Морские пауки заново отрастили анальный бугорок и репродуктивные органы

Морские пауки способны восстанавливать утраченные задние отделы тела. В экспериментах они успешно отращивали удаленные анальный бугорок, два последних туловищных сегмента и соответствующие им конечности, мускулатуру и репродуктивные органы. Впрочем, столь выдающиеся способности к регенерации характерны только для молодых особей. Половозрелые морские пауки перестают линять и теряют способность возвращать утраченные части тела. Как отмечается в статье для журнала Proceedings of the National Academy of Sciences, морские пауки оказались единственными членистоногими, которые регенерируют не только конечности, но и части туловища.

Многие беспозвоночные умеют заново отращивать утраченные органы и части тела. Однако способности к регенерации в разных систематических группах этих животных выражены не в равной степени. Например, стрекающие, плоские черви и иглокожие могут полностью восстановиться даже из небольшого фрагмента тела. В то же время членистоногие (хелицеровые, ракообразные, многоножки и шестиногие, включая насекомых) в ходе линьки легко восстанавливают потерянные конечности и другие придатки, однако не способны регенерировать голову и сегменты туловища.

Предполагается, что членистоногие утратили способность заново отращивать голову и сегменты туловища из-за появления жесткой кутикулы, которую они сбрасывают во время линьки. Вероятно, этот признак каким-то образом вступает в противоречие с регенерацией. А поскольку кутикула возникла уже на ранних этапах эволюции группы линяющих (Ecdysozoa), в которую помимо членистоногих входят, например, круглые черви и тихоходки, не исключено, что членистоногие получили пониженные способности к регенерации от далеких предков.

В эту стройную. схему не вписывается одна необычная группа членистоногих — морские пауки (Pycnogonida), представители отдельного класса в подтипе хелицеровых. Несмотря на отдаленное сходство с настоящими пауками, эти беспозвоночные с причудливой анатомией приходятся им довольно далекими родственниками. Согласно некоторым сообщениям, морские пауки умеют восстанавливать не только оторванные конечности, но и потерянные части в задней половине тела. Представители ни одной другой группы членистоногих на это не способны.

Команда зоологов под руководством Георга Бреннеиса (Georg Brenneis) из Грайфсвальдского университета решила опытным путем проверить способности морских пауков к регенерации — на примере вида Pycnogonum litorale из Северной Атлантики. Исследователи отобрали 23 взрослых и молодых (начиная с пятой стадии развития) представителей данного вида и подвергли каждого из них ампутации. Одним особям отрезали только анальный бугорок — несегментированную структуру, которая идет за последним несущим ноги сегментом туловища и в которой расположены задняя кишка и анальное отверстие. Другим проводили более масштабные ампутации, удаляя не только анальный бугорок, но и, например, зачатки задних конечностей или несколько туловищных сегментов.

Все подопытные морские пауки пережили операцию. Однако двое из них умерли в течение следующих двух недель: одна особь, судя по всему, погибла из-за недоедания, а другая, которой удалили больше всего туловищных сегментов, не смогла правильно перелинять. Среди двадцати выживших морских пауков было шестнадцать молодых особей. После ампутации они перелиняли по крайней мере один раз. При этом утраченные части тела у них восстановились уже после первой линьки. В частности, четырнадцати молодым особям удалось восстановить анальный бугорок — а некоторым из них еще и последний сегмент туловища.

Напротив, ни один из четырех взрослых морских пауков, подвергшихся ампутации, не перелинял и не смог регенерировать. Двое из них умерли более чем через десять недель после операции, а еще двое прожили больше года — но утраченные части тела у них так и не восстановились. Таким образом, достигнув половой зрелости, морские пауки P. litorale перестают линять — и в результате теряют способность регенерации.

На следующем этапе Бреннеис и его соавторы решили проверить, насколько хорошо регенерируют молодые морские пауки, которые еще не стали половозрелыми, но уже приобрели характерный для взрослых особей план строения тела. Для этого они удалили четырем таким особям анальный бугорок и последний туловищный сегмент. После одной или двух линек подопытные пауки вернули утраченные части тела, причем при восстановлении последнего туловищного сегмента регенерировала и растущая на нем пара конечностей. Микрокомпьютерная томография подтвердила, что мускулатура и кишечник внутри регенерировавшего сегмента и анального бугорка восстановились без каких-либо отклонений.

Затем Бреннеис и его коллеги удалили у восьми молодых морских пауков анальный бугорок, последний и предпоследний туловищные сегменты. В результате этой операции подопытные особи лишились самого заднего вентрального ганглия. Четырем самым молодым морским паукам удалось восстановить предпоследний туловищный сегмент, на котором у них вырос новый анальный бугорок. Однако последний туловищный сегмент они регенерировать не смогли и остались шестиногими. А еще одна особь восстановила левую половину последнего туловищного сегмента и стала семиногой. Кроме того, один почти половозрелый морской паук регенерировал лишь незначительно, а еще двое не регенерировали совсем.

Судя по всему, регенерация определенного туловищного сегмента у морских пауков зависит от наличия ганглия в предыдущем туловищном сегменте. Если такой ганглий удалить, то соответствующий ему туловищный сегмент не восстановится. В то же время анальный бугорок восстанавливается всегда. Отсюлда можно сделать вывод, что данная структура представляет собой несегментированный тельсон (самый задний отдел тела членистоногих), а не редуцированное брюшко или комбинацию сегментов брюшка и тельсона.

Выводящие протоки репродуктивной системы (так называемые гонодукты и гонопоры) у морских пауков P. litorale открываются на задней паре конечностей, которая растет на последнем туловищном сегменте. Чтобы понять, как регенерация сказывается на этих органах, исследователи провели наблюдения за восемью особями, которым были ампутированы анальный бугорок и туловищные сегменты.

Оказалось, что молодые особи, лишившиеся анального бугорка и, частично или полностью, последнего туловищного сегмента, к моменту наступления половой зрелости отращивают нормальные задние конечности с развитыми гонопорами и гонодуктами. В то же время их сородичи, прошедшие через ампутацию последнего и предпоследнего туловищных сегментов и оставшиеся шестиногими после регенерации предпоследнего сегмента, обзавелись частично развитыми гонодуктами и гонопорами на третьей паре конечностей. А если морскому пауку удалить только часть предпоследнего сегмента, он отрастит нормальные гоноподукты и гонопоры на последней паре ног и уменьшенные — на предпоследней.

Результаты исследования подтверждают, что неполовозрелые морские пауки успешно регенерируют заднюю часть туловища, включая мускулатуру, кишечник и репродктивные органы. Ни в одной другой группе членистоногих такие способности к восстановлению утраченных органов до сих пор не фиксировались. Таким образом, гипотеза о том, что членистоногии стали хуже регенерировать из-за наличия жесткой кутикулы, не подтвердилась. Возможно, общий предок всех членистоногих также восстанавливал утраченные отделы тела на личиночной стадии, однако у всех его потомков, за исключением морских пауков, данный признак был утрачен.

Анатомия морских пауков чрезвычайно необычна. Сердца этих беспозвоночных бьются слишкои слабо, чтобы обеспечить кислородом все тело. Однако сложная система их кишок сокращается довольно энергично. Несколько лет назад зоологи выяснили, что сокращения кишок пауков не только обеспечивают пищеварение, но и перемещают по телу дыхательные газы.