Исследовательские подразделения: Лаборатория морфологических адаптаций позвоночных: Результаты

Перинеальная железа взрослого самца обыкновенного крота Talpa europaea (окраска на жир суданом черным Б)

Параназальная железа взрослого самца нетопыря карлика – Pipistrellus pipistrellus (окраска гематоксисилин-эозином)

Установлено, что топография, строение и функции кожных желез млекопитающих, как дериватов наружных покровов отражают закономерности эволюции и адаптивной радиации таксонов, служа критериями таксономического статуса и приспособления видов и жизненных форм к условиям обитания. Решен принципиально важный для морфологии наружных покровов и зоологии в целом вопрос о существовании у млекопитающих четвертого самостоятельного типа кожных желез (помимо сальных, апокриновых потовых и эккриновых потовых) – гепатоидных желез, сведения о которых ошибочны или вообще отсутствуют в научной литературе последних 50 лет. Разработаны критерии их идентификации, экзокринный тип секреции, белковый или сально-белковый характер секрета, самостоятельность как типа желез, органоспецифичность и сигнальный характер запаха секрета. В результате ревизии ранних собственных исследований, критического анализа данных литературы и специального собственного изучения, гепатоидные железы обнаружены у 29 видов млекопитающих из разных таксонов. Полученные данные существенным образом меняют многие представления о железистом аппарате кожи, эго эволюции и химической коммуникации этих видов.

Впервые в мировой зоологии планомерно, по единому плану изучено тонкое строение волос у представителей 18 отрядов класса млекопитающих (322 вида). Выявлены широкий полиморфизм и адаптивное значение строения волос, а также его диагностическое значение. Предложена концепция о параллельном формировании волос и вибрисс в филогенезе млекопитающих. Вибриссы значительно отличаются по строению от волос и, вероятно, произошли от механорецепторов предковых форм (котилозавров), развиваясь лишь в ветви, представленной рецентными видами сумчатых и плацентарных млекопитающих. У ветви, представленной рецентными видами однопроходных, они отсутствуют при сохранении электро-, и механорецепторов. Волосы возникли параллельно в обеих ветвях из ороговевающего эпидермиса. Их эволюция сопровождалась становлением теплокровности и шла независимо от эволюции вибрисс. Широкая и интенсивная адаптивная радиация привела к ярко выраженному полиморфизму волос, во многом сходному в разных таксонах (морфологический параллелизм). Иглы образовались в результате гетерохроний (временной разницы формирования) разных генераций волос.

Выявлено, что степень редукции эмбрионального пуха птенцов указывает не на относительную древность происхождения таксонов, а на стабильность присутствия или прогресс утраты этого, очевидно атавистического, покрова у представителей разных таксономических групп. Обилие пуха не является, по-видимому, прямым приспособлением к условиям гнездования, так как голых и опушенных птенцов имеют представители открыто- и закрыто гнездящихся видов одних и тех же семейств, как обитателей тропиков, так и высоких широт. Сведения об эмбриональных нарядах птиц, кроме приложения в систематике, позволили составить представления о путях эволюции нарядов. Предложена гипотеза, в соответствии с которой, одной из причин эволюционных прорывов веерохвостых динозавров стало приобретение теплокровности, обеспеченной в том числе, термоизоляционными свойствами внешних покровов. При этом пуховидные структуры способствовали термоизоляции, а перовидные, главным образом, освоению воздушной и водной сред обитания. Морфологическое разнообразие и особенности развития перьевых структур в онтогенезе рецентных видов птиц до сих пор содержат приметы длительной эволюции кожных дериватов.

Разработана концепция морфологической конвергенции в эволюционном развитии остевых волос млекопитающих и покровных перьев птиц, возникновение которых представляют собой ароморфозы — крупные эволюционные события, резко поднявшие уровень организации этих классов, обеспечив их теплоизоляцией и возможностью вытеснения пресмыкающихся в условиях похолодания климата. На основе полиморфизма волос (изучено более 300 видов) и перьев (39 видов) определено, что тонкое строение основных структур (кутикула, кора, сердцевина) волоса и пера сходно у этих филогенетически разобщенных классов. Конвергенция строения волоса и пера объяснима на функциональной основе — выполнение сходных функций (в данном случае теплоизоляционной) определило создание структур сходного дизайна в координации с другими органами и механическими ограничениями. Основное направление эволюции, как волоса, так и пера, обеспечивающее выполнение ими теплозащитной, состояло в образовании воздухоносных структур.

Выявлены общие закономерности и особенности эмбрионального развития и строения камер желудка у филогенетически близких видов подсемейства Caprinae (Bovidae, Artiodactyla) на всех уровнях структурной организации в связи с их пищевой специализацией, в том числе, у видов, имеющих общий ареал обитания (сайгак, калмыцкая овца). Ультраструктура поверхности эпителия камер желудка служит показателем его использования симбионтами в качестве экологической ниши. Макро-, и микроструктура желудка отражает особенности питания и характер эндосимбиоценоза у каждого из исследованных видов (сайгак, архар, толсторог, овца, козел, тур). Степень доместикации ведет к ослаблению типа пищеварения (у домашних овец), а степень выраженности типа пищеварения у диких видов обусловлена спецификой их питания. Впервые на основе функциональной морфологии камер желудка представлена классификация по типам питания близкородственных видов Caprinae (высокоизбирательные, частично-избирательные, неизбирательные), позволяющая понять степень пищевой конкуренции между видами с перекрывающимися ареалами.

Установлены общие закономерности развития органа слуха и равновесия у млекопитающих в пре- и постнатальном онтогенезе. Дано сравнительно-эмбриологическое описание периферического отдела слуховой системы наземных, полуводных и водных млекопитающих с использованием уникальной коллекции по китообразным и ластоногим. Подробно изучена структурная организация этого отдела, определены этапы формирования наружного, среднего и внутреннего уха у филогенетически близких видов, но с разной экологической специализацией, и форм филогенетически далеких, но со сходной экологией. Показано, что главными в эволюции органа слуха являются морфофункциональные адаптации, направленные на оптимизацию слуховой чувствительности в разных средах обитания.

Выявлена морфологическая адаптация холоднокровных животных: при низких температурах они освобождаются от избытка ионов железа, появляющегося из погибших эритроцитов, путем превращения ионов клетками Купфера печени в пигмент меланин. В летний период у рыб и амфибий, как и у млекопитающих, этот процесс идет в клетках Купфера с образованием ферритина и гемосидерина.

Впервые показана эффективность прерывистого воздействия гипергравитации в качестве контрмеры, предотвращающей или уменьшающей развитие атрофических процессов, возникающих в мышцах задних конечностей животных в результате потери опорной нагрузки (в модельных опытах, имитирующих условия невесомости). Достоверное увеличение числа стволовых клеток в мышечных волокнах, а также уменьшение количества волокон с интенсивной дегенерацией миофибрилл происходит под предварительным воздействием гипергравитации.

Низко интенсивное лазерное излучение (НИЛИ) влияет на процессы вторичного гистогенеза скелетной мышечной ткани, протекающие в различных условиях (локальное облучение мышц и общее облучение организма). Показан стимулирующий эффект НИЛИ на регенерацию облученных скелетных мышц: ускорение реакции воспаления, резорбция продуктов распада в ране, усиление пролиферативной активности мышечных элементов, нормализация процесса образования коллагена. Положительное влияние НИЛИ на восстановительные процессы в мышце определяется дозой и режимом воздействия. Таким образом, с помощью НИЛИ можно влиять на жизнеспособность аллогенной мышечной ткани, как при гомотрансплантации целой мышцы, так и при имплантации измельченной гомомышцы в область травмы облученных и необлученных поврежденных скелетных мышц.

Системное изучение мышечной ткани костных рыб, обитающих в акватории Волго-Каспийского бассейна, позволило установить различные пути развития деструктивных процессов в белых и красных скелетных мышцах рыб и дать этому явлению соответствующие объяснения. Впервые показано, что патология мышечной системы рыб включает также развитие дегенеративных изменений в соответствующих отделах их нервной системы, затрагивая как двигательную, так и чувствительную иннервацию мышц.

Проведенные цитогенетические исследования популяций грача, обитающего в разных зонах Тульской области (Окско-Донского междуречья) показали, что ионизирующая радиация и химические поллютанты вносят существенный вклад в мутагенный процесс. У грачей в популяциях из районов с наибольшей степенью антропогенной нагрузки наблюдается повышенный уровень хромосомных повреждений в клетках роговицы глаза. В зоне с максимальной степенью загрязнения в клетках роговицы у грачей возникает в 81,6 раза больше мутаций, чем в незагрязненном районе.

ЛАБОРАТОРИЯ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ АДАПТАЦИЙ ПОЗВОНОЧНЫХ

Заведующая – Чернова Ольга Федоровна, гл.н.с., д.б.н.

ВАЖНЕЙШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ