Ablastica – Metazoa, не имеющие зародышевых листков

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Теория зародышевых листков - фундаментальное обобщение сравнительной и эволюционной эмбриологии, подкрепленное данными современных исследований развития на молекулярном уровне. Она подразумевает гомологию зародышевых листков у всех многоклеточных животных, а также происхождение гомологичных структур Metazoa из одних и тех же зародышевых листков. Теория зародышевых листков считается одним из доказательств единства происхождения всех Многоклеточных животных. Одна из нерешенных и широко обсуждаемых проблем в рамках данной теории - наличие зародышевых листков у губок (тип Porifera), одной из древнейших групп Metazoa. В настоящей статье мы обосновываем точку зрения о том, что среди Metazoa, кроме Diploblastica и Triploblastica, имеется третья группа животных, которую мы предлагаем называть Ablastica. Именно эту группу и составляют губки, у которых отсутствуют зародышевые листки.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. К. Дондуа

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: gonobol@mail.ru

биологический факультет, кафедра эмбриологии

Россия, Менделеевская линия, д. 5, Санкт-Петербург, 199034

Е. Л. Гонобоблева

Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: gonobol@mail.ru

биологический факультет, кафедра эмбриологии

Россия, Менделеевская линия, д. 5, Санкт-Петербург, 199034

Список литературы

  1. Беклемишев В. Н. Основы сравнительной анатомии беспозвоночных. Том 1. Проморфология. Стр. 46–49; Том 2. Органология. М.: Наука, 1964. Стр 169.
  2. Вестхайде В, Ригер Р. Зоология беспозвоночных. Т. 1. От простейших до моллюсков и артропод. М.: Изд-во КМК. 2008. 512 с.
  3. Гонобоблева Е. Л. Формирование пластов поляризованных клеток (эпителизация) в эмбриональном развитии губок // Тр. С-Петерб об-ва естествоисп. 2009. Сер. 1. Т. 97. Стр. 89–102.
  4. Ересковский А. В. Сравнительная эмбриология губок (Porifera). СПб: Изд. СПбГУ, 2005. 304 с.
  5. Иванов П. П. Общая и сравнительная эмбриология. М.-Л.: Биомедгиз, 1937. 812с.
  6. Иванова-Казас О. М. Сравнительная эмбриология беспозвоночных животных. Простейшие и низшие многоклеточные. Новосибирск: Наука, 1975. 372 с.
  7. Иванова-Казас О. М. Эволюционная эмбриология животных. СПб.: Наука, 1995. 565 с.
  8. Короткова Г. П. Общая характеристика организации губок // Труды Биол. НИИ ЛГУ. Морфогенезы у губок. 1981. № 33. С 5–91.
  9. Короткова Г. П. Половой эмбриогенез губок и закономерности его эволюции // Труды Биол. НИИ ЛГУ. Морфогенезы у губок. 1981. № 33. С 108–136.
  10. Короткова Г. П. Регенерация животных. СПб: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 1997. 479 с.
  11. Малахов В. В. Загадочные группы морских беспозвоночных. М.: Изд-во МГУ, 1990. 145 с.
  12. Мечников И. И., 1877. О пищеварительных органах пресноводных турбеллярий // Записки Новоросс. Общ. Естествоисп. Т. 5, № 1 С. 1–12.
  13. Светлов П. Г. О значении теории зародышевых листков в современной науке // Арх. Анат. Гист. и эмбр. 1963. Т. 44. № 4. С. 7–25.
  14. Adamska M. Sponges as models to study emergence of complex animals // Curr. Opin. Genet. Dev. 2016. V. 39. P. 21–28. https://doi.org/10.1016/j.gde.2016.05.026
  15. Allman G. J. On the anatomy and physiology of Cordylophora, a contribution to our knowledge of the tubularian zoophytes // Proc. R. Soc. Lond. 1853. V. 6. № 97. P. 319–321.
  16. Amano S., Hori I. Metamorphosis of calcareous sponges. II. Cell rearrangement and differentiation in metamorphosis // Invertebr. Reprod. Dev. 1993. V. 24. P. 13–26. https://doi.org/10.1080/07924259.1993.9672327
  17. Amano S., Hori I. Metamorphosis of coeloblastula performed by multipotential larval flagellatedcells in the calcareous sponge Leucosolenia laxa. // Biol. Bull. 2001. V. 200. P. 20–32. doi: 10.2307/1543082
  18. Baer K. E. Über Entwickelungsgeschichte der Thiere. Beobachtung und Reflexion. I Theil. Königsberg: Bei den Gebrüdern Bornträger. 1828. P. 1–271
  19. Beklemishev V. N. Principles of comparative anatomy of invertebrates. Volume 2: Organology, Chicago: University of Chicago Press, 1969. P. 195.
  20. Borojevic R. Ètude expérimentale de la différenciation des cellules de l’éponge au cours de son développement // Dev. Biol. 1966. V. 14. P. 130–153.
  21. Borojevic R. Etude du développement et de la differentiation cellulaire d’éponges calcaires Calcinées (genres Clathrina et Ascandra) // Ann/ Embryol. Morph. 1969. V. 2. P. 15–36.
  22. Borojevic R. Différenciation cellulaires dans l’embryogenèse et la morphogenèse chez les Spongiaires // The biology of the Porifera. Symp. Zool. Soc. Ed. W. G. Fry. London. V. 25. P. 267–290.
  23. Boury-Esnault N., Ereskovsky A. V., Bezac C., et al. Larval development in Homoscleromorpha (Porifera, Demospongiae) first evidence of basal membrane in sponge larvae // Invert. Biol. 2003. V. 122. P. 187–202. https://doi.org/10.1111/j.1744–7410.2003.tb00084.x
  24. Brusca R., Brusca G. Invertebrates. Sinauer Associates; 2nd edition, 2003. 936 p.
  25. Calder D. R. George James Allman (1812–1898): pioneer in research on Cnidaria and freshwater Bryozoa // Zootaxa. 2015. V. 4020 N. 2. P. 201–243. doi: 10.11646/zootaxa.4020.2.1
  26. Colgren J., Nichols S. A. The significance of sponges for comparative studies of developmental evolution // WIREs Dev. Biol. 2020. V.9. e359. P. 1–16. doi: 10.1002/wdev.359
  27. Degnan B. M., Adamska M., Richards G. S., Larroux C., et al. Porifera.// In: Evolutionary Developmental Biology of Invertebrates 1: Introduction, Non-Bilateria, Acoelomorpha, Xenoturbellida, Chaetognatha. (ed. Wanninger, A.). SpringerVerlag. 2015. P. 65–106. https://doi.org/10.1007/978–3–7091–1862–7
  28. Delage Y. Embryogenese des eponges silicieus // Arch. Z. Exp. Gen. 1892. T. 10. P. 345–498.
  29. Dondua A. K., Kostyuchenko R. P. Concerning One Obsolete Tradition: Does Gastrulation in Sponges Exist? // Russ. J. Dev. Biol. V. 2013. 44. N5. P. 267–272. doi: 10.1134/S1062360413050020
  30. Edgar R., Mazor Y., Rinon A. et al. LifeMap Discovery: The Embryonic Development, Stem Cells, and Regenerative Medicine Research Portal // PLoS One. 2013 V. 8(7). P. 1–13. doi: 10.1371/journal.pone.0066629.
  31. Eerkes-Medrano D., Leys S. P. Ultrastructure and embryonic development of a syconoid calcareous sponge // Invertebr. Biol. 2006. V. 125. P. 177–194. doi: 10.1016/j.zool.2021.125984
  32. Efremova S. M. Once more on the position among Metazoa – Gastrulation and germinal layers of sponges // In: Modern problems of Poriferan biology. Eds. A. V. Ereskovsky, H. Keupp, R. Kohring. Berliner geowiss. Abh. 1997. E20. P. 7–15.
  33. Ereskovsky A. V. The Comparative Embryology of Sponges, Springer Nature, 2010. 698 p.
  34. Ereskovsky A., Borisenko I. E., Bolshakov F. V., Lavrov A. I. // Genes. 2021. V. 12, 506. https://doi.org/10.3390/genes12040506
  35. Ereskovsky A. V., Boury-Esnault N: Cleavage pattern in Oscar.ella species (Porifera, Demospongiae, Homoscleromorpha): transmission of maternal cells and symbiotic bacteria // J Nat Hist. 2002. V. 36. P. 1761–1775. https://doi.org/10.1080/00222930110069050
  36. Ereskovsky A. V., Dondua A. K. The problem of germ layers in sponges (Porifera) and some issues concerning early metazoan evolution // Zool. Anz. 2006. V. 245. I. 2. P. 65–76. https://doi.org/10.1016/j.jcz.2006.04.002
  37. Ereskovsky A. V., Tokina D. B., Bezac Ch. et al. Metamorphosis of Cinctoblastula Larvae (Homoscleromorpha, Porifera). // J. Morphol. 2007. V. 268. P. 518–528. doi: 10.1002/jmor.10506
  38. Fortunato S., Adamski M., Adamska M. Comparative analyses of developmental transcription factor repertoires in sponges reveal unexpected complexity of the earliest animals // Mar. Genomics. 2015. V. 24. P. 121–129. doi: 10.1016/j.margen.2015.07.008
  39. Franzen W. Oogenesis and larval development of Scypha ciliata (Porifera, Calcarea) // Zoomorphology. 1988. V. 107. P. 349–357. https://doi.org/10.1007/BF00312218
  40. Funayama N. Stem Cell System of Sponge // In: Stem Cells: From Hydra to Man. T.C.G. Bosch (ed.). Springer Science + Business Media B. V. 2008. P. 17–35. doi: 10.1007/978–1–4020–8274–0_2
  41. Funayama N. The stem cell system in demosponges: suggested involvement of two types of cells: archeocytes (active stem cells) and choanocytes (food-entrapping flagellated cells) // Dev. Genes Evol. 2013. V. 223. P. 23–38. doi: 10.1007/s00427–012–0417–5
  42. Godefroy N., Goff E., Martinand-Mari C. et al. Sponge digestive system diversity and evolution: filter feeding to carnivory // Cell Tissue Res. 2019. V. 377(3). P. 341–351. doi: 10.1007/s00441–019–03032–8.
  43. Gonobobleva E. L., Ereskovsky A. V. Metamorphosis of the larva of Halisarca dujardini (Demospongiae, Halisarcida) // Bull. Inst. R. Sci. nat. Belg. Biol. 2004. V. 74. P. 101–115.
  44. Haeckel E., Generelle Morphologie der Organismen. Georg Reimer, Berlin. 1866.
  45. Haeckel E. Die Gastrea-Theorie, die philogenetische Classification der Thierreichs und die Homologie der Keimblätter // Jena. Z. Naturw. 1874. Bd.8. S.1–55.
  46. Hall B. K. Germ Layers and the Germ-Layer Theory Revisited // In: Hecht, M.K., Macintyre, R.J., Clegg, M.T. (eds) Evolutionary Biology. Evolutionary Biology. Springer, Boston, MA. 1998. V. 30. P. 121–186. https://doi.org/10.1007/978–1–4899–1751–5_5
  47. Hutchins A. P., Yang Z., Li Y. et al. Models of global gene expression define major domains of cell type and tissue identity // Nucleic Acids Res. 2017. V. 45(5). P. 2354–2367. doi: 10.1093/nar/gkx054.
  48. Huxley T. G. On the anatomy and the affinities of the family of Medusae // Philosophical Trans. 1849. T.II. P. 425.
  49. Ivanova L. V. New data about morphology and metamorphosis of spongillid larvae (Porifera, Spongillidae). 2. The metamorphosis of the spongillid larvae // In: Modern problems of Poriferan biology. Eds. A. V. Ereskovsky, H. Keupp, R. Kohring. Berliner geowiss. Abh. 1997. E20. P. 73–91.
  50. Kowalevsky A. O. Embryologisсhe Studien an Würmen und Arthropoden // Mèm. Acad. Sci. St.-Petersb. 1871. Sér. 7. T. 16. S. 1–70.
  51. Kraus Y. A., Markov A. V. Gastrulation in Cnidaria: The key to an understanding of phylogeny or the chaos of secondary modifications? // Biology Bulletin Reviews. 2017. V.7. P. 7–25.
  52. Lee W. L. Reiswig H. M., Austin W. C., Lundsten L. An extraordinary new carnivorous sponge, Chondrocladia lyra, in the new subgenus Symmetrocladia (Demospongiae, Cladorhizidae), from off of northern California, USA // Invertebr. Biol. 2012. V. 131(4). P.
  53. Leininger S., Adamski M., Bergum B. et al. Developmental gene expression provides clues to relationships between sponge and eumetazoanbody plans // Nat. Commun. 2014. V. 5. P. 1–15. doi: 10.1038/ncomms4905
  54. Leys S. P., Degnan B. M. Embryogenesis and metamorphosis in a haplosclerid demosponge: gastrulation and transdifferentiation of larval ciliated cells to choanocytes // 2002. Invertebr. Biol. V. 121. N. 3. P. 171–189. https://doi.org/10.1111/j.1744–7410.2002.tb00058.x
  55. Leys S.P, Ereskovsky A. V. Embryogenesis and larval differentiation in sponges // 2006. Can. J. Zool. V. 84. N. 2. P. 262–287. https://doi.org/10.1139/z05–170
  56. Leys S.P, Hill A. The Physiology and Molecular Biology of Sponge Tissues // In; Mikel A. Becerro, Maria J. Uriz, Manuel Maldonado and Xavier Turon, editors. The Netherlands: Amsterdam, Academic Press. 2012. Adv. Mar. Biol. V. 62. P. 3–56. doi: 10.1016/B978–0–12–394283–8.00001–1
  57. Maas, O. Über die Entwicklung karbonatfreier and kalifreier Salzlösungen auf erwachsene Kalkschwämme und auf Entwicklungsstadien derselben // Roux’Arch. Entwicklungsmech. 1906. V. 22. P. 581–599.
  58. Malakhov V. V. Major stages in the Evolution of Eukaryotic Organisms // Paleontol. J. 2003. V. 37. N. 6. P. 584–591.
  59. M. Maldonado, P. Bergquist. Phylum Porifera // In Atlas of marine invertebrate larvae, (Eds: C. M. Young, M. A. Sewel, M. E. Rice), Academic, Barcelona 2001, P. 21–51.
  60. Maldonado M., Ribes M. and Duyl F. C. Nutrient Fluxes Through Sponges: Biology, Budgets, and Ecological Implications In Mikel A. Becerro, Maria J. Uriz, Manuel Maldonado and Xavier Turon, editors. The Netherlands: Amsterdam, Academic Press. 2012. Adv. Mar. Biol. V. 62. P. 113–182. doi: 10.1016/B978–0–12–394283–8.00003–5
  61. Manuel M. Early evolution of symmetry and polarity in metazoan body plans. // C. R. Biol. 2009. V. 332. I. 2–3. P. 184–209. doi: 10.1016/j.crvi.2008.07.009
  62. Metschnikoff E.,1874. Embryologische Studien an Medusen.Wien.159 S.
  63. Metschnikoff E. Vergleichend embryologische Studien. III. Über die Gastrula einiger Metazoa // Zeitschr. wiss. Zool. 1880. Bd. 37. S. 286–313.
  64. Meewis H. Contribution a l’etude de l’embryogenese des Myxospongiae: Halisarca lobularis (Schmidt) // Arch Biol Liege. 1938. V. 59. P. 1–66.
  65. Meewis H. Contribution a l’étude de l’embryogénese de Chalinulidae: Haliclona limbata. Ann. Soc. R. Zool. Belg. 1939. V. 70. P. 201–243.
  66. Meewis H. Contribution a l’étude de l’embryogénese des éponges siliceuse. Ann. Soc. R. Zool. Belg. 1941. V. 72. P. 126–149.
  67. Musser J. M., Schippers K. J., Nickel1 M. et al Profiling cellular diversity in sponges informs animal cell type and nervous system evolution // Science. 2021. V. 374. P. 717–723. doi: 10.1126/science.abj294
  68. Nájera G. S., Weijer C. J. The evolution of gastrulation morphologies // Development. 2023. V.150(7). dev200885.DOI: https://doi.org/10.1242/dev.200885
  69. Nakanishi, N., Sogabe, S., Degnan, B. Evolutionary origin of gastrulation: Insights from sponge development // BMC Biology. 2014. V. 12. N. 26. P. 1–9. doi: 10.1186/1741–7007–12–26
  70. Nielsen C. Animal Evolution: Interrelationships of the Living Phyla (third edition), Oxford: University Press, 2001. 1–563 p.
  71. Pander Ch. Dissertatio inauguralis sistens historiam metamorphoseos, quam ovum incubatum prioribusquinque diebus. Wirceburgi, 1817. 1–69 p.
  72. Rathke M. H. Flusskrebs. // Isis von Oken, 1825. Erster Band. Heft X. S. 1093–1100. Richardson M. K. Theories, laws, and models in evo-devo // J Exp Zool B Mol Dev Evol. 2021. V. 338(1–2). P. 1–26. doi: 10.1002/jez.b.23096.
  73. Riesgo A., Taylor C., Leys S. Reproduction in a carnivorous sponge: the significance of the absence of an aquiferous system to the sponge body plan // Evolution and Development. 2007. V. 9 (6). P. 618–631. https://doi.org/10.1111/j.1525–142X.2007.00200.x
  74. Sebé-Pedrós A., Chomsky E., Pang K. et al. Early metazoan cell type diversity and the evolution of multicellular gene regulation // Nat Ecol Evol. 2018. V. 2(7). P. 1176–1188. doi: 10.1038/s41559–018–0575–6.
  75. Simpson T. L. The cell biology of Sponges. New York: Springer-Verlag, 1984. 662 p.
  76. Schönberg C. H.L. No taxonomy needed: Sponge functional morphologies inform about environmental conditions // Ecol. Indic. 2021. V. 129. 107806. P. 1–30. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2021.107806
  77. Steinmetz P. R. A non-bilaterian perspective on the development and evolution of animal digestive systems. // Cell and tissue research. 2019. V. 377(3). P. 321–39.
  78. Tarashansky A. J., Musser J. M., Khariton M. et al. Mapping single-cell atlases throughout Metazoa unravels cell type evolution // Elife. 2021. V. 10. P. 1–24. doi: 10.7554/eLife.66747.
  79. Vacelet J, Boury-Esnault N. Carnivorous sponges // Nature. 1995. V. 373. P. 333–335. https://doi.org/10.1038/373333a0
  80. Vacelet J, Duport E. Prey capture and digestion in the carnivorous sponge Asbestopluma hypogea (Porifera: Demospongiae) // Zoomorphology. 2004. V. 123. P. 179–190. doi: 10.1242/jeb.072371
  81. Weisswnfels N. Biologie und Mikroskopische Anatomie der Süßwasserschwämme (Spongillidae). New York: Fisher. 1989. 110p.
  82. Wolff C. F. De formatione intestinorm praecipue tum et de amnio spurioiisque partibus embryonis gallinacei, nondum visis. Observationes, in ovis incubatis institutae, I – III. Novi commentarii Academiae Imp. Scientiarum Petropolitanae, t. XII. 1766–1767, 1768, s.403–507; t.XIII (1768–1769).
  83. Wolff, C. F. (1768; 1769). De formatione intestinorum praecipue, tum et de amnio spurio, aliisque partibus embryonis gallinacei nondum visis. // Novi commentarii Academiae Scientiarum Imperialis Petropolitanae. T. XII. S. 403–507; T. XIII.
  84. WPD (The World Porifera Database) // https://www.marinespecies.org/porifera/

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема однооскулюмной губки, по Weissenfels, 1989, с изменениями. ап – атриальная полость, вк – выносящий канал водоносной системы, м – мезохил, ос – оскулум, оц – ооцит, п – пора, пк – приносящий канал водоносной системы, сп – спикула, хк – хоаноцитная камера, эм – эмбрион. Стрелками указано направление потока воды через тело губки.

Скачать (116KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Эмбриональное развитие однослойных (бластульных) личинок губок. а-д – эмбриональное развитие известковой губки Ascandra minchini (Calcarea, Calcinea) и личинка – кальцибластула Leucosolenia (?) laxa (Calcarea, Calcinea) (по материалам статей: Borojevic, 1969; Amano, Hori, 1993. Рисунки а-г из: Гонобоблева, 2009). Полное равномерное дробление (а, б) завершается формированием однослойной целобластулы (в, г). Радиальные плоскости делений клеток зародыша сохраняются до конца эмбриогенеза, что приводит к формированию однослойной личинки (д). В полости личинки присутствуют гранулярные амебоциты материнского происхождения. В задней полусфере, среди жгутиковых клеток, локализованы предположительно светочувствительные клетки (д). е–к – эмбриональное развитие и личинка – амфибластула известковой губки Sycon sp (Calcarea, Calcaronea) (по материалам статей: Franzen, 1988; Amano, Hori, 2001; рисунки е-и из: Гонобоблева, 2009). Полное дробление приводит к формированию ~ 64 кл. целобластулы (ж). Радиальные плоскости делений и процессы дифференцировки приводят к формированию стомобластулы (з). Передний полюс стомобластулы образован ресничными клетками, апикальная часть которых обращена в полость зародыша, а задний полюс состоит из крупных зернистых клеток. После выворачивания (экскурвации) стомобластулы образуется личинка – амфибластула (и, к). л-п – эмбриональное развитие и личинка – цинктобластула Oscarella tuberculata (Homoscleromorpha) (по материалам статей: Ereskovsky, Boury-Esnault, 2002; Boury-Esnault et al, 2003; рисунки л-о из: Гонобоблева, 2009).Полное, не вполне равномерное, анархическое дробление (л) приводит к формированию морулы (м). В результате эпителизации, охватывающей все клетки зародыша (н, о), формируется однослойная личинка – цинктобластула. В полости личинки находятся симбиотические бактерии (п).

Скачать (235KB)
Метаданные
4. Рис. 3. А-Д: Эмбриональное развитие и личинка – паренхимула Adocia cinerea (Demospongiae, Haplosclerida) (по материалам статьи Meewi, 1941). а-г: дифференцировка и сортировка клеток зародыша на примере отдельных типов клеток. Полное, неравномерное и неупорядоченное дробление приводит к формированию морулы. На стадии ~ 2000-4000 клеток начинается дифференцировка клеток зародыша (А). На поверхности морулы, состоящей из морфологически однородных клеток, появляются склеробласты, образующие личиночные спикулы. Б - асимметричное деление клеток морулы приводит к появлению двух типов клеток – мелкие и крупные амёбоидные клетки (микромеры (ми) и макромеры (ма), согласно номенклатуре Генриетты Меви). В – начало сортировки клеток: мелкие клетки (ми) мигрируют на периферию, а крупные (ма) к центру зародыша. Склеробласты со спикулами также перемещаются внутрь зародыша. Г – стадия предличинки. Мелкие клетки сплотились на поверхности и постепенно формируют жгутиковый эпителий, появляется морфологически выраженная переднезадняя полярность. Е – личинка-паренхимула. Условные обозначения: ак – внутренние амёбоидные клетки личинки, гк – глобулярные клетки, жк – наружные жгутиковые клетки, ма – макромеры, жёлтый цвет, ми – микромеры, голубой цвет, сц – склероциты, зелёный цвет, сп – спикулы, эк – эмбриональная капсула.

Скачать (460KB)
Метаданные
5. Рис.4. Кладограмма, отражающая отношения между первичными Metazoa показывает существование двух групп, которые мы назвали Ablastica и Blastica. Онтогенез Ablastica характеризуется отсутствием гаструляции, зародышевых листков и пищеварительной полости. Blastica – линия, в которой появляются зародышевые листки (эктодерма и энтодерма у Diploblastica, или эктодерма, энтодерма и мезодерма у Triploblastica). Пищеварение осуществляется в кишечнике, сформированном из внутреннего зародышевого листка – энтодермы.

Скачать (156KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024