Ученые из Национального научного центра морской биологии имени А. В. Жирмунского, Высшей школы экономики исследовали, МГУ имени М. В. Ломоносова изучили редкий вид морского беспозвоночного — форониду Phoronis embryolabi, обитающую в водах Японского моря. Этот вид отличается уникальной системой размножения, включающей развитие личинок внутри тела родителя и необычное строение сперматозоидов. Результаты исследования помогают понять эволюционные адаптации морских организмов к экстремальным условиям.
Phoronis embryolabi. Рамка указывает область, где расположены половые клетки / © Olga Yurchenko, Elena Temereva, Spermatogenesis and unique spermatozoa in the viviparous phoronid Phoronis embryolabi, Zoologischer Anzeiger, Volume 313, 2022
Исследование опубликовано в Zoologischer Anzeiger. Phoronis embryolabi — небольшой морской червь, практикующий живорождение, при котором личинки развиваются внутри тела родителя. Это важная адаптация к условиям обитания Phoronis embryolabi, который живет как комменсал (комменсализм — форма симбиотических отношений с другим организмом, при которых комменсал извлекает из них пользу, а организм-хозяин не получает ни вреда, ни пользы) в норах роющих креветок. Ученые обнаружили, что процесс размножения у этого вида сопровождается формированием сперматозоидов с необычной структурой.
Сперматозоиды представляют собой нитевидные клетки, способные двигаться в ограниченном пространстве тела. Они развиваются в особой вазоперитонеальной ткани (VPT), окружающей кровеносные сосуды. «Такое строение помогает сперматозоидам эффективно передвигаться в узких пространствах, заполненных клетками и эмбрионами», — отмечает Елена Темерева, профессор базовой кафедры ИБХ РАН факультета биологии и биотехнологии НИУ ВШЭ.
В отличие от других видов форонид, сперматозоиды которых имеют V-образную форму, у Phoronis embryolabi они сохраняют вытянутую форму на всех стадиях развития. Флагеллум (жгутик), необходимый для передвижения, плотно прилегает к телу клетки, что облегчает движение в узких пространствах полости тела. Это важно, так как внутри организма развивается множество зародышей и других клеток, создающих дополнительные трудности для передвижения сперматозоидов.
Сперматозоиды Phoronis embryolabi, классифицируемые как «интросперм», имеют уникальные адаптации, характерные для организмов с внутренним оплодотворением. Чтобы достичь яйцеклеток, они должны преодолевать плотные слои клеток и продвигаться через узкие пространства внутри тела. Исследователи обнаружили, что флагеллум этих сперматозоидов оснащен особым воротничком у основания, который вместе с волнообразными движениями позволяет им эффективно перемещаться даже в густой среде с высокой клеточной плотностью. Это напоминает движение некоторых одноклеточных паразитов, таких как трипаносомы, которые используют аналогичные механизмы для перемещения в вязкой среде.
Для сравнения: у других видов форонид, например Phoronis pallida и Phoronopsis harmeri, сперматозоиды имеют V-образную форму, где одна половина клетки представлена жгутиком, а другая содержит ядро и митохондрии. У Phoronis embryolabi все элементы сперматозоида тесно связаны между собой, что способствует более эффективному передвижению в ограниченных пространствах. Кроме того, их сперматозоиды короче, чем у других видов, что также может быть адаптацией к условиям обитания.
Изучение сперматогенеза и строения сперматозоидов у Phoronis embryolabi предоставляет важные данные о том, как организмы адаптируются к экстремальным условиям. Эти сведения помогают понять эволюцию репродуктивной биологии у морских беспозвоночных и факторы, повлиявшие на развитие сложных репродуктивных стратегий.
Уникальные адаптации сперматозоидов Phoronis embryolabi являются ключевой частью стратегии выживания этого вида. Способность передвигаться в узких пространствах и оплодотворять яйцеклетки в условиях, когда тело родителя заполнено эмбрионами и другими клетками, служит примером успешной эволюционной адаптации. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда.
