Биологический факультет Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова 

Формирование имагинального типа чувствующих и ассоциативных центров мозга у насекомых с полным превращением (Holometabola) происходит в течение всего постэмбрионального периода развития и завершается на стадии куколки перед выходом имаго [Чайка, 2010]. При этом уже на стадии личинки разные виды различаются по уровню дифференцировки имагинальных нейропильных структур. Целью настоящей работы было изучение степени развития основных центров головных ганглиев у личинок средних возрастов колорадского жука.

Материал и методы. Исследование проведено на личинках III и IV возрастов Leptinotarsa decemlineata Say, собранных в Подмосковье. Материал для светооптического гистологического исследования фиксировали в жидкости Буэна. Для обезвоживания образцы проводили через спирты возрастающей концентрации и хлороформ и заключали в парапласт. Приготовленные на микротоме срезы толщиной 6–7 мкм окрашивали азур-эозином, а также гематоксилином с докраской фуксином и заключали в канадский бальзам. Изготовленные на пирамитоме полутонкие срезы толщиной 2–5 мкм заключали в аралдит и окрашивали толуидиновым синим. Срезы изучали и фотографировали с помощью микроскопов Axioskop 40 и Motic BA410. 

Результаты и их обсуждение. Надглоточный ганглий личинки III возраста колорадского жука имеет ширину около 350 мкм и состоит из двух грушевидных долей (рис. 1, а, б). Составляющие его нейромеры различить трудно, однако по нейропильным структурам можно выделить три отдела, которые соответствуют протоцеребруму, дейтоцеребруму и тритоцеребруму.

Нейроны, расположенные в корковом слое надглоточного ганглия, имеют диаметр 8 мкм, а диаметр ядра 5-6 мкм. Они расположены практически сплошным слоем и не формируют каких-либо отдельных структур.  

Нейропиль надглоточного ганглия структурирован слабо. В нем хотя и выделяются отдельные пучки нервных волокон, однако такие наиболее заметные нейропильные образования протоцеребрума, как грибовидные тела не выражены. Неотчетливо выражены также протоцеребральный мост и центральное тело –характерные  структуры в центре нейропиля надглоточного ганглия, хотя комиссуры, связывающие две полусферы надглоточного ганглия, имеются. В дейтоцеребруме отсутствуют характерные для этого отдела мозга гломерулы. 

Подглоточный ганглий имеет ширину свыше 250 мкм при высоте в 130 мкм (рис. 1, в). Большинство нейронов подглоточного ганглия имеет диаметр 8-9 мкм (диаметр ядра 5-6 мкм) (рис. 1, г). Однако имеются и нейроны диаметром до 18 мкм (диаметр ядра 8 мкм). Возможно, что последние нейроны относятся к мотонейронам, размеры которых всегда значительно больше размеров обычных ассоциативных нейронов. В подглоточном ганглии нейромеры не различаются.

У личинки 4 возраста надглоточный ганглий достигает в ширину 470 мкм. Он состоит из двух долей, имеющих грушевидную форму в поперечном сечении (рис. 1, д). Снаружи надглоточный ганглий окружен нейрилеммой толщиной около 3 мкм. Под ним расположен второй слой оболочки ганглия – перинейриум, высота клеток которого достигает 12 мкм. В этот период продолжается пролиферация нейробластов. Характерно, что наряду с наличием одиночных нейробластов, расположенных в разных местах между нейропильными массами, имеются отдельные очаги размножения нейронов. Длина таких очагов составляет до 60 мкм и представлена плотно расположенными нейронами. 

Из структур надглоточного ганглия обращают на себя внимание нейропили зрительной системы. Каждая личиночная оптическая доля представлена шестью отдельными нейропилями, сливающимися в задней части (рис. 1, ж). Это обусловлено тем, что у некоторых жуков фоторецепторные клетки каждой из стемм связаны со своим нейропилем, а точнее – со своим отделом единого нейропиля. Рядом с ними лежат зачатки имагинальных оптических долей, представленные плотно уложенными вытянутыми клетками, отличающимися более интенсивным окрашиванием (рис. 1, е). В передней части оптических долей зачаток занимает медиальное положение и имеет форму полумесяца, но в задней части почти окружает оптическую долю, а затем 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Строение головных ганглиев личинок III (а-г) и IV (д-з) возрастов колорадского жука Leptinotarsa decemlineata

а, б – надглоточный ганглий, в, г – подглоточный ганглий, д – надглоточный ганглий, е – оптическая доля, ж, з – центральный комплекс на разных уровнях. Обозначения на рисунке: вт – веерообразное тело, гт – грибовидное тело, дкм - дейтоцеребральная комиссура, дц – дейтоцеребрум, н – нейроны, нп – нейропиль, ог – оболочка ганглия, од – оптические доли, пв – пищевод, пм – протоцеребральный мост, пц – протоцеребрум, цк – центральный комплекс, эт –эллипсоидное тело. Увелич.: 100х (а, б, д), 400х (в, г, е-з). 

разделяется на внутренний и наружный зачатки. Диаметр ядер клеток оптического зачатка около 7 мкм.

Из других структур хорошо развиты комиссуры, связывающие обе половины надглоточного ганглия. В центральном комплексе выражены верхний и нижний отделы (рис. 1, ж, з). Хотя по месту своего расположения они соответствуют протоцеребральному мосту и центральному телу, однако их строение пока не достигло характерной для этих центров организации. В центральном нейропиле в области грибовидных тел можно видеть группы нейронов.

Грибовидные тела также еще окончательно не сформированы. Структуры, похожие на стебельки, заметны, но выделить группы клеток, явно относящиеся к чашечкам сложно (рис. 1, д). Средний диаметр ядер клеток, лежащих в этой области, составляет 5,7 мкм. Однако есть и более крупные клетки с диаметром ядер 8,6 мкм, вероятно, что эти клетки относятся к ганглионарным материнским клеткам. Самые крупные клетки – нейробласты, диаметр их ядер составляет 9,2 мкм.

В дейтоцеребруме гломерулы отсутствуют. В тритоцеребруме имеются интернейроны, ядра которых имеют диаметр 7,7 мкм, и единичные мотонейроны. Крупный мотонейрон имеет диаметр сомы 25,4 мкм, а диаметр ядра равен 12,0 мкм. Нейропиль тритоцеребрума сформирован отростками нейронов, соединяющими надглоточный ганглий с остальными ганглиями.

Таким образом, дифференцировка нейропильных центров более выражена у личинок IV возраста. В частности, у личинок III возраста каких-либо структур, относящихся к грибовидному телу имагинального типа, не выявлено, однако у личинок IV возраста уже можно выделить его стебелек. Отметим, что грибовидные тела, выявленные у личинок других видов насекомых с полным превращением, слабо развиты, имеют малые размеры и их форма заметно отличается от таковой у имаго. У личинок IV возраста происходит и формирование оптических долей. Эти данные совпадают с данным, полученными и на других группах насекомых [Панов, 1960], в соответствии с которыми начало формирования оптических ганглиев имагинального типа у насекомых с полным превращением происходит только на стадии личинки, а у некоторых видов – только у личинок среднего или старшего возрастов. Центральное тело имеется у большинства личинок последних возрастов насекомых с полным превращением, за исключением немногих видов, у которых оно формируется только на стадии куколки [Чайка, 2010]. Относительно развития гломерул в дейтоцеребруме, то у голометаболических насекомых выявлены два типа развития обонятельного центра: 1) прямое развитие с однократным возникновением гломерул в куколочный период (преимущественно чешуекрылые, перепончатокрылые); 2) непрямое развитие с двукратным возникновением гломерул – на эмбриональной стадии и на стадии куколки (жуки) [Панов, 1961]. У изученных нами личинок отсутствуют гломерулы в дейтоцеребруме, что свидетельствует о непрямом развитии их обонятельного центра.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 13-04-00357-А).

 

Список литературы 

1. Панов А.А. Строение головного мозга насекомых на последовательных этапах постэмбрионального развития. 3. Зрительные доли // Энтомол. обозр. 1960. Т.39, вып. 1. С. 86-105.

2. Панов А.А. Строение головного мозга насекомых на последовательных этапах постэмбрионального развития. 4. Обонятельный центр // Энтомол. обозр. 1961. Т . 40. вып. 2. С. 259-271.

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