Характер эндокринной регуляции у по-лихет-нереид сравнительно прост и похож на известный для немертин и некоторых других беспозвоночных (но не для большинства других аннелид). Как впервые показал Деркон (Durchon) в 1948 г., децере-брация этих червей приводит к преждевременному созреванию. На последней стадии жизненного цикла большинство видов превращаются в гетеронереидную форму (рис. 4.60), адаптированную к «роению» и нересту в поверхностных морских водах. Этот процесс также подавляется гормоном мозга.
Децеребрация на ранних стадиях жизненного цикла приводит к аномалиям развития ооцитов или их дегенерации, а также к неполному метаморфозу. Это позволяет предполагать, что у гормона сложное, двойственное действие, включающее трофический эффект, поддерживающий раннее развитие гамет и тела, и тормозное влияние на процессы, связанные с последними стадиями развития. У самок трофическое влияние на гаметы может быть косвенным, поскольку синтез специфических белков желтка (вителлогенинов), необходимых для развития ооцитов, происходит в целомоцитах. Гормон необходим также для образования новых сегментов тела (см. разд. 14.4.3).
На ранних стадиях жизненного цикла уровень гормона высок, но впоследствии интенсивность его секреции снижается. Это, вероятно, зависит от окружающих условий. Однако вещество, продуцируемое созревающими гаметами, подавляет эндокринную активность мозга, что в свою очередь ускоряет развитие гамет, приводя к выделению еще больших количеств их ингиби-рующего вещества и т.д. (эффект положительной обратной связи). Вопрос о том, какая здесь связь прямая, а какая обратная, спорный.
Считалось, что множество процессов, участвующих в образовании сегментов, га-метогенезе и метаморфозе, контролируется простыми изменениями секреции «мозгового гормона». Однако электронная микроскопия позволяет предполагать, что мозг нереид является источником множества гормонов. Более того, недавно у этих и других нечленистоногих беспозвоночных обнаружены экдистероиды (разд. 16.12.4), а у пиявок они, вероятно, контролируют ли-ньку. Несомненно, эндокринные механизмы у нереид намного сложнее, чем представлялось ранее.
В течение последних 50 лет насекомые привлекают большое внимание эндокринологов из-за скачкообразного характера их развития, включающего ряд линек, и в некоторых группах—метаморфоз от личинки до куколки и имаго. Сложность этих процессов у членистоногих отражается на контролирующей их нейроэндокринной системе (приложение 16.12).
Впервые значение мозга было продемонстрировано Копецом (Корее) в классических экспериментах 1917—1923 гг. (рис. 16.35). Гусеница непарного шелкопряда будет окукливаться, только если испытывает влияние мозга в течение некоторого минимального {критического) периода. Участвующий в этом проторакатропный гормон (РТТН) необходим для линьки на любой стадии жизненного цикла. У бабочки Manduca1 источником этого гормона, по-видимому, является единственная нейросе-креторная клетка с каждой стороны мозга, а местами его хранения и выделения служат нервные окончания внутри кардиального и прилежащего тел (главным образом в последнем) (приложение 16.12). Стимулы, индуцирующие выделение гормона у разных насекомых, неодинаковы. У клона Rhodnius пусковым сигналом служит растяжение брюшка в результате питания кровью (животное может быть «обмануто» заполнением брюшка воздухом), а у Manduca— достижение критической массы тела.
Целью недавней работы Исидзаки (Ishi-zaki) и Гилберта (Gilbert) с соавторами была очистка РТТН. Из мозга бабочки Вот-Ьух выделены два пептида с молекулярными массами около 5000 и 22 ООО, способные стимулировать секрецию экдизона нрото-ракальными железами. Меньший из них состоит из двух аминокислотных цепей, связанных дисульфидными мостиками. Это послужило основанием для гипотез относительно филогенетического значения сходства этого соединения с инсулином и инсу-линоподобными факторами роста позвоночных. Установление физиологической роли двух этих пептидов еще впереди.
Роль проторакалъных желез продемонстрирована в экспериментах на куколках бабочки цекропиевого шелкопряда (Sctturnict cecropid). Если в изолированное брюшко имплантировать активный мозг, оно не в состоянии линять. Если же для этой пели использовать одновременно активный мозг и неактивные проторакальные железы, развитие происходит. Это свидетельствует о том, что гормон мозга стимулирует в про-тора'кальных железах или их гомологах секрецию второго фактора, стероида экдизона (табл. 16.1). Карлсон (Karlson) с соавторами использовал 1000 кг куколок шелкопряда для получения 200 мг чистого вещества, ставшего в 1963 г. первым химически идентифицированным гормоном беспозвоноч-ных. В тканях экдизон превращается в 20-гидроксиэкдизон, который и является собственно гормоном линьки.
Для подобных соединений, известных под общим названием экдистероиды, разработан ряд чувствительных количественных анализов. Каллифоровый тест, использованный Карлсоном, основан на способности экдизона вызывать окукливание у перевязанных личинок мухи. Сравнительно недавно стал широко применяться радиоиммунологический анализ. Антитела к экдизон-белковому комплексу связывают радиоактивный экдизон. Масштабы этого процесса зависят от концентрации немеченого экдизона, конкурирующего за места связывания, и, таким образом, позволяют судить о его количестве. У клопа Rhodnius единственный пик экдизона наблюдается перед каждой линькой (рис. 16.36).
РТТН—типичный пептидный гормон в том смысле, что его воздействие на рецепторы плазматических мембран проторака-льных желез индуцирует внутриклеточный синтез сАМР. Стероиды, напротив, проникают внутрь клетки и (предположитель-но),связываясь с цитоплазматическими белками, стимулируют генетический аппарат ядра.
На ранних стадиях развития ювенильный гормон защищен от распада специфическим белком гемолимфы, с которым он связывается. Низкий уровень JH перед последней линькой обеспечивается снижением скорости его синтеза и образованием специфического фермента, разрушающего гормон, несмотря на его связь с белком.
У насекомых ювенильный гормон участвует также в контроле размножения. Вместе с родственными химическими соединениями он используется в борьбе с вредителями, обладая такими явными преимуществами, как нетоксичность и способность к биодеградации. Кроме того, насекомые с трудом вырабатывают устойчивость к веществу, от которого зависит их нормальное развитие.
Гормон выхода секретируется мозгом и запускает сложную последовательность событий, происходящих при сбрасывании насекомым старой кутикулы (через некоторое время после образования эпидермисом новой кутикулы под влиянием экдизона). У сверчка Teleogryllus различают четыре основные стадии этого процесса. Во-первых, кутикула отслаивается и прикрепляется к субстрату; затем насекомое выбирается из старой шкурки; имагинальные крылья, ноги и т. д. расправляются и приобретают окончательную форму; наконец, старая кутикула съедается. Эти стадии включают стереотипную и координированную последовательность по крайней мере 48 специфических движений, повторяющихся не менее 4 ч. Понятно, что о нейросекреторных клетках, вырабатывающих гормон выхода, можно говорить как о «командных нейронах» (разд. 16.10.2).
Новая кутикула вскоре темнеет и отвердевает. Ее «дубление» стимулируется ней-росекреторным гормоном бурсшоном, который секретируется после выхода из старой шкурки мозгом или абдоминальными ганглиями.
Интересно сравнить эндокринный контроль развития у насекомых и других членистоногих, особенно ракообразных. У них такой же стероидный гормон линьки—20-гидроксизкдизон, секретируемый эндокринными железами ненейронной природы— Y-органами. Секреция стероида контролируется нейросекреторной системой глазного стебелька. Однако, если у насекомых РТТН оказывает стимулирующее действие, у ракообразных соответствующий гормон угнетает работу Y-органов, поэтому удаление глазного стебелька ускоряет линьку или даже вызывает серию быстрых линек. И наконец, недавно показано, что у ракообразных есть JH. Он секретируется антеннальными железами и его роль сходна с таковой у насекомых.
Главное отличие заключается в присутствии у ракообразных половых гормонов. Как показал Шарнио-Коттон (Charniaux-Cotton) в 1954 г., мужской гормон секретируется андрогенными железами, связанными с семепроводами, а один или несколько женских гормонов — яичником. Эти вещества стимулируют гаметогенез и диффе-ренцировку вторичных половых признаков. У большинства насекомых генотип, по-видимому, влияет на половую дифференци-ровку непосредственно, без участия эндокринной системы.
Аксоны двух гигантских нейронов первого порядка сливаются по средней линии тела и иннервируют несколько клеток второго порядка в задней части мозга. Большинство последних являются мотонейронами, непосредственно управляющими мышцами головы и воронки, однако аксоны двух клеток идут к звездчатому ганглию, где образуют синапсы с гигантскими волокнами третьего порядка (показана только одна пара) (по Joung, 1939).вездчатый ганглий. Гигантские волокна второго порядка образуют «дисталь-ные» синапсы с волокнами третьего порядка, а другие гигантские волокна образуют с ними «проксимальные» контакты. Каждое волокно третьего порядка возникает путем слияния отростков нескольких клеток, и все отходящие от звездчатого ганглия нервы включают по одному такому волокну (показано только пять нервов). Самый задний и самый крупный нерв является излюблен-ным объектом исследования нейробиоло-гов.
В. Синаптические контакты между гигантскими волокнами второго и третьего порядков. Физиологическое соединение двух этих элементов опосредуется множеством контактов, в каждом из которых по-стсинаптический отросток как бы зубцами вставлен в пресинаптический участок. Стрелки указывают направление потока импульсов.