Ruthenica, 2021, vol. 31, No. 1: 39-49. © Ruthenica, 2021 Published online January 2, 2021. http: ruthenica.net

Светоизолирующий аппарат камерного глаза наземного брюхоногого моллюска Arion rufus (Heterobranchia, Stylommatophora)

И.П. ШЕПЕЛЕВА Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, наб. Макарова, 6, Санкт-Петербург, 199034, РОССИЯ. Международный университет Бремена, Кампус, 1, Бремен, 28759, ГЕРМАНИЯ. Университет Лунда, Хельгонаваген, 3, Лунд, 22362, ШВЕЦИЯ. E-mail: [email protected]

РЕЗЮМЕ. При помощи методов световой и электронной микроскопии определен клеточный состав, изучена морфология компонентов, а также оценены экранирующая функция и эволюционные из- менения светоизолирующего аппарата камерного глаза наземного брюхоногого легочного моллюска Arion rufus. По всем рассмотренным характеристикам светоизолирующий аппарат A. rufus является типичным для наземных легочных моллюсков. Эволюционные изменения светоизолирующего аппа- рата, обусловленные сменой моллюсками среды обитания, несущественны и затрагивают клеточный состав, морфологию пигментных клеток и изоляцию светочувствительных частей фоторецепторных клеток друг от друга.

Light-insulating apparatus of the camera-like рованных пигментных клетках, расположенных eye of the terrestrial gastropod mollusk Arion rufus по соседству с фоторецепторными клетками, у (Heterobranchia, Stylommatophora) других присутствуют и в самих фоторецептор- ных клетках [Bharti et al., 2006; Land, 1981; Land, I.P. SHEPELEVA Nilsson, 2012]. Пигментные клетки на протяже- Pavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences, нии всей эволюции глаз животных помогают Makarova emb. 6, St. Petersburg, 199034, RUSSIA. выполнять те функции, к которым приспособлен International University Bremen, Campus Ring 1, Bremen, каждый тип глаз [D’Alba, Shawkey, 2019]. На- 28759, GERMANY. Lund University, Helgonavägen 3, пример, оба упомянутых выше типа глаз – пиг- Lund, 22362, SWEDEN. E-mail: [email protected] ментный бокал и камерный глаз встречаются у ABSTRACT. The cellular composition, the morphol- брюхоногих моллюсков – единственной группы ogy of the components, and the screening function and беспозвоночных с представителями в водной и evolutionary changes of the light-insulating apparatus наземной среде и доминирующим камерным гла- of the camera-like eye of the terrestrial gastropod pul- зом. У брюхоногих моллюсков пигментный бокал monate mollusk Arion rufus were studied and evalu- состоит из трех компонентов: фиксированного ated using light and electron microscopy. According to all the considered characteristics, the light-insulating зрачка большого размера; двухслойной инвер- apparatus of A. rufus is typical for terrestrial pulmo- тированной или неинвертированной сетчатки, nate mollusks. Evolutionary transformations of the которая может содержать до сотни фоторецеп- light-insulating apparatus, caused by the change in the торных клеток, распределенных по внутренней mollusks’ environment, are insignificant and affect the поверхности чаши из пигментных клеток, и cellular composition, the morphology of pigmented зрительного нерва. При помощи пигментных cells and the isolation of the light-sensitive parts of бокалов животные определяют местоположение photoreceptor cells from each other. источника света благодаря тому, что пигментные клетки создают экран, который обеспечивает Введение проникновение света в глаз только через зрачок и одновременно из разных направлений окружаю- В каждом существующем типе глаз – от пиг- щего пространства, а также выполняют формоо- ментных бокалов беспозвоночных до камерных бразующую, опорную, защитную и трофическую глаз позвоночных – обычно содержатся темные функции, функции синтеза и хранения экрани- экранирующие пигменты. У одних животных эти рующих пигментов [Beklemishev, 1952; Eakin, пигменты сосредоточены только в специализи- 1972; Land, 1981; Bobkova, 1998; Land, Nilsson, 40 И.П. Шепелева

2012]. Камерный глаз состоит из большего числа компонентов: оболочки, образованной рогови- цей и глазной капсулой; фиксированного зрачка меньшего размера; хрусталика; стекловидного тела, окружающего хрусталик; четырехслойной неинвертированной сетчатки, которая может насчитывать до нескольких десятков тысяч фоторецепторных клеток, расположенных между пигментными клетками, и зрительного нерва [Land, 1981; Messenger, 1981; Land, Nilsson, 2012; Shepeleva, 2013a, b, 2018a, b, 2019]. При помо- щи камерных глаз некоторые виды брюхоногих моллюсков различают предметы их естествен- ной среды обитания и геометрические фигуры, которые визуально напоминают эти предметы и, следовательно, используют зрительную ин- формацию для ориентации в окружающей среде [Messenger, 1981; Warrant, 2006; Shepeleva, 2011a, 2019]. Более сложное строение и функции камер- ных глаз по сравнению с таковыми пигментных бокалов указывают на больший набор функций у пигментных клеток. Дополнительно к перечис- ленным выше функциям в пигментных бокалах в РИС. 1. Схематичное изображение камерного глаза камерных глазах пигментные клетки участвуют Arion rufus. Сокращения: c – роговица; l – хрусталик, в формировании двух компонентов – хрусталика окруженный слоем стекловидного тела; mvl – микро- виллярный слой сетчатки; on – зрительный нерв; pgl и стекловидного тела [Eakin, 1972; Shepeleva, – пигментный слой сетчатки; spl – соматический и 2011b]. Эти неклеточные компоненты образуются плексиформный слои сетчатки; 1 – центральная об- из веществ, которые синтезируются в пигментных ласть зрительной части сетчатки; 2 – периферическая клетках, а потом секретируются и транспортиру- область зрительной части сетчатки; 3 – незрительная часть сетчатки. ются в полость глаз при помощи их отростков, как, например, у морских Tritia FIG. 1. Schematic drawing of the camera-like eye of Arion rufus. Abbreviations: c – cornea; l – lens, surrounded by obsoleta (Say, 1822) [Gibson, 1984] и Aporrhais a layer of the vitreous body; mvl – microvillar layer of pespelecani (Linnaeus, 1758) [Blumer, 1996], а так- the retina; on – optic nerve; pgl – pigmented layer of the же у наземных легочных моллюсков Helix pomatia retina; spl – somatic and plexiform layer of the retina; 1 – central region of the optic part of the retina; 2 – peripheral (Linnaeus, 1758) [Röhlich, Török, 1963], Cornu region of the optic part of the retina; 3 – non-optic part aspersum (Müller, 1774) [Eakin, Brandenburger, of the retina. 1967] и Limacus flavus (Linnaeus, 1758) [Kataoka, 1977]. Кроме того, в сетчатке камерных глаз пигментные клетки могут выполнять экраниру- ющую функцию, направленную на сохранении потенциальной разрешающей способности. Эта этих клеток необходимы для создания наиболее функция реализуется при помощи отростков полной характеристики светоизолирующего ап- пигментных клеток, заполненных гранулами парата и тем самым – камерных глаз брюхоногих экранирующего пигмента, которые окружают моллюсков. светочувствительную часть каждой фоторецеп- Цель работы – изучить светоизолирующий торной клетки и поглощают рассеянный тканями аппарат камерного глаза наземного брюхоногого глаза свет, предотвращая его распространение легочного моллюска Arion rufus (Linnaeus, 1758) между светочувствительными частями соседних (Arionidae). Экспериментальные задачи – опре- фоторецепторных клеток [Eakin, 1972; Shepeleva, делить клеточный состав светоизолирующего 2011b, 2017, 2018c; Dontsov, Ostrovsky, 2019]. аппарата; охарактеризовать компоненты светои- Таким образом, данные литературы о камерных золирующего аппарата; оценить экранирующую глазах брюхоногих моллюсков показывают, что функцию светоизолирующего аппарата; оценить основные функции специализированных пиг- эволюционные изменения светоизолирующего ментных клеток, которые в совокупности обра- аппарата, обусловленные сменой среды обитания. зуют светоизолирующий аппарат, известны. В то Для работы выбран A. rufus потому, что для этого же время морфологические свойства специали- вида моллюска автором впервые были получены зированных пигментных клеток описаны лишь данные об ультраструктуре сетчатки глаза, кото- поверхностно. Между тем, знания о морфологии рые позволяют дать необходимую характеристи- Светоизолирующий аппарат глаза Arion rufus 41

Табл. 1. Параметры пигментных клеток и пигментного слоя сетчатки камерного глаза Arion rufus. Table 1. Parameters of pigmented cells and pigmented layer of the retina of the camera-like eye of Arion rufus.

Отношение параметров Зрительная часть Незри- в центральной в перифериче- в центральной Параметры тельная области и не- ской области и перифе- и перифериче- централь- часть зрительной незрительной рическая ской области ная область части части область Диаметр апикальной 2,6±0,2 2,9±0,2 4,1±0,2 поверхности тела 0,9 0,6 0,7 (n=15) (n=15) (n=10) клетки, (мкм) 7,0±0,8 6,0±0,6 5,2±0,4 Число отростков 1,2 1,4 1,2 (n=15) (n=15) (n=10) Диаметр отростков, 0,1±0,05 0,1±0,05 0,2±0,07 1,0 0,5 0,5 (мкм) (n=20) (n=28) (n=12) Длина отростков, 1,3±0,07 1,3±0,07 1,2±0,07 1,0 1,1 1,1 (мкм) (n=20) (n=28) (n=12) Число раздвоенных от- 2,0±0,5 1,5±0,8 1,1±0,3 1,3 2,0 1,5 ростков (n=15) (n=12) (n=8) Плотность расположе- 2,2±0,9 2,7±0,8 4,3±1,4 ния гранул экранирую- 0,8 0,5 0,6 (n=45) (n=45) (n=21) щего пигмента, (мкм-2) Толщина пигментного 73±3,3 63±2,7 38±4,0 1,2 1,9 1,7 слоя, (мкм) (n=10) (n=10) (n=10) n – число исследованных глаз (для толщины пигментного слоя), клеток (для диаметра апикальной поверх- ности тела клетки, числа отростков, числа раздвоенных отростков), отростков (для диаметра и длины отростков) или значений плотности расположения гранул экранирующего пигмента, соответствующее числу измеренных расстояний между центрами гранул (для плотности расположения гранул экраниру- ющего пигмента).

ку светоизолирующему аппарату. тонкие (70 нм) срезы нарезали при помощи уль- трамикротомов LEICA ULTRACUT R или V LKB Материалы и методы 2088. Полутонкие срезы окрашивали 0,5%–ным раствором толуидинового синего, заключали под Материалом для исследования служили покровное стекло и фотографировали при помощи взрослые особи наземного брюхоногого легоч- световых микроскопов OLYMPUS B 201 или Zeiss ного моллюска Arion rufus, которых собирали в Axiophot. Ультратонкие срезы последовательно парках и садах г. Бремена (Германия) в апреле контрастировали 2%–ным раствором ацетата 2003 г. и пригороде г. Лунда – Вомбе (Швеция) урана и 0,1%–ным раствором цитрата свинца и в июне–августе 2004 г. Моллюсков содержали в фотографировали при помощи трансмиссионного террариумах с почвой при комнатной темпера- электронного микроскопа JEOL JEM–1230. туре и естественном световом режиме, кормили листьями одуванчиков. Морфометрия Гистология и микроскопия Измерения параметров выполняли на фотогра- фиях срезов глаз. Средние значения полученных В качестве материала для световой и электрон- данных со стандартным отклонением [Lakin, ной микроскопии использовали глазные щупальца 1990] приведены в Табл. 1. моллюсков, адаптированных к темноте. Щупальца последовательно фиксировали в 2,5%–ном раство- Результаты ре глутарового альдегида на 0,1 М s–коллидино- вом или какодилатном буфере (рН=8,0) в течение Светоизолирующий аппарат камерного глаза 2 час. при 4°С и в 1%–ном растворе тетраоксида наземного брюхоногого легочного моллюска осмия на тех же буферах в течение 1 часа при Arion rufus со средним размером 582×539 мкм 4°С. Затем материал обезвоживали и заливали [Shepeleva, 2005] образован одним морфоло- смолой. Полутонкие (1,5 или 2 мкм) и ультра- гическим типом пигментных клеток, которые 42 И.П. Шепелева

РИС. 2. Пигментные клетки сетчатки камерного глаза Arion rufus. A. Пигментные клетки в центральной области зрительной части сетчатки. B. Пигментные клетки в периферической области зрительной части сетчатки. C. Пигментные клетки в незрительной части сетчатки. Сокращения: ap – апикальные отростки пигментной клетки; mv – микровиллы фоторецепторной клетки; pc – пигментная клетка; pg – пигментная гранула; phc – фоторецепторная клетка. ⃰ – место раздвоения отростка пигментной клетки. Масштаб: A, B – 0,5 мкм. FIG. 2. Pigmented cells of the retina of the camera-like eye of Arion rufus. A. Pigmented cells in the central region of the optic part of the retina. B. Pigmented cells in the peripheral region of the optic part of the retina. C. Pigmented cells in the non-optic part of the retina. Abbreviation: ap – apical processes of pigmented cell; mv – microvilli of photoreceptor cell; pc – pigmented cell; pg – pigment granule; phc – photoreceptor cell. ⃰ – bifurcation place of the process of pigmented cell. Scale bars: A, B – 0,5 µm.

представляют собой эпителиальные клетки сутствуют фоторецепторные клетки и которая столбчатой формы. Эти клетки расположены окружает зрачок (Рис. 1). В зрительной части по всей сетчатке: в зрительной части, в которой сетчатки в ее центральной области апикальная присутствуют фоторецепторные клетки и в кото- поверхность тел пигментных клеток имеет рой выделяют центральную и периферическую плоскую форму и средний диаметр 2,6 мкм. От область, и в незрительной части, в которой от- апикальной поверхности каждой клетки отходит Светоизолирующий аппарат глаза Arion rufus 43

Табл. 2. Характеристика пигментных клеток и пигментного слоя сетчатки камерных глаз морских Caenogastropoda, наземных легочных моллюсков и Arion rufus. Table 2. Characteristic of pigmented cells and pigmented layer of the retina of the camera-like eyes of marine Caenogastropoda, terrestrial pulmonate mollusks and Arion rufus.

Наземные Характеристика Морские легочные Arion rufus Caenogastropoda моллюски Число морфологических типов пигментных один один, два один клеток Форма пигментных клеток столбчатая столбчатая столбчатая Форма апикальной поверхности тел пигментных плоская, с пальцевидным плоская плоская клеток отростком Увеличение диаметра апикальной поверхности – – присутствует тел пигментных клеток по направлению к зрачку Уменьшение числа отростков пигментных клеток – – присутствует по направлению к зрачку Увеличение диаметра отростков пигментных клеток в незрительной части по сравнению со – – присутствует зрительной частью Уменьшение длины отростков пигментных клеток в незрительной части по сравнению со – – присутствует зрительной частью Цитологический тип отростков пигментных микровиллярный, микровил- микровиллярный клеток цилиарный лярный более или более или менее более или менее Форма отростков пигментных клеток менее пальцевидная пальцевидная пальцевидная Ориентация отростков пигментных клеток произвольная произвольная произвольная раздвоение, многократное Тип ветвления отростков пигментных клеток раздвоение раздвоение ветвление Уменьшение числа раздвоенных отростков – – присутствует пигментных клеток по направлению к зрачку Увеличение плотности расположения гранул присутствует, присутствует, экранирующего пигмента в пигментном слое по присутствует отсутствует отсутствует направлению к зрачку Уменьшение толщины пигментного слоя по присутствует присутствует присутствует направлению к зрачку Изоляция светочувствительных частей отсутствует, фоторецепторных клеток при помощи отростков отсутствует отсутствует присутствует пигментных клеток Частичное погружение светочувствительных отсутствует, частей фоторецепторных клеток в пигментный отсутствует отсутствует присутствует слой сетчатки

в среднем семь цитоплазматических отростков незрительной части сетчатки форма апикальной со средним диаметром 0,1 мкм и средней длиной поверхности пигментных клеток не меняется, 1,3 мкм. Все отростки микровиллярного типа, однако ее средний диаметр увеличивается до 4,1 имеют более или менее пальцевидную форму и мкм. Эта поверхность имеет в среднем уже пять произвольную ориентацию, многие после воз- отростков, их средний диаметр увеличивается никновения из тела клетки сохраняются в виде до 0,2 мкм, а средняя длина уменьшается до 1,2 единственного выроста, тогда как некоторые раз- мкм. Цитологический тип, форма и ориентация дваиваются (Табл. 1–2; Рис. 2 А, B). В зрительной отростков сохраняются так же, как их раздвоение, части сетчатки в ее периферической области у хотя в этой части сетчатки среднее число раздво- пигментных клеток также наблюдается плоская енных отростков, приходящихся на одну клетку форма апикальной поверхности, но уже с боль- с такими отростками, снижается до одного по шим средним диаметром – 2,9 мкм. Среднее чис- сравнению с центральной и периферической об- ло апикальных отростков уменьшается до шести, ластью в зрительной части, где их среднее число в то время как остальные характеристики отрост- составляет два и полтора соответственно (Табл. ков остаются прежними (Табл. 1–2; Рис. 2B). В 1–2; Рис. 2C). 44 И.П. Шепелева

В цитоплазме тела каждой пигментной клетки, моллюсков – обитающая на глубине около 20 за исключением базальной части, содержащей м улитка Aporrhais pespelecani (Linnaeus, 1758) ядро, сосредоточены гранулы экранирующего [Blumer, 1996]. Во-первых, форму апикальной пигмента (Рис. 2). Пигментированные части всех поверхности тел пигментных клеток у этого пигментных клеток образуют пигментный слой моллюска нельзя охарактеризовать как плоскую сетчатки (Рис. 1). Плотность расположения гра- из-за единичных толстых отростков пальцевид- нул и толщина пигментного слоя различаются в ной формы, которые являются продолжением центральной и периферической области зритель- тел клеток. Во-вторых, не у всех, но у многих ной части, а также в зрительной и незрительной пигментных клеток от вершин этих отростков в части сетчатки. Так, плотность расположения свою очередь отходит один-два отростка, которые гранул в центральной области немного меньше, представляют собой не микровиллы, а реснички чем в периферической и составляет в среднем такой же более или менее пальцевидной формы 2,2 и 2,7 мкм-2 соответственно, а в незрительной и произвольной ориентации, но разделяющиеся части больше, чем в зрительной – 4,3 мкм-2. Тол- не на две ветви, а на несколько ветвей. Надо по- щина пигментного слоя, наоборот, наибольшая в лагать, что эти реснички являются аналогами центральной области – 73 мкм, средняя – в пери- микровиллярных отростков пигментных клеток ферической области – 63 мкм и наименьшая – в других видов моллюсков (Табл. 2). Морфологи- незрительной части – 38 мкм (Табл. 1–2; Рис. 1). ческие свойства пигментных клеток в составе Внутри глаза свет попадает на светочувствитель- светоизолирующего аппарата глаза A. rufus со- ные части фоторецепторных клеток, которые не храняются при переходе от центральной к пери- изолированы друг от друга отростками пигмент- ферической области в зрительной части и далее ных клеток. в незрительной части сетчатки. Что касается таких же морфологических свойств пигментных Обсуждение клеток в составе светоизолирующего аппарата глаз наземных легочных моллюсков и морских Светоизолирующий аппарат камерного глаза Caenogastropoda, то в литературе описаны лишь наземного брюхоногого легочного моллюска A. немногие из них (форма клеток и/или цитологи- rufus состоит из одного морфологического типа ческий тип отростков), тогда как большинство пигментных клеток (Табл. 1). Аналогичный можно определить только по фотографиям срезов состав светоизолирующего аппарата имеет по- какой-то одной (неуказанной) области/части сет- давляющее большинство исследованных видов чатки. Исключение составляет A. pespelecani, для наземных легочных моллюсков и все виды пер- пигментных клеток которого описаны все мор- вичноводных морских Caenogastropoda. Другой фологические свойства. Поэтому имеющиеся в состав выявлен только у одного представителя литературе данные позволяют только установить первой группы моллюсков – активного ночью у моллюсков из обеих групп наличие тех морфо- слизня Meghimatium fruhstorferi (Collinge, 1901). логических свойств пигментных клеток, которые У этого моллюска пигментные клетки сетчатки в были рассмотрены у A. rufus, но не сравнить эти соответствии со своей структурой разделены на свойства в каждой области/части сетчатки (Табл. два типа: первый тип – клетки большого размера, 2). Постоянство всех морфологических свойств содержащие гранулы экранирующего пигмента пигментных клеток, наблюдаемое в составе све- высокой электронной плотности и округлой тоизолирующего аппарата глаза A. rufus, скорее формы, и второй тип – клетки маленького раз- всего, присутствует в составе светоизолирующего мера, содержащие гранулы немного меньшей аппарата глаз других видов наземных легочных электронной плотности и неправильной формы, а моллюсков и морских Caenogastropoda и может также большего размера [Chang et al., 1998] (Табл. расцениваться как общая черта строения камер- 2). Все описанные у A. rufus морфологические ных глаз брюхоногих моллюсков. Как видно из свойства пигментных клеток в составе светоизо- доступных для сравнительного анализа данных, лирующего аппарата глаза, такие как столбчатая светоизолирующий аппарат глаза A. rufus по форма, плоская апикальная поверхность, а также клеточному составу только частично похож на наличие у каждой клетки отростков микровил- светоизолирующий аппарат глаз наземных легоч- лярного типа более или менее пальцевидной фор- ных моллюсков и полностью – на светоизолиру- мы, произвольной ориентации и разделяющихся ющий аппарат глаз морских Caenogastropoda. По на две ветви, можно обнаружить в сетчатке всех морфологическим свойствам пигментных клеток, изученных видов наземных легочных моллюсков наоборот, он полностью похож на светоизолиру- и подавляющего большинства видов морских ющий аппарат глаз наземных легочных моллю- Caenogastropoda. Частью перечисленных свойств сков и только частично – на светоизолирующий и одновременно рядом уникальных свойств об- аппарат глаз морских Caenogastropoda (Табл. 3). ладает один из представителей последней группы В отличие от всех рассмотренных морфоло- Светоизолирующий аппарат глаза Arion rufus 45

Табл. 3. Сходства и различия в характеристике светоизолирующего аппарата камерных глаз морских Caenogastropoda и наземных легочных моллюсков ⃰. Table 3. Similarities and differences in characteristic of light-insulating apparatus of the camera-like eyes of marine Caenogas- tropoda and terrestrial pulmonate mollusks ⃰. Характеристика Сходства и различия Число морфологических типов пигментных клеток +/– Форма пигментных клеток + Форма апикальной поверхности тел пигментных клеток +/– Цитологический тип отростков пигментных клеток +/– Форма отростков пигментных клеток + Ориентация отростков пигментных клеток + Тип ветвления отростков пигментных клеток +/– Увеличение плотности расположения гранул экранирующего пигмента в + пигментном слое по направлению к зрачку Уменьшение толщины пигментного слоя по направлению к зрачку + Изоляция светочувствительных частей фоторецепторных клеток при помощи +/– отростков пигментных клеток Частичное погружение светочувствительных частей фоторецепторных клеток в +/– пигментный слой сетчатки

⃰ – данные о светоизолирующем аппарате камерных глаз наземных легочных моллюсков включают данные для A. rufus и других изученных видов этой группы моллюсков.

гических свойств пигментных клеток в составе Caenogastropoda в аналогичных областях/частях светоизолирующего аппарата глаза A. rufus сетчаток не представляется возможным в виду величины всех рассмотренных параметров пиг- отсутствия соответствующих данных для этих ментных клеток, таких как диаметр апикальной двух групп моллюсков (Табл. 2). Изменение ве- поверхности, число отростков каждой клетки, личин параметров пигментных клеток в составе диаметр и длина этих отростков, а также число светоизолирующего аппарата глаза A. rufus при раздвоенных отростков каждой клетки, меняют- переходе от центральной к периферической об- ся (Табл. 1). Так, диаметр апикальной поверх- ласти в зрительной части и далее в незрительной ности тел клеток постепенно увеличивается, а части или только в незрительной части сетчатки, число их отростков постепенно уменьшается по всей видимости, отражает закономерности при переходе от центральной к периферической строения камерных глаз брюхоногих моллюсков. области в зрительной части и в незрительной У A. rufus так же, как у всех исследованных части сетчатки. Диаметр отростков увеличива- видов наземных легочных моллюсков и морских ется, а длина, напротив, уменьшается только в Caenogastropoda, значительную часть цитоплаз- незрительной части, тогда как в обеих областях мы тел пигментных клеток занимают гранулы зрительной части оба параметра остаются оди- экранирующего пигмента, которые формируют наковыми. Число раздвоенных отростков так же, пигментированные части клеток, а те в свою как диаметр апикальной поверхности тел клеток очередь – пигментный слой сетчатки. Этот слой и число отростков, постепенно уменьшается при является экраном, обеспечивающим проникно- переходе от центральной к периферической об- вение света в глаз на светочувствительный слой ласти в зрительной части и в незрительной части сетчатки только через зрачок. Последний нахо- сетчатки. Из этих параметров в меньшей степени дится в передней части глаза, которая в отличие меняются длина отростков и число отростков от других его частей, подвергается прямому каждой клетки и в большей степени – диаметр воздействию света, поскольку располагается под апикальной поверхности тел клеток, диаметр от- прозрачным интегументом [Shepeleva, 2018d]. ростков и число раздвоенных отростков каждой Передняя часть глаза – это область прозрачной клетки. Сравнить параметры пигментных клеток роговицы, внутренняя поверхность которой в составе светоизолирующего аппарата глаза A. покрывает хрусталик, а наружная поверхность rufus в какой-то одной и тем более в каждой об- полностью окружает незрительную часть сет- ласти/части сетчатки с параметрами пигментных чатки и частично охватывает периферическую клеток в составе светоизолирующего аппарата область зрительной части. Для того, чтобы свет глаз наземных легочных моллюсков и морских проникал в глаз целенаправленно через зрачок 46 И.П. Шепелева

и не проникал случайным образом из других слое сетчатки только частично похож на свето- направлений, в области роговицы вокруг зрач- изолирующий аппарат глаз наземных легочных ка должна быть соответствующая защита от моллюсков и морских Caenogastropoda (Табл. света – достаточная для окружающего уровня 2, 3). Можно заметить, что градиент плотности освещенности пигментация пигментных клеток расположения гранул экранирующего пигмента сетчатки. У A. rufus при переходе от центральной в пигментном слое сетчатки присутствует у к периферической области в зрительной части и моллюсков, обитающих при разных световых далее в незрительной части сетчатки отмечается условиях. Моллюски из мест обитания с более постепенное повышение плотности расположе- низким уровнем освещенности склонны иметь ния гранул экранирующего пигмента в пигмент- меньше экранирующего пигмента в сетчатке ном слое (Табл. 1). A. rufus предпочитает места по сравнению с моллюсками из мест обитания обитания с пониженным уровнем освещенности с более высоким и высоким (максимальным) – участки под невысокой мелколиственной рас- уровнем освещенности [Shepeleva, 2017]. Для тительностью в лесах [Shepeleva, 2017]. Места первых характерна и, вероятно, достаточна не обитания с подобными световыми условиями одинаковая высокая (максимальная) плотность, выбирают и другие виды наземных легочных а одинаковая и более высокая плотность, чем моллюсков, например, активные ночью слизни M. у A. rufus, или изменяющаяся и одинаковая, но fruhstorferi [Chang et al., 1998] и Limax valentianus такая же невысокая плотность, как у A. rufus, для Férussac, 1822 [Hommay et al., 1998], а также неко- вторых – одинаковая высокая (максимальная) торые виды морских Caenogastropoda, например, плотность или изменяющаяся и более высокая A. pespelecani [Blumer, 1996], и активная в тени плотность, чем у A. rufus. Присутствие градиента днем и ночью улитка scutulata Gould, плотности расположения гранул экранирующего 1848 [Mayes, Hermans, 1973]. При схожем размере пигмента в пигментном слое сетчатки, который пигментных гранул у M. fruhstorferi [Chang et al., выражается в постепенном увеличении этой 1998] наблюдается одинаковая и более высокая плотности по направлению к зрачку, вероятно, по сравнению с A. rufus плотность расположе- можно рассматривать как способ защиты глаз от ния пигментных гранул, у L. valentianus [Matsuo проникновения света в данной области, опреде- et al., 2017] – изменчивая и соизмеримая. У A. ляемый окружающим уровнем освещенности и pespelecani [Blumer, 1996] отмечается одинаковая величиной плотности. При любых световых ус- и, как показано ранее, сопоставимая с A. rufus ловиях наземные легочные моллюски и морские плотность расположения пигментных гранул Caenogastropoda больше склонны иметь одина- [Shepeleva, 2017], у L. scutulata [Mayes, Hermans, ковую плотность расположения гранул экрани- 1973] – одинаковая и более высокая. Места оби- рующего пигмента в пигментном слое сетчатки, тания с иными световыми условиями – высоким чем изменяющуюся. В то же время у A. rufus уровнем освещенности – также населяют опре- наравне со всеми изученными видами наземных деленные виды наземных легочных моллюсков легочных моллюсков и морских Caenogastropoda и некоторые виды морских Caenogastropoda. К наблюдается постепенное уменьшение толщины первым относятся обитающая в зарослях кра- пигментного слоя сетчатки (Табл. 1, 2, 3). Данная пивы на полях улитка Cepaea hortensis (Müller, тенденция определяется характерным для камер- 1774) [Shepeleva, 2006a] и предпочитающая ных глаз брюхоногих моллюсков строением, при открытые участки на скалистом морском бере- котором толщина всех слоев сетчатки равномерно гу улитка Helicigona lapicida (Linnaeus, 1758) уменьшается по направлению к зрачку. [Shepeleva, 2006b], ко вторым – прибрежные В сетчатке камерных глаз брюхоногих мол- улитки Littorina irrorata (Say, 1822) [Hamilton et люсков можно обнаружить и другие черты, al., 1983] и Conomurex luhuanus (Linnaeus, 1758) характерные для всех представителей этой [Gillary, 1974; Gillary, Gillary, 1979]. C. hortensis группы, в частности, расположение нескольких и H. lapicida имеют одинаковую и, как показано пигментных клеток вокруг одной фоторецептор- ранее, высокую (максимальную) по сравнению ной клетки [Charles, 1966; Eakin, 1972; Messenger, с A. rufus плотность расположения пигментных 1981; Shepeleva, 2011b, 2017]. Также встречаются гранул [Shepeleva, 2017]. L. irrorata [Hamilton et черты, которые присущи не всем, но подавля- al., 1983] демонстрирует изменчивую и более ющему большинству видов, и те, которые от- высокую по сравнению с A. rufus плотность мечаются исключительно у единственного вида. расположения пигментных гранул, C. luhuanus Так, у многих видов моллюсков, в том числе у [Gillary, 1974; Gillary, Gillary, 1979] – одинако- A. rufus, пигментные клетки не имеют отрост- вую и высокую (максимальную) (Табл. 2). Оче- ков, заполненных гранулами экранирующего видно, что светоизолирующий аппарат глаза A. пигмента и изолирующих светочувствительные rufus по варьирующей плотности расположения части соседних фоторецепторных клеток друга гранул экранирующего пигмента в пигментном от друга, а значит они не выполняют экраниру- Светоизолирующий аппарат глаза Arion rufus 47

ющую функцию [Shepeleva, 2017] (Табл. 2). В пигментный слой сетчатки, которое, возможно, то же время, у одного вида из группы морских представляет собой альтернативный способ их Caenogastropoda, A. pespelecani, наоборот, пиг- частичной изоляции друг от друга. ментные клетки обладают упомянутыми выше единичными толстыми отростками, которые со- Заключение держат многочисленные гранулы экранирующего пигмента и отграничивают светочувствительные Результаты изучения светоизолирующего ап- части соседних фоторецепторных клеток друг от парата камерного глаза наземного брюхоногого друга, но только на некоторой высоте [Blumer, легочного моллюска A. rufus с учетом имеющих- 1996] (Табл. 2). Следует отметить, что есть не- ся в литературе данных о светоизолирующем сколько видов наземных легочных моллюсков аппарате глаз наземных легочных моллюсков и из мест обитания с разными световыми усло- первичноводных морских Caenogastropoda по- виями, у которых светочувствительная часть зволяют сделать следующие заключения. Свето- фоторецепторных клеток первого и/или второго изолирующий аппарат глаза A. rufus полностью типа частично погружена в пигментный слой не отличается от светоизолирующего аппарата сетчатки. К видам, у которых в пигментный слой глаз наземных легочных моллюсков и морских немного утоплена светочувствительная часть Caenogastropoda ни одним из рассмотренных фоторецепторных клеток первого типа, относятся признаков. В тоже время он может отличаться улитки Cochlodina laminata (Montagu, 1803), жи- от светоизолирующего аппарата глаз назем- вущая на стволах деревьев в лесах на высоте до ных легочных моллюсков клеточным составом 2 м от поверхности земли [Shepeleva, 2006c], и (меньшим числом морфологических типов Arianta arbustorum (Linnaeus, 1758), обитающая пигментных клеток), присутствием градиента в зарослях крапивы на полях [Shepeleva, 2006a]. плотности расположения гранул экранирую- К видам, у которых в большей или меньшей щего пигмента в пигментном слое сетчатки и степени погружена светочувствительная часть отсутствием частичного погружения светочув- фоторецепторных клеток второго типа, принад- ствительных частей фоторецепторных клеток лежат Trochulus hispidus (Linnaeus, 1758), которую в пигментный слой сетчатки. Его отличие от можно найти под опавшими листьями в лесах светоизолирующего аппарата глаз морских [Bobkova et al., 2004], C. laminata [Shepeleva, Caenogastropoda может наблюдаться по некото- 2006c], A. arbustorum, C. hortensis [Shepeleva, рым морфологическим свойствам пигментных 2006a] и H. lapicida [Shepeleva, 2006b]. У пред- клеток (форме апикальной поверхности тел кле- ставителей морских Caenogastropoda, имеющих в ток, цитологическому типу отростков и типу их составе сетчатки фоторецепторные клетки только ветвления), присутствию градиента плотности первого типа или первого и второго типа одновре- расположения гранул экранирующего пигмента менно, аналогичное расположение этих клеток в пигментном слое сетчатки и отсутствию изо- по отношению к пигментному слою отсутствует ляции друг от друга светочувствительных частей [Mayes, Hermans, 1973; Gillary, Gillary, 1979; фоторецепторных клеток при помощи отростков Gibson, 1984; Seyer, 1992; Blumer, 1996]. У A. rufus пигментных клеток. Также он полностью похож светочувствительные части фоторецепторных на светоизолирующий аппарат глаз наземных клеток и первого, и второго типа располагаются легочных моллюсков всеми морфологическими над телами пигментных клеток (Табл. 2). Поэтому свойствами пигментных клеток и отсутствием светоизолирующий аппарат глаза A. rufus в плане изоляции друг от друга светочувствительных отсутствия в сетчатке изоляции друг от друга частей фоторецепторных клеток при помощи светочувствительных частей фоторецепторных отростков пигментных клеток, а на светоизоли- клеток при помощи отростков пигментных клеток рующий аппарат глаз морских Caenogastropoda полностью похож на светоизолирующий аппарат – клеточным составом, некоторыми морфологи- глаз наземных легочных моллюсков и только ческими свойствами пигментных клеток (формой частично – на светоизолирующий аппарат глаз клеток, формой отростков и их ориентацией) и морских Caenogastropoda. В отношении непол- отсутствием частичного погружения светочув- ного погружения светочувствительных частей ствительных частей фоторецепторных клеток фоторецепторных клеток в пигментный слой в пигментный слой сетчатки. Наблюдаемое у сетчатки, наоборот, он только частично похож на A. rufus постоянство морфологических свойств светоизолирующий аппарат глаз наземных легоч- пигментных клеток в составе светоизолирующего ных моллюсков и полностью – на светоизолирую- аппарата глаза при переходе от центральной к щий аппарат глаз морских Caenogastropoda (Табл. периферической области в зрительной части и 3). Световые условия мест обитания моллюсков далее в незрительной части сетчатки, а также не влияют на неполное погружение светочув- изменение величин параметров этих клеток и ствительных частей фоторецепторных клеток в пигментного слоя (толщины) в аналогичных об- 48 И.П. Шепелева

ластях/частях или только в незрительной части 130/2370/2512/12659/03) и Университета Лунда. Автор сетчатки, по всей видимости, отражает законо- благодарит проф. д-ра В.Б. Майер-Рохова и канд. биол. мерности строения камерных глаз брюхоногих наук М.В. Бобкову за организацию и помощь в прове- дении исследований в Международном Университете моллюсков. Присутствие градиента плотности Бремена, а также проф. Э.Дж. Ворранта за предоставлен- расположения гранул экранирующего пигмента ную возможность проведения исследований на кафедре в пигментном слое сетчатки глаза A. rufus, кото- биологии клетки и организма Университета Лунда. рый выражается в постепенном увеличении этой Работа выполнена при финансовой поддержке плотности по направлению к зрачку, вероятно, Программы фундаментальных научных исследований можно рассматривать как способ защиты глаз от государственных академий на 2013–2020 годы (ГП-14, проникновения света в данной области, опреде- раздел 63). ляемый окружающим уровнем освещенности и величиной плотности. Отсутствие у пигментных Литература клеток в составе светоизолирующего аппарата Beklemishev V.N. 1952. Fundamentals of the compara- глаза A. rufus отростков, заполненных гранула- tive anatomy of invertebrates. Sovetskaya nauka, ми экранирующего пигмента и изолирующих Moscow, 700 p. [In Russian]. светочувствительные части соседних фоторецеп- Bharti K., Nguyen M-T.T., Skuntz S., Bertuzzi S., Arn- торных клеток друга от друга, указывает на отсут- heiter H. 2006. The other pigment cell: specification and development of the pigmented epithelium of the ствие в сетчатке экранирующей функции. Также vertebrate eye. Pigment Cell Research, 19: 380–394. у A. rufus не обнаружено описанное у некоторых Blumer M.J.F. 1996. Alterations of the eyes during других видов наземных легочных моллюсков ontogenesis in Aporrhais pespelecani (, частичное погружение светочувствительных ча- Caenogastropoda). Zoomorphology, 116: 123–131. стей фоторецепторных клеток в пигментный слой Bobkova M.V. 1998. Structural and functional organi- сетчатки, которое не зависит от световых условий zation of the peripheral part of the visual system of мест обитания моллюсков и, возможно, представ- the common pond snail Lymnaea stagnalis. Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology, 34: ляет собой альтернативный способ их частичной 716–731. изоляции друг от друга. Таким образом, по всем Bobkova M.V., Gál J., Zhukov V.V., Shepeleva I.P., рассмотренным характеристикам светоизолирую- Meyer-Rochow V.B. 2004. Variations in the retinal щий аппарат глаза A. rufus является типичным для design of pulmonate snails (Mollusca, ): наземных легочных моллюсков, но в тоже время squaring phylogenetic background and ecophysi- может отличаться от них. Поэтому эволюционные ological needs (I). Invertebrate Biology, 123(2): изменения светоизолирующего аппарата, обу- 101–115. Chang N.S., Han J.M., Lee K.J. 1998. Ultrastructure of словленные сменой моллюсками среды обитания, the eye in the snail, Incilaria fruhstorferi. Korean проанализированы для A. rufus и других видов Journal of Electron Microscopy, 28(3): 363–377. наземных легочных моллюсков. У наземных Charles J.H. 1966. Sense organs (less cephalopods). In: легочных моллюсков по сравнению с морскими Wilbur K.M., Yonge C.M. (Eds). Physiology of Mol- Caenogastropoda эти изменения выражаются в lusca. Academic Press, New York, USA: 455–521. приобретении двух признаков – дополнительного D’Alba L., Shawkey M.D. 2019. Melanosomes: bio- genesis, properties and evolution of an ancient морфологического типа пигментных клеток и organelle. Physiological Reviews, 99: 1–19. частичного погружения светочувствительных Dontsov A.E., Ostrovsky M.A. 2019. Screening eye частей фоторецепторных клеток в пигментный pigments as natural antioxidants. In: Shishkina L.N., слой сетчатки, а также в утрате четырех призна- Goloshchapov A.N., Weisfeld L.I. (Eds). Antioxi- ков – формы апикальной поверхности тел пиг- dants in Systems of Varying Complexity. Chemical, ментных клеток с отростками, цилиарного типа Biochemical and Biological aspects. Apple Aca- отростков, многократного ветвления отростков и demic Press Inc., Oakville, Canada: 141–179. Eakin R.M. 1972. Structure of invertebrate photorecep- частичной изоляции светочувствительных частей tors. In: Dartnall H.J.A. (Ed.). Photochemistry of фоторецепторных клеток при помощи отростков Vision. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New пигментных клеток. Светоизолирующий аппарат York, USA: 625–684. камерных глаз A. rufus и других видов наземных Eakin R.M., Brandenburger J.L. 1967. Differentiation in легочных моллюсков претерпел несущественные the eye of a pulmonate snail Helix aspersa. Journal изменения так же, как их диоптрический аппарат, of Ultrastructural Research, 18: 391–421. и менее существенные изменения в отличие от их Gibson B. 1984. Cellular and ultrastructural features of the regenerating adult eye in the marine gastropod фоторецепторного аппарата [Shepeleva, 2018d, Ilyanassa obsoleta. Journal of Morphology, 180: e, 2020]. 205–220. Gillary H.L. 1974. Light-evoked electrical potentials Благодарности from the eye and optic nerve of Strombus: response waveform and spectral sensitivity. Journal of Ex- Работа выполнена при поддержке грантов от не- perimental Biology, 60: 383–396. мецкого фонда «Marga und Kurt Moellgaard-Stiftung» (T Gillary H.L., Gillary E.W. 1979. Ultrastructural features Светоизолирующий аппарат глаза Arion rufus 49

of the retina and optic nerve of Strombus luhuanus, Shepeleva I.P. 2011a. Resolving ability and optical a marine gastropod. Journal of Morphology, 159(1): sensitivity of the camera-like eyes of gastropod 89–116. mollusks. Mordovia University Bulletin, 4: 240–250 Hamilton P.V., Ardizzoni S.C., Penn J.S. 1983. Eye [In Russian]. structure and optics in the intertidal snail, Littorina Shepeleva I.P. 2011b. Camera-like eyes of gastropod irrorata. Journal of Comparative Physiology, 152: mollusks. Mordovia University Bulletin, 4: 230–239 435–445. [In Russian]. Hommay G., Jacky F., Ritz M.F. 1998. Feeding activity Shepeleva I.P. 2013a. The visual acuity of a gastropod of Limax valentianus Férussac: nocturnal rhythm pulmonate mollusk Radix peregra (Müller, 1774) and alimentary competition. Journal of Molluscan (Basommatophora, Lymnaeidae). Ruthenica, Rus- Studies, 64: 137–146. sian Malacological Journal, 23(2): 171–175 [In Kataoka S. 1977. Ultrastructure of the cornea and ac- Russian]. cessory retina in a slug, Limax flavus L. Journal of Shepeleva I.P. 2013b. A comparative analysis of the Ultrastructural Research, 60: 296–305. camera-like eyes of gastropod mollusks and hu- Lakin G.F. 1990. Biometry. Vyschaya shkola Publ., mans, Sensory systems, 27(4): 317–326 [In Rus- Moscow, 351 p. [In Russian]. sian]. Land M.F. 1981. Optics and vision in invertebrates. Shepeleva I.P. 2017. Screening pigment of the camera In: Autrum H. (Ed.). Vision in Invertebrates. eyes of stalk-eyed mollusks (Pulmonata, Stylomma- Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, tophora) with different light preferences. Ruthenica, USA: 471–592. Russian Malacological Journal, 27(3): 133–140 Land M.F., Nilsson D.-E. 2012. eyes. Oxford [In Russian]. University Press, Oxford, 221 p. Shepeleva I.P. 2018a. Diffraction in the camera-like Matsuo R., Takatori Y, Hamada S., Koyanagi M., eyes of gastropod mollusks and humans. Russian Matsuo Y. 2017. Expression and light-dependent Journal of Physiology, 104(1): 31–38 [In Russian]. translocation of β-arrestin in the visual system of Shepeleva I.P. 2018b. Spherical aberration of camera- the terrestrial slug Limax valentianus. Journal of like eyes. Journal of Optical technology, 85(8): Experimental Biology, 220: 3301–3314. 507–510. DOI:10.17586/1023-5086-2018-85-08- Mayes M., Hermans C.O. 1973. Fine structure of the 77-81 eye of the prosobranch mollusk Littorina scutulata. Shepeleva I.P. 2018c. A comparative analysis of the The Veliger, 16(2): 166–171. resolving power of the camera-like eyes of gas- Messenger J.B. 1981. Comparative physiology of vi- tropod mollusks and humans. Russian Journal of sion in molluscs. In: Autrum H. (Ed.). Comparative Physiology, 104(4): 412–424 [In Russian]. Physiology and Evolution of Vision in Invertebrates. Shepeleva I.P. 2018d. Morphological and optical Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, properties and evolutionary changes of tentacular USA: 93–200. epidermis and cornea of the eyes of terrestrial gas- Röhlich P., Török L.J. 1963. Die Feinstruktur des tropod molluscs (Pulmonata, Stylommatophora). Auges der Weinbergschnecke (Helix pomatia L.). Ruthenica, Russian Malacological Journal, 28(4): Zeitschrift für Zellforschung, 60: 348–368. 151–156 [In Russian]. Seyer J.-O. 1992. Resolution and sensitivity in the eye Shepeleva I.P. 2018e. Morphological and optical prop- of the winkle Littorina littorea. Journal of Experi- erties and evolutionary changes of the eye lenses of mental Biology, 170: 57–69. terrestrial gastropod molluscs (Pulmonata, Stylom- Shepeleva I.P. 2005. Morphology and optical physiol- matophora). Ruthenica, Russian Malacological ogy of the eye of the land slug Arion rufus (L.) Journal, 28(1): 33–38 [In Russian]. (Mollusca: Gastropoda). Sensory Systems, 19(2): Shepeleva I.P. 2019. A comparative analysis of the 166–171 [In Russian]. camera-like eyes of gastropod mollusks and hu- Shepeleva I.P. 2006a. Comparative study of the mans. In: Shelepin Y., Ogorodnikova E., Solovyev morphology and optics of the eyes of terrestrial N., Yakimova E. (Eds). Neural Networks and Neuro- gastropod snails Arianta arbustorum and Cepaea technologies. VVM, St. Petersburg, Russia: 85–92. hortensis (Pulmonata: Stylommatophora) with Shepeleva I.P. 2020. Cellular composition, morpho- similar light preferences. Sensory Systems, 20(1): logical characteristic and evolutionary changes 59–67 [In Russian]. of photoreceptor apparatus of the camera eyes of Shepeleva I.P. 2006b. The eye of the terrestrial gas- terrestrial gastropod molluscs (Heterobranchia, Sty- tropod snail Helicigona lapicida (Pulmonata: lommatophora). Ruthenica, Russian Malacological Stylommatophora). Sensory Systems, 20(1): 52–58 Journal, 30(2): 93–101 [In Russian]. [In Russian]. Warrant E.J. 2006. Invertebrate vision in dim light. In: Shepeleva I.P. 2006c. Comparative study of the mor- Warrant E.J., Nilsson D.-E. (Eds.). Invertebrate phology and optics of the eyes of terrestrial gastro- Vision. Cambridge University Press, Cambridge, pod snails Cochlodina laminata and Perforatella England: 83–127. incarnata (Pulmonata: Stylommatophora) with l different light preferences.Sensory Systems, 20(1): 40–51 [In Russian].