Препарат ― поперечный срез через средний участок тела дождевого червя Lumbricus terrestris (рис. 14―20)

Методические указания. Препараты с серией поперечных срезов туловищного сегмента дождевого червя раздают студентам на руки. На одном стекле присутствуют срезы через разные участки сегмента, соответственно наблюдаемая картина существенно различается в зависимости от того, где прошел конкретный срез: в передней, средней или задней его части. Эти различия отражены в приводимых ниже рисунках и описании. Их необходимо учитывать при работе со срезами.

Для изучения срезов используют микроскопы. Сначала под малым увеличением зарисовывают общий вид среза, а потом под большим увеличением (объектив 40^×) прорабатывают детали строения стенки тела и внутренних органов.

Поперечный срез через среднюю часть тела дождевого червя имеет почти правильную округлую форму. Лишь вентральная поверхность может быть слегка уплощена и даже немного вогнута. Правильно ориентировать срез (дорсальной поверхностью кверху) можно и по другим признакам ― щетинки как правило тяготеют к нижней (вентральной) части среза. Однако лучше всего вентральную сторону маркирует положение брюшной нервной цепочки, которая всегда располагается под кишечником (рис. 14, 17). Правильно сориентировав срез, следует, используя малое увеличение, изучить расположение основных структур, попавших на конкретный срез.

Снаружи тело червя одето однослойным эпидермисом, который, в свою очередь, покрыт тонкой кутикулой (рис. 15, 16, 19, 20). Правда, последняя при гистологической обработке сохраняется далеко не всегда. Сам эпителий представлен высокими цилиндрическими клетками, между которыми располагаются многочисленные одноклеточные железы. Эпителий подстилает тонкая базальная пластинка, под которой залегают два слоя мышц ― кольцевых и продольных. Слой кольцевых мышечных волокон относительно тонкий. Сократимые отростки мышечных клеток (мускульные волокна) располагаются в плоскости среза, поэтому прослеживаются на значительном протяжении. Они разделены тонкими прослойками соединительной ткани и внеклеточного матрикса.

Продольные мышцы организованы иначе. Прежде всего, они образуют четыре продольные ленты. Самая широкая ― дорсальная. Она тянется от одного ряда дорсо-латеральных щетинок до другого. Если срез прошел в области дорсальной поры (см. стр. 000), то может создаться впечатление, что вдоль спинной стороны тянутся две ленты. В зоне, прилегающей непосредственно к поре, слой продольных мышц заметно истончается.

Более узкие латеральные ленты расположены соответственно между рядами дорсо-латеральных и вентральных щетинок. Все пространство между рядами вентральных щетинок занимает довольно широкая вентральная лента. В каждой ленте продольные мышечные волокна собраны в характерные группы. Внеклеточный матрикс и соединительно-тканные элементы образуют своеобразные продольные септы, которые на поперечном срезе видны как радиально ориентированные линии. Продольные мышечные волокна довольно плотно прилегают к этим септам с обеих сторон, причем по отношению к септе они лежат под острым углом. В результате образуется фигура, напоминающая «ёлочку». Соседние «ёлочки» отделены друг от друга прослойками светлой соединительной ткани.

Границы между лентами отчетливо маркируются щетинконосными сумками со щетинками (рис. 16). У дождевых червей и близких форм, как уже говорилось выше, каждый сегмент несет по 8 щетинок ― по две щетинки в каждом пучке. Картина, которую можно увидеть под микроскопом, зависит от того, как прошел срез. Иногда на срез попадают почти целиком обе щетинки, относящиеся к одному пучку, и формирующие их щетинконосные сумки. Чаще удается рассмотреть лишь короткие фрагменты косо перерезанных щетинок. Нередко на срезе оказываются только пустые каналы, тогда как залегающие в них щетинки располагаются либо на предыдущем, либо на последующем срезах. В тех случаях, когда срез прошел между щетинками двух соседних сегментов, положение рядов щетинок все равно хорошо заметно. Его маркируют тонкие соединительно-тканные прослойки, разделяющие ленты продольных мышц. Следует обратить внимание на то, что между щетинками каждой пары залегает очень узкий тяж продольных мышц.

Вся внутренняя поверхность стенки тела выстлана тонким перитонеальным эпителием (рис. 16), образованным в той или иной мере уплощенными клетками. При использовании малого увеличения микроскопа он обычно выглядит как сплошная тонкая пластинка, при большом увеличении отчетливо различимы отдельные эпителиальные клетки.

Центральное положение в полости тела занимает пищеварительный тракт. В средней части тела, из которой обычно и изготавливают поперечные срезы, он представлен средней кишкой. Ее стенка образована однослойным кишечным эпителием, состоящим из узких и высоких клеток. Эпителий подстилают тонкая базальная пластинка и такой же тонкий слой внеклеточного матрикса, в котором можно рассмотреть мышечные волокна, образующие мышцы стенки кишечника (рис. 19). Здесь же при большом увеличении микроскопа можно рассмотреть многочисленные профили перерезанных в разных направлениях капилляров кровеносной системы ― кишечный синус) (рис. 15, 17, 19).

Дорсально стенка кишки образует глубокую продольную складку, которая на поперечном срезе имеет вид свешивающегося в просвет кишечника довольно крупного «мешка». Эта складка называется тифлозолем (рис. 14). Снаружи кишечник покрыт толстым слоем рыхлой хлорагогенной ткани. По происхождению это те участки стенок целомов, которые с двух сторон прилегают к кишечнику. В этой зоне целотелий сильно специализируется и выполняет несколько разных функций (см. стр. 000). «Полость» тифлозоля тоже почти целиком заполнена «хлорагогенной тканью». Хорошо развиты капилляры кишечного синуса и в тифлозоле.

Особенностью организации вторичной полости тела дождевых червей (сем. Lumbricidae) является отсутствие спинного мезентерия, так что правый и левый целомы в каждом сегменте дорсально оказываются объединёнными. Брюшной мезентерий берет начало от кишечника, облегает брюшной кровеносный сосуд и брюшную нервную цепочку с поднервным (субневральным) сосудом (рис. 17).

Кровеносная система на поперечном срезе через туловищный отдел представлена уже упоминавшимися спинным и брюшным кровеносными сосудами, поднервным сосудом, кишечным синусом и некоторыми другими элементами¹⁵.

Спинной кровеносный сосуд располагается дорсально от кишечника в толще хлорагогенной ткани непосредственно над тифлозолем. На некоторых срезах удается видеть, как от него отходят кольцевые париетальные сосуды. Обычно удается проследить только отдельные участки этих сосудов. Со спинным сосудом связан и кишечный синус, многочисленные профили перерезанных капилляров которого хорошо видны в базальной части слоя хлорагогенной ткани, в том числе и в складке тифлозоля. В самом тифлозоле проходит еще один продольный сосуд, который называется сосудом тифлозоля.

Брюшной кровеносный сосуд располагается в брюшном мезентерии между кишкой и брюшной нервной цепочкой, под которой, в свою очередь, тянется поднервный сосуд. Именно в него впадают париетальные сосуды, берущие начало от спинного сосуда.

Детали строения органов выделения можно рассмотреть лишь на нескольких срезах, прошедших через разные участки туловищного сегмента (рис. 14, 15, 18―20). В задней части членика, непосредственно перед очередным диссепиментом располагается нефростом, или воронка метанефридия (рис. 15, 18). Собственно воронка образована двумя губами. Верхняя губа имеет вид массивной лопасти и построена из крупных цилиндрических краевых клеток со светлой цитоплазмой и относительно крупными светлыми ядрами. Она сверху, как козырек, прикрывает вход в начальный отдел канала метанефридия. На своей наружной поверхности краевые клетки несут длинные реснички. Нижняя губа представляет собой небольшое утолщение стенки сáмого концевого участка начального отдела канала метанефридия. Ресничные клетки, из которых построена нижняя губа и стенки самого канала, небольших размеров с плотной цитоплазмой и плотными, ярко окрашивающимися ядрами. На некотором расстоянии от нефростома канал пронизывает диссепимент (рис. 18, В).

В передней части целома следующего сегмента канал метанефридия образует многочисленные петли. Последние погружены в соединительнотканный матрикс, так что образуется узкое вытянутое тельце, поднимающееся в верхнюю часть сегмента и достигающее уровня дорсальной продольной мышечной ленты (рис. 14, А, 15, 19). По ходу канала отчетливо выделяются несколько участков, различающихся диаметром просвета и структурой стенок. Всю совокупность этих плотно упакованных петель, перемежающихся с многочисленными кровеносными сосудами, часто называют железистым отделом метанефридия.

Перитонеальный эпителий, разрастаясь, охватывает железистый отдел и подобно брыжейке удерживает его на боковом участке стенки тела в подвешенном состоянии (рис. 15, 19).

В средней части сегмента, непосредственно за железистым отделом располагаются дистальные участки выводного протока метанефридия (рис. 15). От вентрального конца железистого отдела отходит дистальный отдел канала метанефридия ― толстостенный проток (рис. 15, 20), который практически сразу же круто поворачивает наверх в дорсальную часть целома. Располагается эта восходящая ветвь выводного канала на некотором расстоянии от железистого отдела (рис. 15). В дорсальной части целома канал снова резко поворачивает вниз, в сторону вентральной поверхности. Однако его просвет при этом сильно увеличивается, а снаружи появляется мощная мышечная обкладка, образованная, как минимум, двумя слоями косо ориентированных мышечных волокон. Канал превращается в массивный мочевой пузырек, который тянется в вентральную часть сегмента параллельно железистому отделу и удерживается той же брыжейкой (рис.15, 20).

От нижнего вентрального конца мочевого пузырька берет начало относительно короткий и узкий проток, который образует самую дистальную часть канала метанефридия. Это выводной проток, который внедряется в стенку тела на границе между латеральной и вентральной лентами продольных мышц. Уже в толще стенки тела проток сначала немного отклоняется наверх в дорсальном направлении между слоями кольцевых и продольных мышц, затем снова круто поворачивает и пронизывает слой кольцевых мышц и эпидермис. На поверхности тела он оканчивается нефропором (рис. 20).

Из элементов центральной нервной системы на поперечных срезах можно рассмотреть брюшную нервную цепочку (рис.14, 17). В зависимости от того, как прошел срез, это будут либо перерезанные поперек нервные коннективы, либо сегментарные ганглии. В области коннективов хорошо видно, что вентральный нервный ствол имеет парное происхождение. На срезе отчетливо различимы два нейропиля, образованные отростками нервных клеток. Дорсально, по средней линии ствола располагаются несколько гигантских аксонов (рис. 17), которые выглядят как светлые и почти прозрачные округлые профили. Снаружи вся эта совокупность нервных элементов вместе с поднервным сосудом одета перитонеальным эпителием.

Если срез прошел в области сегментарного ганглия, то гистологическая картина оказывается более сложной (рис. 17). Вокруг парного нейропиля располагаются многочисленные нейроны. Сверху медиально залегают гигантские аксоны, а от боковых сторон ганглия отходят латеральные сегментарные нервы. Они, также как и вся брюшная нервная цепочка, окружены перитонеальным эпителием.

Нервы направляются к боковым краям вентральной ленты продольных мышц, глубоко внедряются в нее и достигают слоя кольцевых мышечных волокон.

Lumbricus terrestris (тип Annelida, подтип Clitellata, кл. Oligochaeta, сем. Lumbricidae)¹⁶ ―

широко распространенная форма, хорошо знакомая большинству населения. Однако не менее обычны и многие другие представители люмбрицид. L. terrestris относится к числу характерных представителей почвенной фауны и играет важную роль в процессах почвообразования и поддержания стабильности почвенных экосистем. Первым, кто обратил внимание на роль дождевых червей в жизни почвы, был Ч. Дарвин, который в 1881 году публиковал книгу «Образование растительного слоя земли дождевыми червями и наблюдения над их образом жизни». Собственно, именно это исследование было и остается основой наших знаний об «образе жизни» дождевых червей.

Плотность поселения червей в почве зависит от многих факторов, из которых главным представляется наличие органики как в самой почве, так и на ее поверхности. Важную роль играют кислотность и влажность грунта. Черви явно предпочитают увлажненные (но не переувлажненные) кислые почвы.

В почве черви роют ходы, длина которых может быть очень значительной. Крупные L. terrestris иногда погружаются на глубину в несколько метров. Прорывая ход, червь заглатывает грунт, пропускает его через кишечник и этой массой, смешиваемой со слизью, которая выделяется покровами, укрепляет стенки своих ходов. Мелкие черви держатся преимущественно в верхних слоях почвы, а их фекальные выбросы часто в большом количестве можно видеть на поверхности грунта.

Активность червей способствует постоянному разрыхлению почвы и улучшает ее аэрацию. Более того, фекальные выбросы и выделяемая покровами слизь способствуют сохранению оптимальной структуры почвы. Важно и то, что деятельность червей способствует постоянному перемешиванию грунта. Это обеспечивает интенсивный транспорт органических веществ с поверхности почвы на глубину.

Основная пища червей ― перегнивающие растительные остатки, как правило, характеризующиеся довольно низкими значениями рН, т. е. высокой кислотностью. В этой связи следует коснуться дискуссии по поводу функций упоминавшихся выше известковых желез (см. стр. 000). Последние открываются непосредственно в пищевод и выделяют в него углекислый кальций в виде кристаллов кальцита. Для чего это нужно, до сих пор остается загадкой. В разное время по этому поводу высказывались разные предположения. Согласно более старой версии, поступающая в просвет пищеварительного тракта известь необходима для нейтрализации «кислой» пищи, поглощаемой червем. Но кристаллы кальцита проходят через кишечник и выводятся во внешнюю среду. Они не растворяются и Ca⁺⁺ не реабсорбируется организмом. Согласно второй, значительно более поздней гипотезе, дождевые черви таким образом удаляют избыточный CO₂, образующийся в результате дыхания. Во влажной почве, при ухудшении аэрации содержание углекислого газа может достигать таких значений, что его диффузия из организма через покровы сильно затрудняется или вообще становится невозможной. В таких случаях в крови начинает накапливаться угольная кислота (HCO₃^–). Известковые железы берут на себя функцию своеобразных органов выделения ― экскретируемый углекислый газ оказывается в составе карбоната кальция и выводится наружу. Фактически, сходную функцию приписывают известковым железам и те исследователи, которые считают, что с их помощью выводится избыток кальция, поступающего во время питания с пищей. Не исключено, что известковые железы участвуют в реализации и каких-то иных физиологических функций.

Движение дождевых червей осуществляется за счет перистальтических сокращений тела. Червь вытягивает вперед передний конец тела, который при этом заметно сужается. В плотном грунте он использует для этого уже имеющиеся трещины и лакуны, в рыхлом же он просто раздвигает частицы почвы. Достигнув максимальной длины, передний конец начинает вздуваться и заякоривается в грунте. Одновременно вытянувшийся и ставший узким следующий за ним участок тела начинает сокращаться, подтягивается вперед и расширяется. Вдоль тела червя обычно перемещается несколько таких волн. Направление движения волны легко меняется на противоположное, что позволяет червю при малейшей опасности уползать задним концом вперед.

Перистальтический способ движения у животных, обладающих гидроскелетом, возможен только при условии, что жидкость, заполняющая полость тела может свободно перетекать из одного участка тела в другой. Наличие же полностью изолированных целомов практически исключает подобную возможность. У дождевых червей, как уже было отмечено ранее, в диссепиментах имеются специальные поры. У некоторых видов они снабжены мышечными сфинктерами, которые позволяют животному осуществлять контролируемое перемещение жидкости вдоль тела. Кроме того, в регуляции давления полостной жидкости в целоме могут участвовать и открывающиеся на спинной поверхности дорсальные поры (см. стр. 000).

Очень своеобразно протекает половое размножение дождевых червей. Ранее было сказано, что дождевые черви, как и все остальные олигохеты, обладают гермафродитной половой системой, приуроченной к небольшому числу сегментов (рис. 21). Мужская половая система L. terrestris представлена двумя парами семенников, располагающихся в 10-ом и 11-ом сегментах. Гонады залегают в нижней (вентральной) части сегмента. Эти участки целомов отделены от остального объема последних тонкими горизонтальными перегородками и получили название тестикулярных капсул. Специальные отверстия соединяют каждую капсулу с упоминавшимися ранее семенными мешками (рис. 21), в которых протекают все основные этапы сперматогенеза и окончательное формирование спермиев.

В тестикулярные капсулы открываются и мужские половые воронки, ведущие в целомодукты ― семяпроводы. В 12-ом сегменте целомодукты на каждой стороне тела сливаются друг с другом, в результате чего образуются всего два протока, которые пронизывают два следующих сегмента (13-ый и 14-ый) и открываются парными мужскими гонопорами на вентральной поверхности 15-ого сегмента (см. стр. 000 и рис. 12, А).

Органы женской половой системы занимают, соответственно, 13-ый и 14-ый сегменты. В первом из них располагаются парные яичники, а задние диссепименты образуют два небольших яйцевых мешка, обращенных в 14-ый сегмент. Воронки яйцеводов открываются в целоме 13-ого сегмента, а их короткие протоки заканчиваются женскими гонопорами на вентральной поверхности следующего, 14-ого сегмента (см. стр. 000 и рис. 12, А). Кроме того, как уже говорилось выше, функционально к женской половой системе относятся и две пары семяприемников, расположенных в 9-ом и 10-ом сегментах. Важная роль в процессе размножения принадлежит и пояску (см. стр. 000 и рис. 12, А).

Такое строение половой системы предопределяет довольно сложное половое поведение дождевых червей. Выход в пресные воды и, тем более, освоение почвы как среды обитания исключают возможность сохранения в чистом виде наружного оплодотворения, как это имело место у полихетообразных предков. Понадобились специальные приспособления, которые позволяют изолировать в небольшом объеме выведенные из организма половые продукты. Достигается это следующим образом. Собственно оплодотворению яиц предшествует спаривание. Два червя располагаются строго определенным образом ― навстречу друг другу и плотно соприкасаются вентральными поверхностями. При этом отверстия семяприемников одной особи оказываются в области пояска другой и наоборот. В этот период активизируется секреторная активность эпителия поясков. Выделяемая ими слизь образует слизистые муфты, которые связывают спаривающихся партнеров. Кроме того, они удерживаются вместе с помощью упоминавшихся ранее половых щетинок (см. стр. 000 и рис. 12, А).

После того как объединение червей совершилось, они выделяют семенную жидкость из мужских гонопоров (15-ый сегмент), которая по упоминавшимся ранее семенным бороздкам транспортируется назад к пояску (рис. 21, Б). Здесь она поступает в семяприемники партнера, которые совершают активные «глотательные» движения. Обменявшись спермой, черви расходятся и приступают к откладке яиц. Начинается этот процесс с того, что весь передний конец тела одевается слизистым чехлом. В области же пояска выделяется хитиноподобный материал, который и становится в дальнейшем стенкой кокона. Чуть позднее в полость этого кокона уже другие секреторные клетки пояска выделяют белковый материал ― альбумин. Когда формирование кокона завершено, червь, активно сокращаясь, медленно сдвигает его в сторону переднего конца тела. В момент прохождения кокона над женскими гонопорами (14-ый сегмент) в его полость выводятся еще неоплодотворенные яйца. Сдвигаясь дальше, кокон оказывается над отверстиями семяприемников, заполненных спермой полового партнера. Семяприемники сокращаются, и семенная жидкость изливается в полость кокона, где уже находятся яйца. Вероятность оплодотворения последних в ограниченном объеме кокона очень высока. Когда кокон сбрасывается с переднего конца тела, слизистый чехол быстро разрушается, свободные концы кокона смыкаются и плотно закупориваются. При этом внутренняя среда кокона хорошо изолирована от внешней среды. Последующее развитие зародышей полностью протекает внутри кокона и энергетически обеспечивается тем питательным материалом, который был секретирован пояском. У эмбриона очень рано появляются провизорные рот и глотка, с помощью которых он заглатывает альбумин, заполняющий кокон. Завершается развитие формированием в полости кокона нескольких ювенильных особей. Покинув кокон, они сразу же начинают вести активный образ жизни.

Таким образом, формально у дождевых червей имеет место наружное оплодотворение ― и сперма, и яйца выводятся из родительского организма. Да и процесс оплодотворения тоже совершается вне женской половой системы.