1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Вестник РАН
  4. T. 93, № 9, 2023

Вестник РАН, 2023, T. 93, № 9, стр. 865-875

СТАНОВЛЕНИЕ ПЕНТАМЕРИИ И ОСЕВОЙ СИММЕТРИИ В ЭВОЛЮЦИИ ИГЛОКОЖИХ

С. В. Рожнов a, *

a Палеонтологический институт им. А.А. Борисяка РАН
Москва, Россия

* E-mail: rozhnov@paleo.ru

Поступила в редакцию 22.07.2023
После доработки 08.08.2023
Принята к публикации 15.08.2023

Аннотация

Формирование пятилучевой симметрии в эволюции иглокожих было основано на возможности среднего левого целома к терминальному росту вперёд вдоль переднезадней оси и появления у него второго вектора роста вдоль лево-правой оси при репликации сформировавшегося амбулакра. Оба вектора роста реализовались в пентамерию современных иглокожих благодаря развитию асимметрии целомов и последующей торсии, связанной с прикреплением личинки к грунту передним концом тела. В этом процессе, вероятно, совместно использовались общие для билатерий молекулярно-генетические механизмы переднезаднего роста и лево-правой регуляции, связанные с генами сигнальных каскадов Wnt, BMP, Nodal и генов Hox-системы. В процессе репликации каналов, отходящих от амбулакрального кольца, формировавшаяся амбулакральная система явилась организатором симметрии скелета, нервной и мышечной системы. Репликация у многих ископаемых иглокожих закончилась на трёх каналах, отходящих непосредственно от амбулакрального кольца. У морских лилий, морских ежей, морских звёзд, офиур и голотурий проявился второй этап формирования более совершенной пятилучевой симметрии амбулакрального кольца с пятью отходящими от него радиальными каналами, связанный со смещением в онтогенезе точки ветвления на ранние стадии развития гидроцеля.

Ключевые слова: иглокожие, осевая симметрия, пентамерия, тримерия, вектор роста, амбулакральная система, эволюция, солюты, стилофоры, цинкты.

Список литературы

  1. Hyman L. The Invertebrates. V. 5. Phylum Echinodermata. New York: Mc-Graw-Hill, 1955.

  2. Rozhnov S.V. Development of symmetry and asymmetry in the early evolution of the echinoderms // Paleontological journal. 2012. V. 46. № 8. P. 780–792.

  3. Rozhnov S.V. Symmetry of echinoderms: From initial bilaterally-asymmetric metamerism to pentaradiality // Natural Science. 2014. V. 6. № 4. P. 171–183. https://doi.org/10.4236/ns.2014.64021

  4. Isaeva V.V., Rozhnov S.V. Transformation of the Ancestral Body Plan and Axial Growth in Echinoderms: Ontogenetic and Paleontological Data // Paleontological Journal. 2022. V. 56. No. 8. P. 863–886.

  5. Иванова-Казас О.М. Сравнительная эмбриология беспозвоночных животных. Иглокожие и полухордовые. М.: Наука, 1978.

  6. Udagawa S., Nagai A., Kikuchi M. et al. 2022. The pentameric hydrocoel lobes organize adult pentameral structures in a sea cucumber, Apostichopus japonicas // Developmental Biology. 2022. № 492. P. 71–78. https://doi.org/10.1016/j.ydbio.2022.09.002

  7. Rozhnov S.V. Two Coils in the Morphology of Myelodactylids (Crinoidea, Disparida): the Morphogenetic Basis of Their Formation and Adaptation Potential // Paleontological Journal. 2021. V. 55. № 9. P. 63–82.

  8. Rozhnov S.V. Crookedness of the stem and crown of pelmatozoan echinoderms as resulting from different kinds of heterochrony // Echinoderm Res. / Carnevali, M.D.C. and Bonasoro, F., Eds. Rotterdam: A.A. Balkema, 1998. P. 385–390.

  9. Rozhnov S.V. Morphogenesis and evolution of crinoids and other pelmatozoan echinoderms in the Early Paleozoic // Paleontological Journal. 2002. V. 36. Suppl. 6. P. S525–S674.

  10. Rozhnov S.V. The anteroposterior axis in echinoderms and displacement of the mouth in their phylogeny and ontogeny // Biology Bulletin. 2012. V. 39. № 2. P. 162–171.

  11. Rozhnov S.V. Solutans (Echinoderms): Evolution Frozen between Torsion and Pentaradiality // Paleontological Journal. 2022. V. 56. № 11. P. 1306–1321.

  12. Engle S. Ultrastructure and development of the body cavities in Antedon bifida (Pennant, 1777) (Comatulida, Crinoidea). Unpubl. PhD thesis, 2013. http://edocs.fu-ber-lin.de/diss/receive/FUDISS_thesis_000000040355

  13. Amemiya S., Taku H., Masaaki Y. et al. Early stalked stages in ontogeny of the living isocrinid sealily Metacrinus rotundus // Acta Zool. (Stockholm). 2016. V. 97. № 1. P. 102–116.

  14. Rozhnov S.V. Ordovician Paracrinoids from the Baltic: Key Problems of Comparative Morphology of Pelmatozoan Echinoderms // Paleontological Journal. 2017. V. 51. № 6. P. 643–662.

  15. Paul C.R.C., Hotchkiss F. Origin and significance of Lovén's Law in echinoderms // Journal of Paleontology. 2020. V. 94. № 6. P. 1–14.

  16. Sumrall C.D., Wray G.A. Ontogeny in the fossil record: Diversification of body plans and the evolution of “aberrant” symmetry in Paleozoic echinoderms // Paleobiology. 2007. V. 33. № 1. P. 149–163.

  17. Tsuchimoto J. Expression Patterns of Hox Genes in the Direct-Type Developing Sand Dollar Peronella japonica: Insights into the Evolution of Echinoderms // Kanazawa University Graduate School of Natural Sciences Doctoral Dissertation, 2012. http://hdl.handle.net/2297/34907

  18. Tsuchimoto J., Yamaguchi M. Hox expression in the direct-type developing sand dollar Peronella japonica // Devel. Dynamics. 2014. V. 243. № 8. https://doi.org/10.1002/dvdy.24135

  19. Adachi S., Niimi I., Sakai Y. et al. Anteroposterior molecular registries in ectoderm of the echinus rudiment // Devel. Dynamics. 2018. V. 247. P. 1297–1307.

  20. Isaeva V.V., Rozhnov S.V. Evolutionary transformations of the metazoan body plan: Genomic-morphogenetic correlations // Paleontological Journal. 2021. V. 55. № 7. P. 97–110.

  21. Isaeva V.V., Kasyanov N.V. Symmetry transformations in metazoan evolution and development // Symmetry. 2021. V. 13. № 160. https://doi.org/10.3390/sym13020160

  22. Minelli A. EvoDevo and its significance for animal evolution and phylogeny // Evolutionary Developmental Biology of Invertebrates. 2015. V. 1 / Wanninger A., ed. Wien: Springer, 2015. P. 1–24.

  23. Byrne M., Martinez P., Morris V. Evolution of a pentameral body plan was not linked to translocation of anterior Hox genes: the echinoderm HOX cluster revisited // Evol. Devel. 2016. P. 1–7. https://doi.org/10.1111/ede.12172

  24. Omori A., Kikuchi M., Kondo M. Larval and adult body axes in echinoderms // Reproductive and Developmental Strategies: The Continuity of Life / Kobayashi K., Kitano T., Iwao Y., and Kondo M., eds. Tokyo: Springer Japan KK, 2018. P. 760–789.

  25. Cameron R.A., Rowen L., Nesbitt R. et al. Unusual gene order and organization of the sea urchin Hox cluster // J. Exp. Zool. B. Mol. Dev. Evol. 2006. № 306B. P. 45–58.

  26. Peterson K.J., Arenas-Mena C., Davidson E.H. The A/P axis in echinoderm ontogeny and evolution: evidence from fossils and molecules // Evol. Dev. 2000. № 2. P. 93–101.

  27. Mooi R., David B. Radial symmetry, the anterior/posterior axis, and echinoderm Hox genes // Annu. Rev. Ecol. Evol. S. 2008. № 39. P. 43–62.

  28. David B., Mooi R. How Hox genes can shed light on the place of echinoderms among the deuterostomes // EvoDevo. 2014. № 5: 22. P. 1–19. https://doi.org/10.1186/2041-9139-5-22

  29. Smith A.B., Zamora S. Cambrian spiral-plated echinoderms from Gondwana reveal the earliest pentaradial body plan // Proc. R. Soc. B. 2013. № 280: 20131197. https://doi.org/10.1098/rspb.2013.1197

  30. Ubaghs G. Stylophora // Treatise on Invertebrate Paleontology: Part S. Echinodermata / Moore R.C., ed. Lawrence: Geol. Soc. Am., Boulder. 1968. P. S495–S565.

  31. Jefferies R.P.S. The ancestry of the vertebrates. London: British Museum (Natural History), 1986.

  32. Lefebvre B., Guensburg T.E., Martin T.L.O. et al. Exceptionally preserved soft parts in fossils from the Lower Ordovician of Morocco clarify stylophoran affinities within basal deuterostomes // Geobios. 2019. V. 52. № 1. P. 27–36.

  33. Rozhnov S.V., Parsley R.L. A new cornute (Homalozoa: Echinodermata) from the uppermost Middle Cambrian (Stage 3, Furongian) from Northern Iran: Its systematics and functional morphology // Paleontological Journal. 2017. V. 51. № 5. P. 500–509.

  34. Малахов В.В. Проблема основного плана строения в различных группах вторичноротых животных // Журнал общей биологии. 1977. Т. 38. № 4. С. 485–499.

  35. Slack J.M.W., Holland P.W.H., Graham C.F. The zootype and phylotypic stage // Monthly Nature. V. 1. № 2. P. 21–23.

  36. Rahman I.A., Stewart S.E., Zamora S. The youngest ctenocystoids from the Upper Ordovician of the United Kingdom and the evolution of the bilateral body plan in echinoderms // Acta Palaeontologica Polonica. 2015. V. 60. № 1. P. 39–48.

  37. Zamora S., Rahman I., Smith A.B. Plated Cambrian bilaterians reveal the earliest stages of echinoderm evolution // PLoS ONE. 2012. № 7. e38296. https://doi.org/10. 1371/journal.pone.0038296

  38. Byrne M., Koop D., Strbenac D. et al. Transcriptomic analysis of Nodal- and BMP-associated genes during development to the juvenile seastar in Parvulastra exigua (Asterinidae) // Marine Genomics. 2021. № 59,100857. P. 2–6. https://doi.org/10.1016/j.margen.2021.100857

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Вестник РАН

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал