Влияние редукции заднего отдела кишечника на эволюцию ринхонеллиформных брахиопод

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Брахиоподы – группа животных, известная с раннего кембрия и достигшая расцвета в палеозое. После пермско-триасового вымирания произошло значительное сокращение таксономического разнообразия брахиопод. По одной из гипотез, в мезозое брахиоподы со слепо замкнутым кишечником не смогли восстановить свою численность из-за преобладания в планктоне панцирных одноклеточных водорослей. Мы предполагаем, что теребратулиды, которые являются самой распространенной группой среди современных брахиопод, смогли приспособиться к изменившемуся составу питания за счет более эффективного механизма фильтрации, характерного для плектолофного лофофора. Современные ринхонеллиды на конце кишечника имеют слепое расширение, которое, по-видимому, используется для измельчения и переваривания панцирного планктона.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Селищева

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: selav21@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Афанасьева Г.А., Невесская Л.А. Анализ причин различных последствий кризисных ситуаций на примере замковых брахиопод и бивальвий // Экосистемные перестройки и эволюция биосферы. Вып. 1. М.: Недра, 1994. С. 101–108.
  2. Кузьмина Т.В., Георгиев А.А. Особенности питания брахиоподы Hemithiris psittacea (Rhynchonelliformea: Rhynchonellida) // Сб. материалов всеросс. науч. конф. с междунар. участием, посвященной 85-летию Беломорской биостанции им. Н.А. Перцова Биол. фак-та МГУ им. М.В. Ломоносова. М.: Тов-во науч. изданий КМК, 2023. С. 106–107.
  3. Невесская Л.А. Этапы развития бентоса фанерозойских морей. Палеозой. М.: Наука, 1998. 503 с.
  4. Пунин М.Ю. Исследование организации эпителия пищеварительного тракта замковой брахиоподы Hemithyris psittacea. II. Электронно–микроскопический анализ // Цитология. 1981. Т. 23. № 10. С. 1109–1115.
  5. Пунин М.Ю. Гистологическая организация кишечных эпителиев приапулид, брахиопод, двустворчатых моллюсков и полихет. СПб.: Наука, 1991. 248 с.
  6. Пунин М.Ю., Филатов М.В. Организация железы замковой брахиоподы Hemithyris psittacea // Цитология. 1980. Т. 22. № 3. С. 277–286.
  7. Atkins D. A new species and genus of Kraussinidae (Brachiopoda) with a note on feeding // Proc. Zool. Soc. London. 1958. V. 131. № 4. P. 559–581.
  8. Atkins D., Rudwick M.J.S. The lophophore and ciliary feeding mechanisms of the brachiopod Crania anomala (Müller) // J. Mar. Biol. Assoc. U.K. 1962. V. 42. № 3. P. 469–480.
  9. Bramlette M.N. Mass extinctions of Mesozoic biota // Science. 1965. V. 150. № 3701. P. 1240–1240.
  10. Carlson S.J. The evolution of Brachiopoda // Ann. Rev. Earth and Planetary Sci. 2016. V. 44. P. 409–438.
  11. Chuang S.H. The ciliary feeding mechanisms of Lingula unguis (L.) (Brachiopoda) // Proc. Zool. Soc. London. 1956. V. 127. № 2. P. 167–189.
  12. Chuang S.H. The structure and function of the alimentary canal in Lingula unguis (L.) (Brachiopoda) // Proc. Zool. Soc. London. 1959. V. 132. № 2. P. 283–311.
  13. Chuang S.H. An anatomical, histological, and histochemical study of the gut of the brachiopod, Crania anomala // J. of Cell Science. 1960. V. 3. № 53. P. 9–18.
  14. Clarkson E.N.K. Invertebrate Paleontology and Evolution. L.: George Allen & Unwin, 1979. 323 p.
  15. Curry G.B., Brunton C.H.C. Stratigraphic distribution of brachiopods // Treatise on Invertebrate Paleontology. Part H. Brachiopoda (revised). Vol. 6: Suppl. / Ed. Kaesler R.L. Boulder, Lawrence: Geol. Soc. America; Univ. Kansas Press, 2007. P. 2901–2965.
  16. Dhar S.R., Logan A., Macdonald B.A., Ward J.A. Endoscopic investigations of feeding structures and mechanisms in two plectolophous brachiopods // Invertebr. Biol. 1997. V. 116. № 2. P. 142–150.
  17. D’Hondt J.L. Etude de l’intestin et de la glande digestive de Terebratulina retusa (L.)(Brachiopode). IV. Comparaison avec les activités enzymatiques d’autres brachiopodes du même biotope // Les Brachiopodes Fossiles et Actuels / Eds. Racheboeuf P.R., Emig C. Brest, 1986. P. 301–306. (Actes du 1er Congrès intern. sur les Brachiopodes, Biostratigr. Paléozoïque. V. 4).
  18. D’Hondt J.L., Boucaud–Camou E. Étude l’intestin et de la glande digestive de la Terebratulina retusa (L.) (Brachiopode). Ultrastructure et recherche d’activités amylasiques et protéasiques // Bull. Soc. Zool. France. 1982. V. 107. № 2. P. 207–216.
  19. Elyakova L.A. Distribution of cellulases and chitinases in marine invertebrates // Compar. Biochemistry and Physiology. Pt B: Compar. Biochemistry. 1972. V. 43. № 1. P. 67–70.
  20. Raven J., Falkowski P.G., Katz M.E. et al. The evolution of modern eukaryotic phytoplankton // Science. 2004. V. 305. № 5682. P. 354–360.
  21. Gilmour T.H.J. Ciliation and function of the food-collecting and waste-rejecting organs of lophophorates // Canad. J. Zool. 1978. V. 56. № 10. P. 2142–2155.
  22. Gilmour T.H.J. Food-collecting and waste-rejecting mechanisms in Glottidia pyramidata and the persistence of lingulacean inarticulate brachiopods in the fossil record // Canad. J. Zool. 1981. V. 59. № 8. P. 1539–1547.
  23. Gould S.J., Calloway C.B. Clams and brachiopods – ships that pass in the night // Paleobiology. 1980. V. 6. № 4. P. 383–396.
  24. Guo Z., Flannery-Sutherland J.T., Benton M.J. et al. Bayesian analyses indicate bivalves did not drive the downfall of brachiopods following the Permian–Triassic mass extinction // Nature Commun. 2023. V. 14. № 1. P. 5566.
  25. Hammen C.S. Brachiopod metabolism and enzymes // Amer. Zool. 1977. V. 17. № 1. P. 141–147.
  26. Hancock A. XXXIV. On the organization of the Brachiopoda // Phil. Trans. Roy. Soc. London. 1858. V. 148. P. 791–869.
  27. Harper D.A.T., Popov L.E., Holmer L.E. Brachiopods: origin and early history // Palaeontology. 2017. V. 60. № 5. P. 609–631.
  28. James M.A., Ansell A.D., Collins M.J. et al. Biology of living brachiopods // Adv. in Mar. Biol. 1992. V. 28. P. 175–387.
  29. Kuzmina T.V., Malakhov V.V. Structure of the brachiopod lophophore // Paleontol. J. 2007. V. 41. № 5. P. 520–536.
  30. Kuzmina T.V., Ratnovskaya A.A., Madison A.A. Lophophore evolution from the Cambrian to the present // Paleontol. J. 2021. V. 55. № 10. P. 1109–1140.
  31. Kuzmina T.V., Temereva E.N. Rejection mechanism of plectolophous lophophore of brachiopod Coptothyris grayi (Terebratulida, Rhynchonelliformea) // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2018. V. 73. P. 136–141.
  32. Kuzmina T.V., Temereva E.N. Structure of the oral tentacles of early ontogeny stage in brachiopod Hemithiris psittacea (Rhynchonelliformea, Rhynchonellida) // J. Morphol. 2024. V. 285. № 4. P. e21686.
  33. LaBarbera M. Water flow patterns in and around three species of articulate brachiopods // J. Experim. Mar. Biol. Ecol. 1981. V. 55. № 2–3. P. 185–206.
  34. Lee D.E. The terebratulides: the supreme brachiopod survivors // Brachiopoda: Fossil and Recent / Eds. Harper D.A.T., Long S.L., Nielsen C. Wiley, 2008. P. 241–249 (Fossils and Strata. V. 54).
  35. Liow L.H., Reitan T., Harnik P.G. Ecological interactions on macroevolutionary time scales: clams and brachiopods are more than ships that pass in the night // Ecology Letters. 2015. V. 18. № 10. P. 1030–1039.
  36. McCammon H.M. The food of articulate brachiopods // J. Paleontol. 1969. V. 43. P. 976–985.
  37. McCammon H.M. Physiology of the brachiopod digestive system // Ser. in Geol., Notes for Short Course. 1981. V. 5. P. 170–189.
  38. Morton J.E. The functions of the gut in ciliary feeders // Biol. Rev. 1960. V. 35. № 1. P. 92–139.
  39. Nielsen C. The development of the brachiopod Crania (Neocrania) anomala (OF Müller) and its phylogenetic significance // Acta Zool. 1991. V. 72. № 1. P. 7–28.
  40. Popov L.Ye., Holmer L.E. Trimerellida and Chileata // Treatise on Invertebrate Paleontology. Part H, Brachiopoda (Revised). Vol. 2: Linguliformea, Craniiformea, and Rhynchonelliformea (part) / Ed. Kaesler R.L. Boulder, Lawrence: Geol. Soc. America; Univ. Kansas Press, 2000a. P. 184–200.
  41. Popov L.Ye., Holmer L.E. Class Obolellata // Treatise on Invertebrate Paleontology. Part H, Brachiopoda (Revised). Vol. 2: Linguliformea, Craniiformea, and Rhynchonelliformea (part) / Ed. Kaesler R.L. Boulder, Lawrence: Geol. Soc. America; Univ. Kansas Press, 2000b. P. 200–207.
  42. Popov L.Ye., Williams A. Kutorginata // Treatise on Invertebrate Paleontology. Part H, Brachiopoda (Revised). Vol. 2: Linguliformea, Craniiformea, and Rhynchonelliformea (part) / Ed. Kaesler R.L. Boulder, Lawrence: Geol. Soc. America; Univ. Kansas Press, 2000. P. 208–215.
  43. Reed C.G., Cloney R.A. Brachiopod tentacles: ultrastructure and functional significance of the connective tissue and myoepithelial cells in Terebratalia // Cell and Tissue Res. 1977. V. 185. P. 17–42.
  44. Rowell A.J., Caruso N.E. The evolutionary significance of Nisusia sulcata, an early articulate brachiopod // J. Paleontol. 1985. V. 59. P. 1227–1242.
  45. Rudwick M.J.S. Filter–feeding mechanisms in some brachiopods from New Zealand // Zool. J. Linn. Soc. 1962. V. 44. № 300. P. 592–615.
  46. Rudwick M.J.S. Living and Fossil Brachiopods. L.: Hutchinson & Co., 1970. 199 p.
  47. Shi G.R., Shen S. Asian–western Pacific Permian Brachiopoda in space and time: biogeography and extinction patterns // Devel. in Palaeontol. and Stratigr. 2000. V. 18. P. 327–352.
  48. Shu-Zhong S., Shi G.R. Paleobiogeographical extinction patterns of Permian brachiopods in the Asian–western Pacific region // Paleobiology. 2002. V. 28. № 4. P. 449–463.
  49. Steele-Petrović H.M. The physiological differences between articulate brachiopods and filter-feeding bivalves as a factor in the evolution of marine level-bottom communities // Palaeontology. 1979. V. 22. Pt 1. P. 101–134.
  50. Storch V., Welsch U. Elektronenmikroskopische und enzymhistochemische Untersuchungen über die Mitteldarmdrüse von Lingula unguis L. (Brachiopoda) // Zool. Jb., Abt. für Anat. und Ontogenie der Tiere. 1975. V. 94. S. 441–452.
  51. Strathmann R. Function of lateral cilia in suspension feeding of lophophorates (Brachiopoda, Phoronida, Ectoprocta) // Mar. Biol. 1973. V. 23. № 2. P. 129–136.
  52. Tappan H. Primary production, isotopes, extinctions and the atmosphere // Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol. 1968. V. 4. № 3. P. 187–210.
  53. Tappan H., Loeblich Jr A.R. Evolution of the oceanic plankton // Earth-Sci. Rev. 1973. V. 9. № 3. P. 207–240.
  54. Temereva E.N., Kuzmina T.V. The first data on the innervation of the lophophore in the rhynchonelliform brachiopod Hemithiris psittacea: what is the ground pattern of the lophophore in lophophorates? // BMC Evol. Biol. 2017. V. 17. P. 1–19.
  55. Thayer C.W. Are brachiopods better than bivalves? Mechanisms of turbidity tolerance and their interaction with feeding in articulates // Paleobiology. 1986. V. 12. № 2. P. 161–174.
  56. Vargas C. de, Audic S., Henry N. et al. Ocean plankton. Eukaryotic plankton diversity in the sunlit ocean // Science. 2015. V. 348. № 6237. P. 1261605.
  57. Westbroek P., Yanagida J., Isa Y. Functional morphology of brachiopod and coral skeletal structures supporting ciliated epithelia // Paleobiology. 1980. V. 6. № 3. P. 313–330.
  58. Williams A., Carlson S.J. Affinities of brachiopods and trends in their evolution // Treatise on Invertebrate Paleontology. Part H, Brachiopoda (Revised). Vol. 6: Supplement. Lawrence: Univ. Kansas Press, 2007. P. 2822–2900.
  59. Williams A. Carlson S.J., Brunton C.H.C. et al. A supra–ordinal classification of the Brachiopoda // Phil. Trans. Roy. Soc. London. Ser. B: Biol. Sci. 1996. V. 351. № 1344. P. 1171–1193.
  60. Williams A., James M.A., Emig C.C. et al. Anatomy // Treatise on Invertebrate Paleontology. Part H, Brachiopoda (Revised). Vol. 1: Introduction. Lawrence: Univ. Kansas Press, 1997. P. 7–151.
  61. Zezina O.N. Biogeography of the recent brachiopods // Paleontol. J. 2008. V. 42. № 8. P. 830–858.
  62. Zhang Z., Han J., Zhang X. et al. Soft-tissue preservation in the Lower Cambrian linguloid brachiopod from South China // Acta Palaeontol. Pol. 2004. V. 49. № 2. P. 259–266.
  63. Zhang Z., Han J., Zhang X. et al. Note on the gut preserved in the Lower Cambrian Lingulellotreta (Lingulata, Brachiopoda) from southern China // Acta Zool. 2007a. V. 88. № 1. P. 65–70.
  64. Zhang Z., Holmer L.E., Skovsted C.B. et al. A sclerite-bearing stem group entoproct from the early Cambrian and its implications // Sci. Rep. 2013. V. 3. № 1. P. 1066.
  65. Zhang Z.F., Li G.X., Holmer L.E. et al. An early Cambrian agglutinated tubular lophophorate with brachiopod characters // Sci. Rep. 2014. V. 4. № 1. P. 4682.
  66. Zhang Z., Shu D., Han J. et al. A gregarious lingulid brachiopod Longtancunella chengjiangensis from the Lower Cambrian, South China // Lethaia. 2007b. V. 40. № 1. P. 11–18.
  67. Zhang Z., Shu D., Emig C. et al. Rhynchonelliformean brachiopods with soft‐tissue preservation from the early Cambrian Chengjiang Lagerstätte of South China // Palaeontology. 2007c. V. 50. Pt 6. P. 1391–1402.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема анатомии брахиопод на примере представителей отряда Terebratulida, вид сбоку (гонады, мышцы и метанефридии не отображены; по: James et al., 1992, с изменениями). Обозначения: вс – вентральная створка, дс – дорсальная створка, л – лофофор, мп – мантийная полость, н – ножка, пс – пищеварительная система, тц – туловищный целом.

Скачать (102KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Родовое разнообразие брахиопод в палеонтологической истории (по: Carlson, 2016, с изменениями).

Скачать (285KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Связь родового разнообразия двустворчатых моллюсков и брахиопод с качественным составом фитопланктона в фанерозое (по: Zezina, 2008, с изменениями). По вертикали для графиков 1, 2 указано количество родов, по горизонтали для 1–7 – палеонтологические периоды. Обозначения: 1 – двустворчатые моллюски, 2 – брахиоподы, 3 – диатомовые водоросли, 4 – кокколитофориды, 5 – динофитовые водоросли, 6 – зеленые водоросли, 7 – цианобактерии; к – кембрий, о – ордовик, с – силур, д – девон, ка – карбон, п – пермь, т – триас, ю – юра, м – мел, па – палеоген, н – неоген, пл – плейстоцен.

Скачать (92KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Эволюция ринхонеллиформных брахиопод (по: Carlson, 2016, с изменениями) и схемы строения пищеварительной системы представителей вымерших отрядов Chileida (вид с вентральной стороны; по: Zhang et al., 2007b, с изменениями), Kutorginida (вид с вентральной стороны; по: Zhang et al., 2007с, с изменениями) и современных отрядов Rhynchonellida, Terebratulida, Thecideida (вид сбоку; по: Nielsen, 1991, с изменениями). Красной точкой обозначено анальное отверстие, крестом – слепое замыкание кишечника. Систематика брахиопод по: Carlson, 2016; Harper et al., 2017.

Скачать (447KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Схемы строения замковых структур раковины ринхонеллиформных брахиопод на вентральной створке (левый столбец) и дорсальной створке (правый столбец): а – строфические поверхности Chile sp. (Chileata; по: Popov, Holmer, 2000a, с изменениями); б – примитивный замок Obolella sp. (Obolellata; по: Popov, Holmer, 2000b, с изменениями); в – астрофические поверхности Kutorgina sp. (Kutorginata; Popov, Williams, 2000, с изменениями); г – дельтидиодонтный замок Hesperorthis sp., Hebertella sp. (Rhynchonellata; по: Rudwick, 1970, с изменениями); д – циртоматодонтный замок Magellania sp. (Rhynchonellata; по: Clarkson, 1979, с изменениями).

Скачать (106KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Расположение мантийной полости (выделена розовым цветом) и туловищного целома (выделен голубым цветом) внутри раковины брахиопод (по: Rowell, Caruso, 1985; James et al., 1992; с изменениями): а, б – Lingula anatina (Linguliformea): а – вид со спинной стороны, б – вид сбоку; в – Nisusia sulcata (Rhynchonelliformea: Kutorginata), вид сбоку; г, д – Magellania sp. (Rhynchonelliformea: Rhynchonellida): г – вид со спинной стороны, д – вид сбоку. Красными точками обозначено анальное отверстие кишечника, крестом – слепое замыкание кишечника.

Скачать (102KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Размерный диапазон частиц, обнаруженных в пищеварительном тракте ринхонеллиформных брахиопод Hemithiris psittacea и Terebratalia septentrionalis, собранных на глубине до 40 м в фотической зоне (по: McCammon, 1981). По оси y указана доля обнаруженных частиц от общего количества органических частиц в процентах, по оси x – диаметр частиц в мкм.

Скачать (65KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Организация лофофора брахиопод: а – поперечный срез через щупальца лофофора (по: Kuzmina, Malakhov, 2007); б – поперечный срез через брахиальную ось спиролофного лофофора (по: Kuzmina et al., 2018, с изменениями); в – преимущественная роль внутренних и наружных щупалец в процессе принятия и отторжении частиц. Обозначения: бо – брахиальная ось, бс – брахиальная складка, вщ – внутренние щупальца, лр – латеральные реснички, нщ – наружные щупальца, пж – пищевой желобок, фр – фронтальные реснички. Стрелками обозначено направлние тока воды. Голубым цветом обозначена фронтальная ресничная зона, зеленым – латеральная, розовым – абфронтальная, желтым обозначены чувствительные латеро-фронтальные ресничные клетки.

Скачать (202KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Организация спиролофного (а) и плектолофного (б) лофофоров (поперечный срез через раковину; по: Rudwick, 1970, с изменениями). Обозначения: бо – брахиальная ось лофофора, вп – выходящий поток, вс – вентральная створка, вхп – входящий поток, дс – дорсальная створка; стрелками обозначены направления потоков воды, выводная камера залита серым цветом, вводная – желтым.

Скачать (185KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Направление потоков воды во время фильтрации в плектолофном лофофоре (по: Williams et al., 1997, с изменениями). Обозначения: бо – брахиальная ось, лр – латеральная рука, мр – медиальная рука, ол – основание лофофора, р – рот; входящий поток показан красными стрелками, выходящий ― синими.

Скачать (267KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Схема предполагаемого механизма сортировки частиц в спиролофном и плектолофном типах лофофора (по: Rudwick, 1970, с изменениями): а – поступление суспензии частиц разных размеров в мантийную полость, б – сортировка частиц. Крупные и мелкие частицы в спиролофном лофофоре попадают во внутренние спирали равновероятно. В плектолофном лофофоре большинство крупных частиц задерживается в латеральных руках. Обозначения: кч – крупные частицы, мч – мелкие частицы, пв – поток воды.

Скачать (441KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Поперечный срез через брахиальную ось спиролофного (а) и плектолофного (б) лофофоров (по: Temereva, Kuzmina, 2017; Кuzmina, Temereva, 2018). Внутреннее строение щупалец не отражено. Обозначения: ас – абфронтальная сторона, вщ – внутренние щупальца, лр – латеральные реснички, нщ – наружные щупальца, фс – фронтальная сторона.

Скачать (132KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Морфология пищеварительной системы брахиопод (по: Nielsen, 1991, с изменениями): а – Hemithiris psittacea (Rhynchonelliformea: Rhynchonellida), слепо замкнутый кишечник с расширением на конце (оригинальная схема); б – Rhynchonelliformea: Terebratulida, слепо замкнутый кишечник без расширения (оригинальная схема); в – Novocrania anomala (Craniiformea), кишечник сквозной и открывается анальным отверстием на задней стороне тела (по: Chuang, 1960); г – Lingula anatina (Linguliformea), U – образный сквозной кишечник открывается анальным отверстием в мантийную полость справа ото рта (по: Chuang, 1959). Оранжевым цветом обозначены рот и глотка, желтым обозначен пищевод, зеленым – желудок, красным – пищеварительная железа, голубым – пилорический отдел, фиолетовым – задний отдел кишечника. Стрелки указывают на ротовое отверстие, точками обозначено анальное отверстие кишечника.

Скачать (323KB)
Метаданные
15. Рис. 14. Особенности микроскопической анатомии кишечной трубки ринхонеллиды Hemithiris psittacea (по Пунину, 1981, с изменениями): а – ультраструктура клеток слепого расширения пилорического отдела, б – ультраструктура пищеварительных клеток пищеварительной железы, в – ультраструктура секреторных клеток пищеварительной железы, г – поперечный срез через среднюю часть пилорического отдела кишечника, д – поперечный срез слепого расширения пилорического отдела. Границы клеток на фиг. г, д не обозначены. Обозначения: аг – аппарат Гольджи, азпк - апикальная зона пузырьков и канальцев, бм – базальная мембрана, бп – базальная пластинка, вак – вакуоль, вацм – впячивания апикальной цитоплазматической мембраны, гл – гранула липофусцина, д – десмосома, кн – корешковая нить, л – липидное включение, мв – микроворсинки, мит – митохондрия, мо – мышечная обкладка, пп – пиноцитозный пузырек, ппо – просвет пилорического отдела, пср – просвет слепого расширения пилорического отдела, р – ресничка, сг – секреторная гранула, э – эпителий, я – ядро, яд – ядрышко.

Скачать (389KB)
Метаданные
16. Рис. 15. Гипотеза эволюции ринхонеллиформных брахиопод.

Скачать (249KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024