Дифференциация клеток гемолимфы земляного шмеля Bombus terrestris

Гемолимфа насекомых как ткань внутренней среды, её роль в жизнедеятельности организма. Изучение процессов дифференциации клеточных элементов гемолимфы в постэмбриональный период развития шмеля. Описания развития прогемоцитов личинок и белых куколок.

Рубрика Биология и естествознание
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 22.07.2013
Размер файла 249,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ КЛЕТОК ГЕМОЛИМФЫ ЗЕМЛЯНОГО ШМЕЛЯ BOMBUS TERRESTRIS ( L.)

Лопатина И.К.

Гемолимфа насекомых как ткань внутренней среды играет исключительно важную роль в жизнедеятельности организма. В ней сосредоточены и функционируют различные подвижные клеточные элементы - гемоциты, состав и количественное соотношение которых могут изменяться под воздействием внутренних и внешних факторов, позволяя организму адаптироваться к условиям окружающей среды. Количество и соотношение клеток гемолимфы в периферической крови определяется интенсивностью гемоцитопоэза и процессами дальнейшей дифференциации гемоцитов. Довольно подробно изучены процессы гемопоэза у позвоночных животных. В то же время о наличии и организации органов кроветворения у насекомых, а также о факторах, обуславливающих то или иное направление дифференциации развивающихся клеток, в литературе имеются весьма разноречивые сведения. Существовало мнение, что в постэмбриональный период у насекомых отсутствуют локализованные очаги кроветворения, гемопоэз происходит диффузно, в гемолимфе, за счет оставшихся с зародышевого развития недифференцированных клеток (Богоявленский,1932).

В тоже время у разных групп беспозвоночных животных были описаны скопления мелких базофильных клеток, расположенные по ходу кровеносных сосудов, которым приписывалась кроветворная функция (Заварзин,1945).

В дальнейшем многие авторы подтверждают данное предположение. Гемоцитопоэтические органы были обнаружены на уровне дорсальной диафрагмы у прямокрылых (Hoffmann,1970), в области дорсального сосуда последних брюшных сегментов у личинок майского жука (Brechelin, 1973), в перикардиальной полости и около аорты у тополевого пилильщика (Запольских, 1979) и у ряда других насекомых.

Серьезную и до конца не разрешенную проблему представляет вопрос о гистогенетических отношениях клеточных элементов гемолимфы и последовательности дифференциации гемоцитов. В данной работе предложен материал по изучению процессов дифференциации клеточных элементов гемолимфы в постэмбриональный период развития шмеля Bombus terrestris (L)

Материал и методика

Для проведения исследования были взяты личинки 1-IV возрастов, белые куколки и имаго земляного шмеля. Гемолимфу личинок получали путем укола иглой в ложноножку, у куколок и имаго - путем прокалывания спинного кровеносного сосуда в области брюшка. У личинок срезали кутикулу на спинной стороне тела, в области перикардия и прижимали поверхность предметного стекла к срезу, в результате этого на мазок попадали клетки, находящиеся в прикрепленном виде. Полученные мазки гемолимфы и мазки-отпечатки фиксировали смесью Карнуа, метиловым спиртом и нейтральным формалином, затем окрашивали по Романовскому-Гимза и кислым гемалауном по Майеру. Для выявления ДНК использовали реакцию Фельгена, а также метиловый зеленый-пиронин для выявления ДНК и РНК. Белки окрашивали бромфеноловым синим, полисахариды определяли с помощью реакции ШИК, для выявления гликогена использовали раствор Люголя. Для выявления липидов и нейтральных жиров использовали судан черный В и судан красный III. Цитохимический анализ проводили с ферментативным контролем.

Результаты и обсуждение

В гемолимфе земляного шмеля B. terrestris в соответствии с классификацией Сиротиной М.И. и Черной Г.С. (1965) нами были выделены следующие типы гемоцитов: прогемоциты, макронуклеоциты, фагоциты, сферулоциты и эноцитоиды. Исследования показали, что в ходе онтогенеза количественное соотношение данных типов гемоцитов изменяется в зависимости от стадии развития насекомого и определяется процессами гемоцитопоэза. Полученные нами мазки - отпечатки перикардиальной полости личинок земляного шмеля, позволили определить наличие участков, представляющих скопление довольно крупных клеток (до 9мкм), с относительно слабо конденсированным хроматином в ядре. По морфологическим особенностям они сходны с фрагментами гемоцитотворной ткани тополевого пилильщика (Запольских, 1979). Такие клетки способны к активному митотическому делению и, по-видимому, являются предшественниками прогемоцитов. Клетки, обнаруженных фрагментов кроветворной ткани морфологически однородны и могут быть определены как гемоцитобласты. При дальнейшем их развитии образуются прогемоциты, которые отличаются меньшими размерами (6.5-7.5 мкм) и более высокой степенью базофильности цитоплазмы. Клетки имеют довольно крупное ядро. У прогемоцитов личинок хроматин ядра мелкозернистый, у куколок и имаго хроматин выявляется иногда в виде плотного клубка. В цитоплазме прогемоцитов шмелей обнаружено высокое содержание РНК и белка, жировые капли и включения гликогена не встречаются.

Прогемоциты циркулирующие в гемолимфе, сохраняют способность к митозу и дальнейшей дифференциации. Число делящихся прогемоцитов составляет у личинок 1 возраста 5-6%, затем наблюдается снижение митотической активности до 3-4% у личинок 3 возраста и до 2% у белых куколок. На стадии имаго митотический индекс равен 1%. В гемолимфе шмеля, особенно у личинок ранних возрастов, можно наблюдать образование скоплений молодых гемоцитов, содержащих делящиеся прогемоциты и клетки, находящиеся на разных стадиях дифференциации. Наличие большого количества промежуточных форм между прогемоцитами и другими группами дифференцированных гемоцитов, позволяет считать их источником развития всех специализированных клеток гемолимфы. Наши наблюдения вполне согласуются с предположением о происхождении всех типов гемоцитов от единой первоначальной клетки (Price and Ratcliffe, 1974). Исследование процессов формирования зрелых клеток гемолимфы у личинок шмеля показало, что дифференциация гемоцитов происходит в двух направлениях с развитием нескольких линий клеток. Схема дифференциации гемоцитов личинок и белых куколок представлена на рисунке 1.

Первое направление связано с образованием двух линий клеток: микрофагоцитов и сферулоцитов (рис. 1, в, г). Микрофагоциты представляют собой наиболее мелкие фагоциты личинок и белых куколок шмеля, длина их клетки не превышает 10.5 мкм. Для дифференциации микрофагоцитов характерно изменение конденсации хроматина в ядре, который представлен относительно крупными хроматиновыми глыбками, и изменение формы клетки, она становится овальной или веретеновидной. В цитоплазме появляются вакуоли, их содержимое дает положительную реакцию на белки и полисахариды, иногда обнаруживаются жировые включения.

При образовании сферулоцитов в околоядерной области цитоплазмы, формируются две или три сферические вакуоли с белковым содержимым или белковыми гранулами. Накопление массы цитоплазмы сферулоцитов идет постепенно, одновременно с процессами дифференциации, поэтому у молодых сферулоцитов, имеющих небольшую величину, уже появляются сферические вакуоли, размеры которых увеличиваются пропорционально размерам клетки. Хроматин ядра принимает нитевидную структуру, хроматиновые глыбки четко не просматриваются. У зрелых сферулоцитов ядро смещается и, обычно, расположено эксцентрично. В конце развития личинки сферулоциты исчезают и в гемолимфе предкуколок не обнаруживаются.

При другом направлении развития прогемоцитов личинок и белых куколок происходит формирование макронуклеоцитов (рис. 1,б), которые в гемолимфе личинок составляют довольно многочисленную группу клеток. Макронуклеоциты представляют собой клетки с крупным ядром и относительно небольшим объемом цитоплазмы. Появление в гемолимфе макронуклеоцитов связано с интенсивностью процессов дифференциации клеток. Существует предположение о том, что у разных насекомых длительность процессов развития прогемоцитов различна, например, у пчел и муравьев развитие прогемоцитов идет быстрыми темпами и молодые формы специализированных гемоцитов уже имеют заметные характерные особенности, позволяющие выделять их как определенный тип клеток. У личинок земляного шмеля, прогемоциты, вступившие на путь дифференцировки, сохраняя малую степень дифференциации, заметно увеличиваются в размерах и переходят в следующую стадию развития - макронуклеоциты, которые в дальнейшем образуют ряд специализированных клеток гемолимфы. Такая поздняя дифференциация характерна для тех гемоцитов, которые должны иметь к началу дифференциации значительный объем цитоплазмы (Запольских, 1987).

Рис. 1. Схема дифференциации гемоцитов личинок и белых куколок шмеля B.terestris ( увел. об.40, ок.15)

гемолимфа клеточный шмель постэмбриональный

Прогемоциты (а), макронуклеоциты (б), микрофагоциты (в), сферулоциты (г), веретеновидные фагоциты (д), амебоидные фагоциты (е), эноцитоиды (ж), макрофагоциты (з).

Изучение морфологии макронуклеоцитов личинок и белых куколок земляного шмеля показало, что они сохраняют признаки малой дифференциации: ядерно-цитоплазматическое соотношение, характерное для прогемоцитов, плотно-зернистую структуру хроматина, интенсивную базофилию клетки, свидетельствующую о высокой концентрации РНК, способность к митотическому делению. Митотический индекс макронуклеоцитов равен 1-2%. Эти особенности морфологии макронуклеоцитов, общие для всей системы малодифференцированных гемоцитов, позволяют отнести их в группу пролиферирующих клеток. Но по сравнению с прогемоцитами, макронуклеоциты имеют более высокую степень дифференциации, на это указывает появление в цитоплазме вакуолей, содержащих полисахариды и липиды, а также наличие способности к образованию цитоплазматических отростков, определяющих фагоцитарные функции. Дальнейшая дифференциация макронуклеоцитов личинок приводит к образованию двух типов гемоцитов: фагоцитов и эноцитоидов (рис. 1, в,д,ж). Макронуклеоциты образуют при дифференциации веретеновидные и амебоидные фагоциты.

Для дифференцирующихся фагоцитов личинок и белых куколок характерно изменение формы и размеров клеток. Веретеновидные фагоциты приобретают удлиненную форму, с двумя цитоплазматическими отростками, длина и форма которых может быть различна. Длина клетки достигает 16 мкм. Форма амебоидных фагоцитов более разнообразна и определяется количеством и формой многочисленных цитоплазматических отростков. Зрелые клетки крупные, около 18 мкм в диаметре.

В ходе дифференциации фагоцитов ядро приобретает зернистую структуру, с немногочисленными хроматиновыми глыбками и тремя ядрышками. В цитоплазме формируется система вакуолей, особенно хорошо развитая у амебоидных фагоцитов. Большая часть мелких вакуолей расположена в периферической области клетки, где они собраны в группы. Содержимое вакуолей дает положительную реакцию на белки, иногда обнаруживаются полисахариды. В зрелых фагоцитах наблюдается появление гранул гликогена. Постоянными компонентами цитоплазмы являются жировые капли, более крупные у амебоидных фагоцитов, они обнаруживаются, в основном, в периферических частях цитоплазмы, где также сконцентрированы сложные белковые комплексы в виде липопротеидов и гликопротеидов. В гемолимфе белых куколок земляного шмеля в результате дифференциации макронуклеоцитов образуется особый класс фагоцитов - макрофагоциты (рис. 1, е), которые не встречаются в гемолимфе личинок. Макрофагоциты были обнаружены у ряда насекомых и определены как клетки участвующие в гистолизе личиночных тканей (Запольских, 1979). Молодые макрофагоциты имеют округлую или овальную форму, зрелые клетки приобретают амебоидную форму, с короткими и мощными цитоплазматическими отростками. У зрелых клеток небольшое мелкозернистое ядро часто располагается эксцентрично и не всегда хорошо просматривается в интенсивно окрашенной цитоплазме. В процессе дифференциации и роста клетки происходит накопление в цитоплазме большого количества белково-углеводных и жировых включений. В ходе роста макрофагоциты могут достигать 40 мкм в диаметре.

В процессе дифференциации эноцитоидов (рис. 1,з), которые встречаются только в гемолимфе личинок шмеля B. terrestris, наблюдается довольно характерное изменение структуры ядра. У молодых эноцитоидов ядро занимает центральную часть клетки, хроматин конденсируется в глыбки овальной формы, расположенные в ядре равномерно. У зрелых клеток глыбки четко выражены, их число не менее 14. В цитоплазме молодых эноцитоидов обнаруживается высокое содержание РНК, которое снижается в процессе дифференциации клетки и остается высоким лишь в периферической области. Перинуклеарное пространство эноцитоидов слабо окрашивается азур-эозином, вероятно здесь, как и у большинства перепончатокрылых насекомых, сконцентрированы органоиды: митохондрии и аппарат Гольджи. (Devauchelle, 1971). В периферической зоне цитоплазмы эноцитоидов начинают накапливаться мелкие вакуоли, которые постепенно заполняют всю цитоплазму, в их содержимом выявляются белки. Жировые включения в цитоплазме эноцитоидов отсутствуют. Встречаются мелкие зерна гликогена, изредка белковые гранулы.

Изучение состава гемоцитов куколок и имаго земляного шмеля показало, что в гемолимфе темной куколки происходит полная смена личиночных гемоцитов на имагинальные. Дифференциация гемоцитов имаго шмеля представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Схема дифференциации гемоцитов имаго B. terrestris ( увел. об.40, ок.15): прогемоциты (а), нейтрофильные фагоциты (б), сферулоциты (в).

На схеме видно, что у имаго земляного шмеля прогемоциты (рис 2,а) являются источником развития двух типов клеток гемолимфы: фагоцитов и сферулоцитов. Макронуклеоциты, выявленные в гемолимфе личинок, у имаго не обнаруживаются, что связано с более высокой скоростью процессов дифференциации прогемоцитов и образования специализированных клеток у имаго, по сравнению с личинками. С быстро протекающими процессами диференциации прогемоцитов возможно связано уменьшение митотического индекса у имаго до 1%. Вероятно, у имаго регенерация прогемоцитов обеспечивается в большей степени клетками кроветворной ткани. Для дифференцирующихся фагоцитов и сферулоцитов имаго шмеля по существу характерны те же изменения структуры, какие мы наблюдали у соответствующих типов гемоцитов личинок.

Таким образом, изменение количественного соотношения форменных элементов крови связано с процессами их образования и дифференциации. Общим источником развития специализированных клеток гемолимфы у шмелей является система малодифференцированных клеток, что характерно и для других групп животных. Увеличение числа клеток гемолимфы может происходить как за счет образования новых клеток в кроветворных органах, так и путем митотического деления малодифференцированных гемоцитов в циркулирующей гемолимфе. Данные процессы способствуют сохранению постоянного состава гемоцитов на уровне, необходимом для нормальной жизнедеятельности организма и адаптации его к изменению условий окружающей среды.

ЛИТЕРАТУРА

Богоявленский К.С. О форменных элементах крови насекомых. // Арх. анат., гистол., эмбриол. - 1932.- 11, 2.- с.361-387.

Заварзин А.А. Очерки эволюционной гистологии крови и соединительной ткани. - Медгиз, М. 1945. - 1-218.

Запольских О.В. Дифференциация форменных элементов гемолимфы тополевого пилильщика (Heterarthrus ochropodae) в постэмбриональный период // Зоол.ж.- 1979.-т.58, 4.- с.509-514.

Запольских О.В. Сравнительная характеристика клеток гемолимфы минирующих пилильщиков рода Heterarthrus (Hymenoptera, Tenthredinidae) // Зоол. ж. - 1987. - т.66,5. - с.717-723.

Сиротина М.И., Черная Г.С. Анализ гемолимфы вредителей // В кн. «Надзор, учет и прогноз массовых размножений хвое - и листогрызущих вредителей в лесах СССР. - М. - 1965. - с.137-170.

Brechelin M. Presence d un tissu hematopoietique chez le coleoptere Melolontha melolontha (L.) // Experientia. - 1973. - Vol.29, 12. - 1539-1540 .

Devauchelle G. Etude ultrastructurale des hemocytes du coleoptere Melolontha melolontha (L.) // J/ Ultrastruct. Res. - 1971/ - Vol. 34, 5-6/ - p. 492-516.

Hoffmann J. Les organes hematopoietiques de deux insectes orthopteres: Locusta migratoria et Grullus bimaculatus // Z. Zellforsch. - 1970. - Bd.106, 3. - p. 451-472.

Price C.D., Ratclife N.A. Correlation of light and electron microscopic hemocyte structure in the Dyctioptera // О.Morphol., 144, 4. - p. 485-497.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Изучение видов тканей внутренней среды – комплекса тканей, образующих внутреннюю среду организма и поддерживающих ее постоянство. Соединительная ткань – главная опора организма. Трофическая, опорно-механическая, защитная функция ткани внутренней среды.

    презентация [364,9 K], добавлен 12.05.2011

  • Ткань — частная система органа, состоящая из клеток и внеклеточных элементов с общей эпигеномной наследственностью. Эмбриональный гистогенез: детерминация, пролиферация, дифференциация, интеграция и адаптация клеточных систем. Общая классификация тканей.

    реферат [19,3 K], добавлен 23.12.2012

  • Процесс дифференциации в развитии наук. Единство дифференциации и интеграции научного знания как важная закономерность процессов развития науки. Роль математики в развитии познания. Главные особенности применения математических методов в науке и технике.

    реферат [20,0 K], добавлен 25.01.2012

  • Образ жизни, эмбриональный и постэмбриональный период развития осетровых. Влияние температуры, освещенности, уровня и течения воды на белугу. Управление половыми циклами у рыб. Особенности питания белуги. Транспортировка икры, личинок и взрослых особей.

    курсовая работа [5,5 M], добавлен 11.09.2010

  • Эпителиальная ткань, ее регенерационная способность. Соединительные ткани, участвующие в поддержании гомеостаза внутренней среды. Клетки кровы и лимфы. Поперечнополосатые и сердечные мышечные ткани. Функции нервных клеток и тканей животных организмов.

    реферат [634,0 K], добавлен 16.01.2015

  • Научное определение и классификация насекомых. Характеристика внутреннего и внешнего строения, особенностей жизнедеятельности дыхательной, кровеносной и нервной систем насекомых. Жизненный цикл, места обитания, питание и размножение класса насекомых.

    презентация [1,0 M], добавлен 16.11.2010

  • Процесс отражения (рефлекс), основанный на отражении объективных явлений внешней или внутренней среды организма, как основа функции нервной системы. Строение, классификация и функции нервных клеток. Ядро и цитоплазма нервной клетки, виды нейроглии.

    курсовая работа [6,1 M], добавлен 22.09.2009

  • Характеристика насекомых России, особенностей инвентаризации фауны дневных чешуекрылых Костромской области. Особенности жизнедеятельности насекомых. Исследование жужелицы, как биоиндикатора в агроценозах. Размерно-весовые показатели дождевых червей.

    реферат [22,7 K], добавлен 12.04.2010

  • Анатомия и физиология как науки. Роль внутренней среды, нервной и кровеносной систем в превращении потребностей клеток в потребности целого организма. Функциональные системы организма, их регуляция и саморегуляция. Части тела человека, полости тела.

    презентация [10,6 M], добавлен 25.09.2015

  • Понятие о внутренней среде организма. Обеспечение определенного уровня возбудимости клеточных структур. Постоянство состава и свойств внутренней среды, гомеостаз и гомеокинез. Функции, константы и состав крови. Объем циркулирующей в организме крови.

    презентация [967,9 K], добавлен 26.01.2014

  • Функции крови, ее форменные элементы. Атипичные формы эритроцитов. Рыхлая неоформленная волокнистая соединительная ткань, ее функции. Общая особенность плотной волокнистой соединительной ткани. Ретикулярные клетки и волокна. Назначение эндотелия.

    контрольная работа [39,4 K], добавлен 17.06.2014

  • Характеристика питательных веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности. Белки как основной строительный материал наших клеток. Жиры и углеводы — источники энергии. Польза клетчатки, минералов и витаминов. Роль водного баланса в организме.

    презентация [1,3 M], добавлен 06.04.2016

  • Эндоэкологический "дефолт" клеток организма. Общая характеристика экосистемы, ее типы. Концепция эндоэкологической реабилитации. Экосистемы во внутренней организации индивидуума, их роль для организма. Эндоэкология и проблемы целостности живого организма.

    курсовая работа [52,4 K], добавлен 30.09.2012

  • Анализ участия витаминов в обеспечении процессов жизнедеятельности организма. Изучение особенностей жирорастворимых и водорастворимых витаминов. Клинико-фармакологическая классификация. Содержание витаминов в продуктах. Описания причин гиповитаминоза.

    презентация [1,8 M], добавлен 21.10.2013

  • Особенности фенологии развития отдельных видов насекомых-минеров. Минеры как экологическая группа растительноядных насекомых, вредителей деревьев. Видовой состав и частота встречаемости насекомых-минеров. Количество поврежденных листьев насекомыми.

    курсовая работа [103,6 K], добавлен 17.11.2014

  • Клетка как единая система сопряженных функциональных единиц. Гомологичность клеток. Размножение прокариотических и эукариотических клеток. Роль отдельных клеток во многоклеточном организме. Разнообразие клеток в пределах одного многоклеточного организма.

    реферат [28,6 K], добавлен 28.06.2009

  • Уровень клеточной организации, промежуточное отношение клеток и всего организма. Основные группы тканей. Мышечная, нервная, эпителиальная и соединительная ткань. Состав слизистых оболочек. Верхушечная, боковая и вставочные меристемы растительных тканей.

    презентация [4,7 M], добавлен 11.05.2012

  • Изучение особенностей цветения и размножения травянистых многолетних растений луга: колокольчика, клевера, тысячелистника, тимофеевки, лисохвоста. Анализ процесса питания насекомых и бабочек. Описания жизнедеятельности грызунов, животных, пресмыкающихся.

    презентация [6,4 M], добавлен 05.05.2011

  • Характеристика процессов адаптации человека к условиям окружающей среды. Исследование основных механизмов адаптации. Изучение общих мер повышения устойчивости организма. Законы и закономерности гигиены. Описания принципов гигиенического нормирования.

    презентация [8,5 M], добавлен 11.03.2014

  • Закономерности и особенности жизнедеятельности организма на ранних этапах онтогенеза. Характеристика процессов физического и психического развития ребенка младшего школьного возраста. Функциональное созревание мозга, особенности формирования мышления.

    реферат [34,9 K], добавлен 19.10.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.