. Среди ракообразных эта система хорошо изучена у высших раков. Немногочисленные сведения, касающиеся представителей низших раков, свидетельствуют о наличии принципиальных отличий в строении их НЭС, что не позволяет проводить обобщений и требует дальнейших исследований в этой области.

Целью настоящей работы является исследование структурной организации НЭС D. magna. Помимо неизученности данного вида, выбор объекта исследования обусловлен еще и широким использованием его в эколого-физиологических и токсикологических экспериментах. В связи с этим полученные данные могут послужить основой для изучения роли НЭС в реакциях организма на изменение факторов окружающей среды.

Изучение НЭС D. magna проводили на серийных гистологических срезах толщиной 7 мкм, окрашенных альдегид-фуксином по Гомори-Габу и изготовленных из фиксированных в жидкости Буэна животных, находящихся на разных стадиях репродуктивного цикла (неполовозрелые самки размером 1,5 мм, половозрелые – размером 1,8 – 2,0 мм, самки размером 2,2 – 2,6 мм с яйцами, а также эмбрионами в выводковой камере, составившие I, II, III и IV группы соответственно).

Помимо характера окрашивания секреторная активность нейронов выявлялась на основании корреляции их секреторных циклов с физиологическим состоянием животных. С этой целью из 300 нейронов мозга в каждой из указанных групп подсчитывалось относительное количество клеток, находящихся на разных стадиях секреторного цикла.

Полученные результаты показали, что структурные элементы НЭС D. magna локализованы в ЦНС, которая представлена непарным оптическим ганглием, головным мозгом и брюшной нервной лестницей. Головной мозг располагается в клювовидном отростке под печеночными выростами и включает три отдела с соответствующим набором нейропилей, характерных для ракообразных. Тела нейронов распределены по поверхности: некоторые из них лежат одиночно, другие – концентрируются в группы (рис. 1).

На основании окрашивания альдегид-фуксином в ЦНС выделено два типа нейронов.

Нейроны I типа имеют округлую форму и небольшие размеры (d = 4,2 мкм; ядро – 2,7 мкм). Цитоплазма тонким слоем окружает ядро; Гомори-отрицательна. Нередко, однако, в перинуклеарной области выявляется узкое гомогенное Гомори-положительное кольцо, охватывающее ядро.

Рис. 1. Схема организации мозга D. magna с прилежащим оптическим ганглием:

а; б; в – дорсальная, центральная и вентральная

области мозга соответственно:

1, 2 – нейропили передней и задней долей оптического ганглия; 3 – оптический ствол;

терминально-оптический (4) и терминально-ольфакторно-акцессорный (5) тракты;

6 – тракты дейтоцеребрума, идущие в окологлоточную коннективу; 7 – нейропиль

антенн; 8 – группа нейронов нейропиля антенн; латеральная оптическая (9)

и медиальная оптическая (10) группы нейронов; 11 – оптический нейропиль;

12 – центральное тело; обонятельная (13) и добавочная (14) доли; 15 – нейропиль

антеннул; передняя латеральная (16), латеральная ольфакторно-акцессорная (17)

и латеральная акцессорная (18) группы нейронов; ольфакторно-ольфакторный (19),

акцессорно-акцессорный (20), ольфакторно-акцессорный (21), антеннулярно-

акцессорный (22), антеннулярно-антеннулярный (23) и оптико-ольфакторно-

акцессорный (24) тракты; 25 – центральный нейропиль; 26 – вентральная группа

нейронов центрального нейропиля; 27 – передняя вентральная группа

нейронов дейтоцеребрума; 28 – нижний край протоцеребрума;

группы НСК протоцеребрума (29) и дейтоцеребрума (30, 31)

Нейроны II типа округлой или грушевидной формы, размером 5,0 ´ 3,5 мкм; ядро – 3,0 мкм и более. Их цитоплазма содержит материал, положительно окрашивающийся по Гомори, давая несколько вариантов окраски. Наблюдаемые от среза к срезу цитоморфологические и тинкториальные изменения нейронов этого типа в одних и тех же участках ЦНС свидетельствуют о том, что для них характерен секреторный цикл (рис. 2). Цитоплазма нейронов, находящихся на стадии накопления нейросекрета (I стадия), окрашена полностью и более или менее гомогенно, интенсивность окраски – самая высокая. В ходе этого процесса объем цитоплазмы увеличивается и клетка вытягивается. Появление небольшого числа светлых вакуолей по периферии клетки (II стадия) указывает на переход ее в стадию выведения нейросекрета, в течение которого количество вакуолей увеличивается и секреторный материал приобретает гранулярную структуру (III стадия). И в случае угасания секретообразования вакуоли сливаются, цитоплазма обычно пылевидно окрашивается лишь в перинуклеарной области и у аксонного холмика (IV стадия), выведение нейросекрета завершается. В общем, клетки III и IV стадии секреторного цикла, как правило, отличаются бóльшими размерами, более выраженной грушевидной формой перикариона и эксцентричным расположением ядра.

II

III

IV

Рис. 2. Стадии секреторного цикла нейросекреторных

клеток протоцеребрума D. magna:

I – накопление; II, III – выведение; IV – завершение выведения нейросекрета

Важным является тот факт, что грань между нейронами I и II типа довольно условна, поэтому в ходе своего функционирования одни способны превращаться в другие. Наблюдаемые морфологические изменения позволяют считать, что нейроны I типа не обладают секреторной активностью, но способны изменять свое функциональное состояние и приступать к синтезу нейросекрета, вступая в секреторный цикл, который ими же и замыкается при угасании специфического синтеза в секреторных нейронах.

Нейроны обоих типов равномерно распределены по отделам ЦНС. Однако количество нейронов II типа значительно больше нейронов I типа и составляет около 70 – 80 %. Кроме того, соотношение нейронов I и II типа изменяется в зависимости от стадии онтогенеза, и прежде всего от состояния репродуктивной системы (рис. 3). Так, в мозговом ганглии относительное количество клеток II типа изменяется от 62 (у неполовозрелых самок) до 80 % (у самок с эмбрионами в выводковой камере).

Рис. 3. Динамика секретирующих нейронов мозга

в пересчете на 300 клеток на разных стадиях онтогенеза D. magna

Таким образом, наличие секреторного цикла у Гомори-положительных нейронов ганглиев D. magna, а также взаимосвязь секреторной активности с состоянием репродуктивной системы позволяют сделать вывод об их способности к секреции. Эти данные не противоречат современным положениям нейронной теории [1]. В соответствии с ней каждый нейрон обладает несколькими группами регуляторных веществ, и поэтому, учитывая многообразие нейропептидов, неудивительно, что около 80 % нервных клеток ведут их синтез. То, что секреторно неактивные нейроны способны переключаться на синтез нейропептидов и превращаться в секреторные нейроны, указывает на их метаболическую пластичность и подтверждает одно из положений этой теории.

Несмотря на это, принимать подавляющее большинство Гомори–положительных нейронов D. magna за специализированные нейросекреторные клетки (НСК) нет никаких оснований, потому что, во-первых, они не образуют ни ограниченных областей выведения нейрогормона в гемолимфу, ни специализированных для этого структур, и, во-вторых, не формируют обособленные группы. Вероятнее всего, у организмов данного уровня организации ярко проявляется низкая специализация и связанная с ней полифункциональность нейронов, поэтому нейроны предпочтительнее обозначать секретирующими.