Метаморфоз центральной нервной системы Habrobracon hebetor (Hymenoptera, Braconidae)

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

С помощью гистологических методов и трехмерного компьютерного моделирования изучено строение центральной нервной системы в период развития от предкуколки к имаго Habrobracon hebetor Say 1836 (Hymenoptera, Braconidae). Метаморфоз ЦНС H. hebetor во многом совпадает с ранее описанными изменениями у родственных групп перепончатокрылых. В процессе развития происходит сближение грудных и брюшных ганглиев нервной цепочки, концентрация которых достигает максимума к началу взрослой стадии. Наиболее заметные изменения в ЦНС происходят на стадии куколки I, когда наблюдаются резкое увеличение объемов клеточной коры и нейропиля в ганглиях ЦНС, увеличение относительного объема ганглиев и увеличение размера нервных клеток. За увеличением клеточной коры ганглиев следует ее уменьшение к стадии имаго, в то время как объем нейропиля значительно возрастает к моменту появления взрослой особи. Увеличение объемов ключевых нейропилярных центров происходит на протяжении всего развития от предкуколки до имаго. После стремительного увеличения размера нервных клеток в начале куколочного развития следует его уменьшение, при этом у имаго средний размер нервных клеток такой же, как и на предкуколочной стадии. Число нервных клеток в ходе куколочного развития сначала увеличивается, а к имагинальной стадии снижается, но не столь сильно, как у миниатюрных перепончатокрылых.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. Н. Веко

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: vekoegor@gmail.com

Биологический факультет

Россия, Москва, 119234

А. А. Макарова

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Email: vekoegor@gmail.com

Биологический факультет

Россия, Москва, 119234

А. А. Полилов

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Email: vekoegor@gmail.com

Биологический факультет

Россия, Москва, 119234

Список литературы

  1. Брандт Э. К., 1878. Сравнительная анатомия и метаморфология нервной системы перепончатокрылых // Типография В. Безобразова и Ко. Санкт-Петербург. 35 С.
  2. Брандт Э. К., 1878а. Нервная система ос // Протоколы С.- Петербургского Общества Естествоиспытателей. Т. 7. С. 17.
  3. Макарова А. А., Полилов А. А., 2013. Особенности строения и ультраструктуры головного мозга насекомых, связанные с миниатюризацией. 2. Мельчайшие перепончатокрылые (Hymenoptera, Mymaridae, Trichogrammatidae) // Зоологический журнал. Т. 92. С. 695–695.
  4. Панов А. А., 1957. Развитие грибовидных тел мозга медоносной пчелы в течение личиночной и куколочной фаз // Вестник Московского университета: Серия биологии, почвоведения, геологии, географии. Т. 2. С. 47–54.
  5. Панов А. А., 1959. Строение головного мозга насекомых на последовательных этапах постэмбрионального развития. II. Центральное тело // Энтомологическое обозрение. Т. 38. С. 301–310.
  6. Панов А. А., 1960. Строение головного мозга насекомых на последовательных этапах постэмбрионального развития. III. Зрительные доли // Энтомологическое обозрение. Т. 39. С. 86–105.
  7. Панов А. А., 1961. Строение головного мозга насекомых на последовательных этапах постэмбрионального развития. IV. Обонятельный центр // Энтомологическое обозрение. Т. 40. С. 259–271.
  8. Booker R., Truman J. W., 1987. Postembryonic neurogenesis in the CNS of the tobacco hornworm, Manduca sexta. I. Neuroblast arrays and the fate of their progeny during metamorphosis // Journal of Comparative Neurology. V. 255. P. 548–559.
  9. Booker R., Truman J. W., 1987a. Postembryonic neurogenesis in the CNS of the tobacco hornworm, Manduca sexta. II. Hormonal control of imaginal nest cell degeneration and differentiation during metamorphosis // Journal of Neuroscience. V. 7. P. 4107–4114.
  10. Bronskill J. F., 1964. Embryogenesis of Mesoleius tenthredinis Morl. (Hymenoptera: Ichneumonidae) // Canadian Journal of Zoology. V. 42. P. 439–453.
  11. Brun R., 1952. Das Zentralnervensystem von Teleutomyrmex schneideri Kutt. (Hym. Formicid.) // Mitteilungen der Schweizerischen Entomologischen Gesellschaft. V. 25. P. 73–86.
  12. Casaday G. B., Camhi J. M., 1976. Metamorphosis of flight motor neurons in the moth Manduca sexta // Journal of comparative physiology. V. 112. P. 143–158.
  13. Couzin-Fuchs E., Ayali A., 2021. The social brain of ‘non-eusocial’ insects // Current Opinion in Insect Science. V. 48. P. 1–7.
  14. Cruz Landim C., Höfling J. F., 1972. The post-embryonic changes in Melipona quadrifasciata anthidioides Lep. (Hym., Apoidea). V. Development of the nervous system // Papéis Avulsos de Zoologia. V. 26. P. 137–147.
  15. Dahlan A. N., Gordh G., 1996. Development of Trichogramma australicurn Girault (Hymenoptera: Trichogrammatidae) on Helicoverpa armigera (Hubner) Eggs (Lepidoptera: Noctuidae) // Australian Journal of Entomology. V. 35. P. 337–344.
  16. Evans A. C., 1933. Comparative observations on the morphology and biology of some hymenopterous parasites of carrion-infesting Diptera // Bulletin of Entomological Research. V. 24. P. 385–405.
  17. Farris S. M., 2016. Insect societies and the social brain // Current opinion in insect science. V. 15. P. 1–8.
  18. Gronenberg W., 2008. Structure and function of ant (Hymenoptera: Formicidae) brains: strength in numbers // Myrmecological News. V. 11. P. 25–36.
  19. Grosch D. S., 1949. The relation of the midgut to growth and development of Habrobracon, with a pertinent note on sporozoan infection // Journal of the Elisha Mitchell Scientific Society. V. 65. P. 61–70.
  20. Gymer A., Edwards J. S., 1967. The development of the insect nervous system. I. An analysis of postembryonic growth in the terminal ganglion of Acheta domesticus // Journal of Morphology. V. 123. P. 191–197.
  21. Helfrich‐Förster C., 1997. Development of pigment‐dispersing hormone‐immunoreactive neurons in the nervous system of Drosophila melanogaster // Journal of Comparative Neurology. V. 380. P. 335–354.
  22. Helm B. R., Payne S., Rinehart J. P., Yocum G. D., Bowsher J. H., Greenlee K. L., 2018. Micro-computed tomography of pupal metamorphosis in the solitary bee Megachile rotundata // Arthropod structure & development. V. 47. P. 521–528.
  23. Heywood R. B., 1965. Changes occurring in the central nervous system of Pieris brassicae L. (Lepidoptera) during metamorphosis // Journal of Insect Physiology. V. 11. P. 413–430.
  24. Homberg U., 2008. Evolution of the central complex in the arthropod brain with respect to the visual system // Arthropod structure & development. V. 37. P. 347–362.
  25. Huetteroth W., Jundi B. E., Jundi S. E., Schachtner J., 2010. 3D-reconstructions and virtual 4D-visualization to study metamorphic brain development in the sphinx moth Manduca sexta // Frontiers in Systems Neuroscience. V. 4. P. 15.
  26. Ichikawa T., 1994. Reorganization of visual interneurons during metamorphosis in the swallowtail butterfly Papilio xuthus // Journal of Comparative Neurology. V. 340. P. 185–193.
  27. Ito K., Ito M., Armstrong J. D., Boyan G., Hartenstein V., Harzsch S., Heisenberg M., Homberg U., Jennet A., Keshishian H., Restifo L. L., Rössler W., Simpson J. H., Strausfeld N. J., Strauss R., Vosshall L. B., 2014. A systematic nomenclature for the insect brain // Neuron. V. 81. P. 755–765.
  28. Jarjees E. A., Merritt D. J., 2002. Development of Trichogramma australicum Girault (Hymenoptera: Trichogrammatidae) in Helicoverpa (Lepidoptera: Noctuidae) host eggs // Australian Journal of Entomology. V. 41. P. 310–315.
  29. Kent K. S., Consoulas C., Duncan K., Johnston R. M., Luedeman R., Levine R. B., 1995. Remodelling of neuromuscular systems during insect metamorphosis // American zoologist. V. 35. P. 578–584.
  30. Kimura K. I., Truman J. W., 1990. Postmetamorphic cell death in the nervous and muscular systems Drosophila melanogaster // Journal of Neuroscience. V. 10. P. 403–411.
  31. Kraft R., Levine R. B., Restifo L. L., 1998. The steroid hormone 20-hydroxyecdysone enhances neurite growth of Drosophila mushroom body neurons isolated during metamorphosis // Journal of Neuroscience. V. 18. P. 8886–8899.
  32. Levine R. B., 1989. Expansion of the central arborization of persistent sensory neurons during insect metamorphosis: the role of the steroid hormone, 20-hydroxyecdysone // Journal of Neuroscience. V. 9. P. 1045– 1054.
  33. Levine R. B., Fahrbach S. E., Weeks J. C., 1991. Steroid hormones and the reorganization of the nervous system during insect metamorphosis // Seminars in Neuroscience. V. 3. P. 437–447.
  34. Levine R. B., Morton D. B., Restifo L. L., 1995. Remodeling of the insect nervous system // Current Opinion in Neurobiology. V. 5. P. 28–35.
  35. Levine R. B., Weeks J. C., 1996. Cell culture approaches to understanding the actions of steroid hormones on the insect nervous system // Developmental neuroscience. V. 18. P. 73–86.
  36. Li Z. Y., 2012. Organization and postembryonic development of the suboesophageal ganglion in the Chinese honeybee, Apis cerana cerana (Hymenoptera: Apidae) // Acta Entomologica Sinica. V. 55. P. 676–683.
  37. Magro S., Dias A. B., Terra W. R., Parra J. R.P., 2006. Biological, nutritional, and histochemical basis for improving an artificial diet for Bracon hebetor Say (Hymenoptera: Braconidae) // Neotropical Entomology. V. 35. P. 215–222.
  38. Makarova A. A., Veko E. N., Polilov A. A., 2021. Metamorphosis of the central nervous system of Trichogramma telengai (Hymenoptera: Trichogrammatidae) // Arthropod structure & development. V. 60. P. 11.
  39. Martín-Vega D., Wicklein M., Simonsen T. J., Garbout A., Ahmed F., Hall M. J.R., 2021. Anatomical reconfiguration of the optic lobe during metamorphosis in the blow fly Calliphora vicina (Diptera: Calliphoridae) revealed by X-ray micro-computed tomography // Zoologischer Anzeiger. V. 292. P. 139–149.
  40. Matheson S. F., Levine R. B., 1999. Steroid hormone enhancement of neurite outgrowth in identified insect motor neurons involves specific effects on growth cone form and function // Journal of Neurobiology. V. 38. P. 27–45.
  41. Menees J. H., 1961. Changes in the morphology of the ventral nerve cord during the life history of Amphimallon majalis Razoumowski (Coleoptera: Scarabaeidae) // Annals of the Entomological Society of America. V. 54. P. 660–663.
  42. Molina Y., Harris R. M., O’Donnell S., 2009. Brain organization mirrors caste differences, colony founding and nest architecture in paper wasps (Hymenoptera: Vespidae) // Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. V. 276. P. 3345–3351.
  43. Niven J. E., Graham C. M., Burrows M., 2008. Diversity and evolution of the insect ventral nerve cord // Annual Reviews of Entomology. V. 53. P. 253–271.
  44. Pezzini C., Jahnke S. M., Köhler A., 2017. Morphological characterization of immature stages of Habrobracon hebetor (Hymenoptera, Braconidae) ectoparasitoid of Ephestia kuehniella (Lepidoptera, Pyralidae) // Journal of Hymenoptera Research. V. 60. P. 157–171.
  45. Pflüger H. J., Witten J. L., Levine R. B., 1993. Fate of abdominal ventral unpaired median cells during metamorphosis of the hawkmoth, Manduca sexta // Journal of Comparative Neurology. V. 335. P. 508–522.
  46. Pinto L. Z., Laure M. A.F.B., Bitondi M. M.G., Hartfelder K., Simões Z. L.P., 2003. Ventral nerve cord remodeling in a stingless bee (Melipona quadrifasciata anthidioides, Hymenoptera, Apidae) depends on ecdysteroid fluctuation and programmed cell death // International Journal of Developmental Biology. V. 47. P. 385–388.
  47. Pipa R. L., Woolever P. S., 1964. Insect neurometamorphosis: I. Histological changes during ventral nerve cord shortening in Galleria mellonella (L.) (Lepidoptera) // Zeitschrift für Zellforschung und Mikroskopische Anatomie. V. 63. P. 405–417.
  48. Polilov A. A., 2012. The smallest insects evolve anucleate neurons // Arthropod structure & development. V. 41. P. 29–34.
  49. Polilov A. A., 2016. At the size limit-effects of miniaturization in insects // Springer International Publishing. P. 325.
  50. Polilov A. A., 2017. First record of Megaphragma (Hymenoptera, Trichogrammatidae) in Columbia, and third animal species known to have anucleate neurons // Journal of Hymenoptera Research. V. 60. P. 181–185.
  51. Polilov A. A., Makarova A. A., 2020. Constant neuropilar ratio in the insect brain // Scientific Reports. V. 10. P. 7.
  52. Polilov A. A., Hakimi K. D., Makarova A. A., 2023. Extremely small wasps independently lost the nuclei in the brain neurons of at least two lineages // Scientific Reports. V. 13. P. 4.
  53. Power M. E., 1952. A quantitative study of the growth of the central nervous system of a holometabolous insect, Drosophila melanogaster // Journal of Morphology. V. 91. P. 389–411.
  54. Prugh J., Croce K. D., Levine R. B., 1992. Effects of the steroid hormone, 20-hydroxyecdysone, on the growth of neurites by identified insect motoneurons in vitro // Developmental Biology. V. 154. P. 331–347.
  55. Roat T. C., Landim C.D.C., 2010. Mitosis and cell death in the optic lobes of workers, queens and drones of the honey bee (Apis mellifera) during metamorphosis // Journal of biosciences. V. 35. P. 415–425.
  56. Ryan R. B., 1963. Contribution to the embryology of Coeloides brunneri (Hymenoptera: Braconidae) // Annals of the Entomological Society of America. V. 56. P. 639–648.
  57. Salkeld E. H., 1959. Notes on Anatomy, Life-history, and Behaviour of Aphaereta pallipes (Say) (Hymenoptera: Braconidae), a Parasite of the Onion Maggot, Hylemya antiqua (Meig.) // The Canadian Entomologist. V. 91. P. 93–97.
  58. Sanes J. R., Hildebrand J. G., 1976. Structure and development of antennae in a moth, Manduca sexta // Developmental biology. V. 51. P. 282–299.
  59. Smith E. L., 1970. Evolutionary morphology of the external insect genitalia. 2. Hymenoptera // Annals of the entomological Society of America. V. 63. P. 1–27.
  60. Soares P. A.O., Delabie J. H.C., Zanuncio J. C., Serrão J. E., 2011. Ecdysteroid Titers in Pupal Haemolymph and Post-Embryonic Brain Development in the Ant Camponotus rufipes (Hymenoptera, Formicidae) // Sociobiology. V. 57. P. 309–319.
  61. Stork T., Bernardos R., Freeman M. R., 2012. Analysis of glial cell development and function in Drosophila // Cold Spring Harbor Protocols. V. 2012. P. 18.
  62. Technau G., Heisenberg M., 1982. Neural reorganization during metamorphosis of the corpora pedunculata in Drosophila melanogaster // Nature. V. 295. P. 405– 407.
  63. Tissot M., Gendre N., Stocker R. F., 1998. Drosophila P[Gal4] lines reveal that motor neurons involved in feeding persist through metamorphosis // Journal of Neurobiology. V. 37. P. 237–250.
  64. Tissot M., Stocker R. F., 2000. Metamorphosis in Drosophila and other insects: the fate of neurons throughout the stages // Progress in neurobiology. V. 62. P. 89– 111.
  65. Tsujimura H., 1989. Metamorphosis of wing motor system in the silk moth, Bombyx mori: origin of wing motor neurons // Development, Growth and Differentiation. V. 31. P. 331–339.
  66. Williams D. W., Truman J. W., 2005. Remodeling dendrites during insect metamorphosis // Journal of neurobiology. V. 64. P. 24–33.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Строение ЦНС предкуколки (а–г), куколки I (д–з), куколки II (и–м) и имаго (н–р) Habrobracon hebetor, 3D-реконструкция: а, д, и, н – вид сверху; б, е, к, о – вид сверху на нейропилярную часть ЦНС; в, ж, л, п – вид сбоку; г, з, м, р – вид сбоку на нейропилярную часть ЦНС; a1–a8 – брюшные ганглии, at – брюшной синганглий, sez – подпищеводная зона, spz – надпищеводная зона, t1–t3 – передне-, средне- и заднегрудной ганглий.

Скачать (613KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Строение ЦНС предкуколки (а–в), куколки I (г–е), куколки II (ж–и) и имаго (к–м) Habrobracon hebetor, гистология: al – антеннальные доли, а2 – второй брюшной ганглий, lam – ламина, lob – лобула, mb – грибовидное тело, med – медулла, t2–t3 – средне- и заднегрудной ганглии.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изменения основных количественных показателей частей ЦНС в процессе развития от предкуколки до имаго у Habrobracon hebetor: а – абсолютный объем тела и ЦНС; б – абсолютный объем мозга и ганглиев брюшной нервной цепочки; в – относительный объем ЦНС, мозга и ганглиев брюшной нервной цепочки; г – относительный объем нейропилярных центров мозга; д – абсолютный объем клеточного слоя и нейропиля ЦНС; е – абсолютный объем клеточного слоя мозга и ганглиев брюшной нервной цепочки; ж – абсолютный объем нейропиля мозга и ганглиев брюшной нервной цепочки; з – объем нейропиля относительно ганглиев; и – диаметр нервных клеток в мозге и ганглиях брюшной нервной цепочки; к – количество нервных клеток в мозге и ганглиях брюшной нервной цепочки.

Скачать (594KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024