Биологический факультет Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова 

Нейропиль головного мозга личинок насекомых формируется отростками ассоциативных нейронов и мотонейронов центральной нервной системы, а также отростками нервных клеток органов чувств, относящихся к периферической нервной системе. Как и у имаго, в нейропиле личинок имеются нервные центры – синаптические зоны, в которых осуществляется связь нейронов друг с другом, в том числе чувствующих нейронов с ассоциативными. Области межнейронных соединений – синапсы детально исследованы у взрослых насекомых [Чайка, 2010]. Специальных исследований строения межнейронных синапсов в мозге личинок насекомых немного. Детально изучено формирование синапсов у Drosophila [Prokop, Meinertzhagen, 2006], а также их строение у личинки мухи Phormia terrae-novae [Osborne, 1966]. В большинстве же работ некоторые сведения о синапсах приводятся при описании ультраструктурной организации мозга. Целью настоящей работы было изучение синапсов в надглоточном ганглии (мозге) личинок III возраста листовертки всеядной Archips podana.

Материал и методы. Исследование проведено на листовертке всеядной Archips podana Scopoli (Lepidoptera, Tortricidae) из культуры ИПЭЭ им. А. Н. Северцова РАН. Материал фиксировали в 2.5%-ном растворе глутарового альдегида на какодилатном буфере в течение 2 ч и после промывки в том же буфере дополнительно фиксировали в 1%-ном растворе оксида осмия в течение 2 ч. После обезвоживания материал помещали в насыщенный раствор уранилацетата в 70%-ном этиловом спирте на 12–16 ч в холодильник. Окончательное обезвоживание материала проводили в спиртах и ацетоне, а затем заключали в эпон. Срезы окрашивали по методу Рейнольдса и исследовали в трансмиссионном электронном микроскопе JEM-1011 с цифровой камерой Gatan ES500W.

Результаты и обсуждение. При изучении общей организации мозга  личинок A. podana нами установлено, что у личинок III возраста нейропиль представлен многочисленными отростками нервных клеток диаметром от 80 нм до 3,5 мкм [Широков, Чайка, 2014]. В мозге личинок III возраста основные чувствительные и ассоциативные центры еще окончательно не сформированы. Однако в протоцеребруме можно идентифицировать формирующийся центральный комплекс, представленный комиссурами, которые связывают две полусферы мозга, а также формирующиеся грибовидные тела, не имеющие пока чашечки и долей, характерных для имаго. В антеннальных долях дейтоцеребрума отсутствуют гломерулы. 

У личинок III возраста между отростками нейронов в нейропиле хорошо развиты химические синапсы (рис. 1, а – з). Общая ультраструктурная организация этих синапсов стандартная. Они характеризуются утолщенными пре- и постсинаптическими мембранами, а также наличием в пресинаптическом отростке синаптических пузырьков с медиаторами (рис. 1, г). 

Известно, что в зависимости от числа постсинаптических отростков, примыкающих к одному пресинаптическому отростку, формируются разные синапсы и синаптические комплексы: монады (соотношение пре- и постсинаптических отростков – 1:1), диады (1:2), триады (1:3). В первом зрительной ганглии (ламине) Musca domestica выявлены тетрады (1:4) с двумя сходными и двумя разными постсинаптическими элементами (Burkhardt, Braitenberg, 1976). В нейропиле многих насекомых преобладают синапсы-диады (Peters, 1987).

В мозге личинки A. podana нами также выявлены разнообразные синапсы как простые, так и сложные. Простые синапсы состоят из одной пре- и одной постсинаптической единицы (монады), а сложные – из разного числа взаимодействующих единиц (преимущественно это диады и триады) (рис. 1, д – ж) . Некоторые аксоны заканчиваются большим пресинаптическим расширением (bouton), позволяющим сформировать не только триадные синаптические комплексы, но и несколько синаптических зон. Наряду с относительно прямыми синапсами (рис. 1, б, д, е), которые имеют преимущественно небольшие размеры, имеются изогнутые синапсы (рис. 1, г), у которых пресинаптическая мембрана впячивается в постсинаптическое волокно, или наоборот. Выявлен также гломерулоподобный и близкие к нему синапсы.

В пресинаптических отростках нами выявлены медиаторные синаптические пузырьки (везикулы) трех типов, отчетливо различающиеся своими размерами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Ультраструктурная организация нейропиля в мозге личинки III возраста Archips podana

а-ж – разные участки нейропиля центрального мозга с синаптическими соединениями отростков нейронов, з – аксоны нейросекреторных клеток, содержащие нейросекреторные пузырьки. Сокращения на рисунках: М – митохондрии, НСП – нейросекреторные пузырьки, ОН – отростки нейронов, ПРС – пресинаптический отросток нейрона, ПТС – постсинаптический отросток нейрона, С – синапсы, СП – синаптические медиаторные пузырьки  

Синаптические пузырьки I типа имеют диаметр около 30 нм, пузырьки II типа – 40-60 нм, а пузырьки III типа – 130 нм. В некоторых пресинаптических аксонах синаптические пузырьки нескольких типов обнаруживаются в одном и том же нейроне. 

 Во многих отростках нейропиля, кроме синаптических пузырьков, обнаруживаются пузырьки диаметром 0,1 мкм с очень высокой электронной плотностью. В этих пузырьках содержится нейросекреторный материал, который синтезируется и оформляется в перикарионе нейросекреторных клеток, а затем передвигается по аксонам и может некоторое время храниться в них (рис. 1, з).

Известно, что медиаторами является большая группа разнородных химических веществ, список которых постоянно пополняется. Установлено также, что в одном нейроне может синтезироваться и освобождаться более одного медиатора, т.е. два или три, однако набор медиаторов для данного нейрона всегда постоянен. Вследствие этого стали выделять основной, или классический медиатор, например ацетилхолин, норадреналин и др., и комедиаторы, представленные веществами иной природы, преимущественно нейропептидами [Зефиров и др., 2003; Чайка, 2010]. Обычно основные медиаторы поставляются синаптическими пузырьками небольшого диаметра (порядка 50 нм), а медиаторы-пептиды – пузырьками большого диаметра (порядка 100 нм). Нейропептиды в качестве комедиаторов модулируют параметры синаптической передачи и регулируют процессы, связанные с формированием синапсов. Вследствие этого они называются также нейромодуляторами, в отличие от классических нейромедиаторов.

При исследовании нами синаптических областей нейропиля мозга у гусениц A. podana в аксонах нейронов выявлены синаптические пузырьки трех типов, отчетливо различающихся своими размерами. Во многих аксонах выявляются одновременно пузырьки по крайней мере двух типов. Это служит веским основанием полагать о наличии в одном нейроне нескольких нейромедиаторов уже на стадии личинки. Относительно набора морфологических типов синапсов, то он не уступает таковому, свойственному взрослым насекомым разных видов.

Работа выполнена на оборудовании ЦКП МГУ при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ и Российского фонда фундаментальных исследований (проект 13-04-00357-А).

 

Список литературы 

1. Зефиров А.Л., Черанов С.Ю., Гиниатуллин Р.А., Ситдикова Г.Ф., Гришин С.Н. Медиаторы и синапсы. Учебное пособие. Казань. 2003. 67 с.

2. Чайка С.Ю. Нейроморфология насекомых / Учебное пособие. М.: Типография Россельхозакадемии, 2010. 396 с.

3. Широков В.Н., Чайка С.Ю. Строение головных ганглиев у личинки и куколки листовертки Archips podana Scopoli (Lepidoptera, Tortricidae) // Энтомологическое обозрение. 2014. Т. 93, вып. 2 (в печати).

4. Burkhardt W., Braitenberg V. Some peculiar synaptic complexes in the first visual ganglion of the fly, Musca domestica // Cell Tissue Res. 1976. Vol. 173. P. 287-308.

5. Osborne M.P. The fine structure of synapses and tight junctions in the central nervous system of the blowfly larva // J. Insect Physiol. 1966. Vol. 12. P. 1503-1512.

6. Peters B.H. Novel synaptic structures in the central nervous system of the locust Schistocerca gregaria // Cell Tissue Res. 1987. Vol. 249. P. 341-350.

7. Prokop A., Meinertzhagen I.A. Development and structure of synaptic contacts in Drosophila // Semin. Cell & Developmental Biology. 2006. Vol. 17. N 1. P. 20–30.