Биология. В 3-х томах. Т. 3

Не следует, однако, считать личинок непременно какими-то недоразвитыми формами. Во многих случаях они достигают весьма высокой организации, как, например, личиночные стадии насекомых, у которых недоразвитыми остаются только репродуктивные органы. В разд. 21.7.4 будет описан аксолотль-интересный пример вполне развитой личинки, достигшей половой зрелости.

21.7.2. Характерные черты метаморфоза

Структурные и функциональные изменения, происходящие во время метаморфоза, подготавливают организм к взрослой жизни в новом местообитании. В некоторых случаях необходимые новые адаптации могут появляться в то время, когда организм еще не вышел из личиночной стадии и занимает личиночное местообитание. Иными словами, метаморфоз — это не просто реакция на изменение среды, а подготовка к ее изменению. Например, головастики, обитающие в воде, где им не грозит высыхание, выделяют примерно 80% азотистых продуктов обмена в виде аммиака. На более поздних стадиях метаморфоза, но все еще оставаясь в воде, головастики начинают выделять мочевину. А к тому времени, когда молодые лягушки готовы выйти из воды, они выделяют уже 80% азотистых отходов в виде мочевины.

Если на рост и дифференцировку гормоны могут оказывать влияние, то метаморфоз всецело контролируется и регулируется эндокринными факторами. В одних случаях метаморфоз представляет собой реакцию на повышение уровня гормонов, а в других — это результат различных реакций разных органов — мишеней на один и тот же уровень какого-то гормона. Эти реакции могут выражаться либо в гибели клеток и уменьшении размеров какого-либо органа (инволюция), либо в делении клеток, их дифференцировке и росте органа.

21.7.3. Гормональный контроль линьки у насекомых

Участие гормонов в линьке впервые описал Уигглсуорс, работавший в Кембридже. В результате ряда экспериментов он установил, что линька контролируется гормоном линьки (ГЛ), который выделяется в ответ на определенный стимул. Результат линьки (т.е. следующая за ней стадия жизненного цикла) может модифицироваться другим гормоном-ювенильным, который препятствует появлению имагинальной (взрослой) формы.

Уигглсуорс изучал гормон роста насекомых у южноамериканского кровососущего клопа Rhodnius prolixus. У этого насекомого с неполным превращением пять личиночных (нимфальных) стадий, а стадия куколки отсутствует. На каждой нимфальной стадии клопу необходимо один раз насосаться крови, и этот акт стимулирует линьку. Уигглсуорс показал, что при наполнении брюшка кровью находящиеся в его стенке рецепторы реагируют на растяжение, генерируя нервные импульсы, передающиеся в головной мозг. Эти импульсы стимулируют координированную секрецию ряда гормонов, что и вызывает линьку. Линька, приводящая к превращению личинки 4-го возраста в личинку 5-го возраста, наступает (при 28°С) через 14 дней после кормежки.

Если декапитировать личинку (т. е. удалить у нее голову) в первые четыре дня после кормежки и залить рану воском, то она может прожить 18 месяцев без каких-либо признаков дальнейшего роста или развития. Если же произвести декапитацию в более поздний срок, личинка продолжает расти, но линька не наступает. Эти результаты позволяют предположить, что передача импульсов от брюшка в головной мозг и выделение гормонов, влияющих на рост и дифференцировку тканей-мишеней, в том числе эпидермальных клеток, занимает четыре дня.

В своих экспериментах Уигглсуорс пересаживал головной мозг от личинки, готовой к линьке, в брюшко голодавшей декапитированной личинки, и последняя начинала линять. При пересадке ткани головного мозга от линяющей личинки другой, у которой были отрезаны голова или грудь, линька не наступала. Очевидно, линьку вызывает какое-то вещество, содержащееся в головном мозге и воздействующее на определенный участок груди. Проводившиеся ранее работы на гусеницах тутового шелкопряда показали, что в первом грудном сегменте у них имеется проторакальная железа, которая способна индуцировать линьку, если пересадить ее гусенице в брюшко, отделенное лигатурой от грудного отдела. Это наводило на мысль, что у клопа Rhodnius линька тоже контролируется гормоном проторакальной железы.

Гормон линьки был выделен в 1953 г.; это стероид, сходный по структуре с холестеролом (см. разд. 5.3.6). Его назвали экдизоном; он содержит больше гидроксильных групп, чем холестерол, и поэтому растворим в воде. Впоследствии этот гормон был синтезирован; при введении насекомым синтетического гормона у них возникают все реакции, обычно связанные с линькой.

Как полагают, экдизон активирует гены, контролирующие синтез ферментов, участвующих в процессах роста. Эта реакция особенно сильно выражена в эпителиальных клетках, которые претерпевают ряд изменений, связанных с линькой (рис. 21.30).