Как дышат эмбрионы неплацентарных позвоночных в утробе матери? Японские биологи провели ультразвуковое исследование плода у рифовой манты — одного из самых крупных скатов. У рифовой манты нет ни плаценты, ни пуповины, через которую плод мог бы дышать. Оказалось, что эмбрион активно и регулярно заглатывает ртом околоплодную жидкость, подобно тому как это делают эмбрионы в яйце у яйцекладущих позвоночных.
У многих живородящих позвоночных эмбрион, развивающийся в матке матери, получает питательные вещества и кислород через плаценту. К таким животным относятся не только плацентарные млекопитающие, но и, например, некоторые акулы, демонстрирующие прекрасный пример конвергентной эволюции. В то же время, у многих других живородящих позвоночных (рыб, амфибий и рептилий) плацента полностью отсутствует. Как в этих случаях решается проблема обеспечения развивающегося эмбриона кислородом?
Японские биологи исследовали механизм дыхания у эмбриона рифовой манты Manta alfredi, одного из самых крупных представителей скатов. Рифовая манта обитает в тропической зоне Индийского и Тихого океанов и в отличие от другого вида, M. birostris, или гигантского морского дьявола, тяготеет к затененным прибрежным биотопам. Самка манты очень долго (почти год) вынашивает единственного детеныша, который появляется на свет очень немаленьким — весом почти 10 кг. До последнего времени считалось, что эмбрион манты интенсивно растет благодаря питательному и богатому жирами «молоку», которое выделятся через стенку матки. Однако было совершенно неизвестно, как эмбрион добывает себе кислород в отсутствие даже намека на пуповину.
Основные исследования были проведены на беременной самке рифовой манты в японском аквариуме Хураими, Окинава. Эту самку диаметром 3,78 м выловили японские рыбаки и передали в аквариум. Через шесть месяцев после проведения исследований самка благополучно произвела на свет детеныша (кстати, это был всего второй случай рождения рифовой манты в неволе). Кроме того, была изучена морфология девяти мертвых экземпляров мант разных возрастов двух видов, M. alfredi и M. birostris.
По данным ультразвукового исследования, которое было сделано самке рифовой манты, эмбрион ритмично (с периодом 1,7 с) открывал и закрывал рот. На снимке хорошо видно, что во время открывания рта (expansion phase, i–ii) нижняя челюсть опускалась, тогда как во время закрывания (compression phase, iii–iv) нижняя челюсть поднималась, и ротовая полость уменьшалась в размерах. В начале закрывания нижней челюсти ротовой клапан, который находится позади челюстей, быстро поднимался и закрывал ротовое отверстие.
Когда авторы сравнили морфологию эмбриона, новорожденного детеныша и взрослой манты, то заметили у них большие различия в строении брызгалец. Брызгальца (по-английски их называют дыхальца — spiracles) представляют собой небольшие отверстия, расположенные за глазами и представляющие собой видоизмененную пару жаберных щелей. Настоящие жаберные щели у мант находятся на брюшной стороне. Считается, что брызгальца используются некоторыми видами акул и скатов, которые ведут донный образ жизни. Очень часто эти существа зарываются ртом в песок, поэтому не всегда удобно заглатывать воду ртом, а вот брызгальцами — в самый раз. Так вот, у эмбрионов и у новорожденных мант брызгальца также оказались хорошо развитыми, тогда как у взрослых особей брызгальца были почти редуцированы. Взрослым мантам они особенно ни к чему, так как они плавают в толще воды и почти не сидят на дне.
Из этого исследования авторы делают вывод, что эмбрион заглатывает околоплодную жидкость, преследуя, по всей вероятности, двоякую цель: во-первых, использует ее для дыхания, и во-вторых, для питания. О дыхательной функции говорит регулярный и очень частый ритм глотания, который трудно объяснить как-нибудь иначе. Любопытно, что практически так же поступает эмбрион в яйце у яйцекладущих позвоночных. Кроме того, дыхательную функцию глотания подтверждает и тот факт, что у эмбрионов мант оказались хорошо развиты не только ротовой клапан, но и клапаны брызгалец. У донных акул и скатов тоже хорошо развиты эти клапаны: они не дают выходить воде обратно при закрывании челюстей и увеличении давления в ротовой полости, таким образом выгоняя воду через жаберные щели. А то, что эмбрион заглатывает околоплодную жидкость с целью питания, логично предположить просто потому, что, с одной стороны, жидкость богата питательными веществами, а с другой стороны, эмбрион никак иначе питаться не может.
Авторы предполагают, что описанный способ дыхания эмбриона может быть распространен среди живородящих скатов и акул. Хотя остаются непонятными некоторые моменты. Во-первых, хотелось бы увидеть, с какой ритмичностью открывается клапан брызгальца — с той же ли, с какой открывается и закрывается рот? Во-вторых, не очень понятно, зачем вообще эмбриону нужны брызгальца. Эмбрион манты в утробе матери легко мог бы обойтись и без них, получая жидкость только через рот и благополучно дыша, как это делают взрослые особи. Возможно, брызгальца развиваются у эмбрионов потому, что это достаточно примитивный и древний признак: локализация его обусловлена преобразованиями скелета, которые происходили в процессе эволюции рыб. Согласно биогенетическому закону Геккеля–Мюллера, каждое живое существо в своем индивидуальном развитии повторяет формы, пройденные его предками. Просто у некоторых акулообразных рыб такое отверстие оказалось вполне полезным и во взрослом состоянии.
Источник: Taketeru Tomita, Minoru Toda, Keiichi Ueda, Senzo Uchida, Kazuhiro Nakaya. Live-bearing manta ray: how the embryo acquires oxygen without placenta and umbilical cord // Biology Letters. Published online 06.06.2012.
Варвара Веденина
http://elementy.ru/news/431847
|
