爪鯢端腦胚后發(fā)育的組織學(xué)研究

王維 王歡歡 鄧昕旸 梁傳成　王麗文

摘 要 為探討爪鯢端腦胚后發(fā)育的特征，及其在系統(tǒng)進(jìn)化中的地位，采用脊椎動(dòng)物神經(jīng)標(biāo)本制作技術(shù)和HE染色方法，對(duì)爪鯢胚后6個(gè)年齡組端腦的形態(tài)學(xué)與組織學(xué)進(jìn)行研究.發(fā)現(xiàn)爪鯢端腦由嗅球和大腦半球組成，從幼體Ⅰ齡開(kāi)始，爪鯢已具備了和成體端腦相似的結(jié)構(gòu).隨發(fā)育的進(jìn)行，爪鯢的端腦長(zhǎng)和整個(gè)腦長(zhǎng)都是逐漸增加的，端腦占整個(gè)腦的比例逐步加大.爪鯢的原始大腦皮質(zhì)不發(fā)達(dá)，與原始海馬和原始梨狀區(qū)之間的界限不明顯；原始海馬是爪鯢大腦半球中最發(fā)達(dá)的結(jié)構(gòu)，發(fā)育至Ⅱ齡時(shí)，出現(xiàn)內(nèi)側(cè)界溝將其與隔區(qū)分開(kāi)；外側(cè)界溝在Ⅰ齡時(shí)就將原始梨狀區(qū)和紋狀體分開(kāi)，但發(fā)育至Ⅲ齡時(shí)，外側(cè)界溝變得不明顯，紋狀體突增大.而東北小鯢沒(méi)有明顯的外側(cè)界溝，這表明爪鯢的大腦半球雖然比較原始，但高于同類的東北小鯢.但與其他兩棲動(dòng)物相比，爪鯢的端腦結(jié)構(gòu)還較為原始，在兩棲類中屬于較低等的類群.

關(guān)鍵詞 爪鯢；端腦；胚后發(fā)育；組織學(xué)

中圖分類號(hào) Q959.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1000-2537（2016）03-0018-04

Abstract Objective： The characteristics of postembryonic development of the telencephalon in the salamander Onychodactylus fischeri and its status in the evolution was discussed. Methods： The morphological and histological investigation on telencephalon of Onychodactylus fischeri at six age groups were conducted using the vertebrate neural specimen making technology and HE-staining. Results： The telencephalon of Onychodactylus fischeri consists of an olfactory bulb and cerebral hemisphere， from the GroupⅠ. It has a similar structure with the adult. With the development of the telencephalon， the whole length of brain and the length of telencephalon are gradually increased， and the proportion of the length of telencephalon in the whole length of brain increases gradually as well. The primordial cerebral cortex of the Onychodactylus fischeri is not developed， and the boundaries with primordial hippocampus and primordial piriform regions are not visible. The primordial hippocampus is the most developed structure in the cerebral hemisphere of the Onychodactylus fischeri to the development of Group Ⅱ， and the medial limit sulcus appeared and separated it from the septal area. In the Group I， the primordial piriform region and striatum were separated by the lateral limit sulcus， but for the development to the Group Ⅲ， the lateral limit sulcus was not obvious as striatal complex projections were increased. While the Hynobius leechii does not have a clear lateral limit sulcus， which indicates that although the telencephalon of the Onychodactylus fischeri is relatively primitive， but higher than similar Hynobius leechii. When compared with other amphibians， the telencephalon structure of the Onychodactylus fischeri is relatively primitive， suggesting that the Onychodactylus fischeri in amphibians belongs to lower taxa.

Key words salamander； telencephalon； postembryonic development； histology

爪鯢（Onychodactylus fischeri）隸屬于兩棲綱，有尾目，小鯢科，爪鯢屬 [1].由于爪鯢成體肺完全退化消失，指、趾具角質(zhì)的爪，尾部形態(tài)更接近于爬行動(dòng)物蜥蜴，因此爪鯢在進(jìn)化地位上具有一定的特殊性.其分布范圍狹窄，數(shù)量有限，先后被世界自然資源保護(hù)聯(lián)盟紅皮書(shū)、前蘇聯(lián)紅皮書(shū)、中國(guó)瀕危動(dòng)物紅皮書(shū)列為重點(diǎn)保護(hù)的瀕危物種[2].有關(guān)爪鯢神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和發(fā)育的研究，僅限于對(duì)亞成體和成體爪鯢端腦組織學(xué)的描述[3-4].本文對(duì)爪鯢端腦的形態(tài)學(xué)與組織學(xué)的胚后發(fā)育進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，以期探討爪鯢大腦半球發(fā)育的特征及進(jìn)化地位，豐富有尾兩棲動(dòng)物發(fā)育的資料.對(duì)于神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的研究有助于我們更好地掌握爪鯢發(fā)育的特點(diǎn)，對(duì)拓寬爪鯢的生存環(huán)境、更好地對(duì)其進(jìn)行保護(hù)有重要意義.

神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育是生物個(gè)體發(fā)育中的重要組成部分，而端腦作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)重要的組成部分，它的發(fā)育程度在一定程度上表明了物種的進(jìn)化程度[5].目前對(duì)端腦的形態(tài)結(jié)構(gòu)、細(xì)胞分化、基因表達(dá)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特定功能等的研究都取得了豐富成果[6-9].研究者應(yīng)用HE和Nissl染色法、Golgi-Ⅱ eHHeke 浸銀法，對(duì)有尾兩棲類的大鯢[10]、北方山溪鯢[11]和東北小鯢[12-13]的端腦進(jìn)行了組織學(xué)研究，認(rèn)為有尾兩棲類最發(fā)達(dá)的部位是原始海馬，原始大腦皮層很不發(fā)達(dá)，只在背側(cè)有少數(shù)的幾層細(xì)胞，且難以與原始梨狀區(qū)相區(qū)分，而爬行類的原始大腦皮質(zhì)已經(jīng)分化出3個(gè)明顯的區(qū)域 [14-15].但同魚(yú)類端腦表皮相比，兩棲類端腦表皮更為發(fā)達(dá)，非洲肺魚(yú)的端腦則與兩棲類動(dòng)物相類似[16-18].

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用處于3個(gè)不同發(fā)育階段共6個(gè)年齡組的爪鯢49只[19]，均在不同的季節(jié)采自遼寧省鞍山市岫巖縣三家子鎮(zhèn)華山村.于實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)在6～10 ℃的恒低溫雙層養(yǎng)殖箱中[20].

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

常規(guī)方法解剖分離爪鯢完整的腦，常規(guī)石蠟切片，HE染色，用Olympus CX21光學(xué)顯微鏡觀察， Moticam1300數(shù)碼顯微圖象系統(tǒng)拍照，Illustrator軟件對(duì)端腦區(qū)域進(jìn)行重構(gòu)并繪圖.區(qū)域的命名參照Hoffman和張育輝的研究[9-10].用測(cè)微尺測(cè)量各年齡組爪鯢原始大腦皮層、原始海馬和原始梨狀區(qū)神經(jīng)元分布區(qū)域的厚度.

實(shí)驗(yàn)結(jié)果用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，繪制柱形圖.數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（X±SD）表示.P<0.05即認(rèn)為差異極顯著.

2 結(jié)果

爪鯢從幼體Ⅰ齡開(kāi)始，已具備了和成體端腦相似的結(jié)構(gòu).隨發(fā)育的進(jìn)行，爪鯢的端腦長(zhǎng)和整個(gè)腦長(zhǎng)均是逐漸增加，端腦占整個(gè)腦的比例逐步加大.

2.1 嗅球

Ⅰ齡和Ⅱ齡爪鯢嗅球的細(xì)胞分層現(xiàn)象不明顯，Ⅲ～Ⅵ齡，嗅球細(xì)胞的分層逐步清晰，但各層細(xì)胞并無(wú)明確的界限.整體上看，嗅球腹外側(cè)部細(xì)胞分布稀疏，向內(nèi)逐漸緊密（圖1）.

2.2 大腦半球

爪鯢的大腦半球由原始大腦皮層、原始海馬、隔區(qū)、原始梨狀區(qū)、紋狀體等區(qū)域以及側(cè)腦室和存在于側(cè)腦室內(nèi)的脈絡(luò)叢等構(gòu)成.爪鯢不同的發(fā)育階段，大腦半球的各區(qū)域都有著不同的變化.

原始大腦皮層位于側(cè)腦室的背側(cè)部，其神經(jīng)細(xì)胞在Ⅰ～Ⅲ齡爪鯢大腦半球內(nèi)分布比較均勻，幾乎占據(jù)側(cè)腦室背側(cè)的整個(gè)區(qū)域.Ⅳ～Ⅵ齡爪鯢的原始大腦皮層細(xì)胞聚集于側(cè)腦室背側(cè)相對(duì)狹窄的區(qū)域，上層細(xì)胞相對(duì)分散（圖1，彩圖見(jiàn)封三）.就其細(xì)胞分布區(qū)域的厚度而言，隨著發(fā)育的進(jìn)行其皮層厚度增加，Ⅳ齡和Ⅴ齡的皮層厚度雖然較Ⅲ齡減小，但仍高于Ⅰ齡和Ⅱ齡，Ⅵ齡皮層厚度最高約197 μm（圖2）.

原始海馬位于側(cè)腦室內(nèi)側(cè)壁的上部，背側(cè)與原始大腦皮層相連.隔區(qū)則位于原始海馬的下方.Ⅰ～Ⅵ齡爪鯢端腦的前端，原始海馬與隔區(qū)無(wú)明顯的分界（圖1），隨著側(cè)腦室加寬加長(zhǎng)，側(cè)腦室內(nèi)出現(xiàn)內(nèi)側(cè)界溝將原始海馬和隔區(qū)分割開(kāi)來(lái).Ⅰ齡爪鯢的內(nèi)側(cè)界溝不甚明顯（圖1），從Ⅱ齡開(kāi)始，在大腦半球的中段，側(cè)腦室出現(xiàn)明顯的內(nèi)側(cè)界溝（圖1）.從Ⅲ齡開(kāi)始，內(nèi)側(cè)界溝逐漸移向中下部.在大腦半球的尾端，兩腦室將要連通的部位，內(nèi)側(cè)界溝消失.原始海馬的細(xì)胞分布區(qū)域厚度在各個(gè)年齡組的變化趨勢(shì)與大腦皮層大致相似（圖2）.

原始梨狀區(qū)位于側(cè)腦室的外側(cè)，其細(xì)胞分布區(qū)域厚度，Ⅲ齡大于Ⅰ齡和Ⅱ齡，Ⅳ齡和Ⅴ齡又減小，Ⅵ齡略增加，但仍不及Ⅲ齡（圖2）.紋狀體是位于原始梨狀區(qū)下方和側(cè)腦室底部比較大的核團(tuán).Ⅰ齡和Ⅱ齡爪鯢的大腦半球上可見(jiàn)有外側(cè)界溝將原始梨狀區(qū)和紋狀體分開(kāi)（圖1），在Ⅲ～Ⅵ齡，外側(cè)界溝不明顯，由紋狀體突區(qū)分二者.幼體的紋狀體突大于成體，Ⅱ齡爪鯢的紋狀體突較為明顯（圖1），細(xì)胞厚度明顯大于梨狀區(qū).

3 討論

3.1 嗅球

嗅球是低等動(dòng)物感知外界環(huán)境的重要器官之一.爪鯢的嗅球與大腦半球并無(wú)明顯分界，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)副嗅球.而一些無(wú)尾兩棲類的嗅球與大腦半球界限清晰，且存在副嗅球[21].這說(shuō)明爪鯢的端腦在進(jìn)化上較無(wú)尾兩棲類原始，沒(méi)有分化出獨(dú)立的嗅覺(jué)中樞[3].從系統(tǒng)進(jìn)化的關(guān)系來(lái)看，魚(yú)類較兩棲類原始，但在魚(yú)類的端腦中，嗅球以嗅莖和大腦半球相連，有獨(dú)立的嗅覺(jué)器官[22]，由此來(lái)看爪鯢的嗅覺(jué)器官甚至比魚(yú)類原始.

3.2 大腦半球

同大鯢、山溪鯢、東北小鯢以及無(wú)尾兩棲類的原始大腦皮質(zhì)相似[10-13]，爪鯢的原始大腦皮質(zhì)并不發(fā)達(dá)，與原始海馬和原始梨狀區(qū)之間的界限并不明顯，細(xì)胞層較薄.而爬行類鱷魚(yú)的大腦皮質(zhì)已屬于新皮層[23-24]，皮層較厚，可細(xì)分為外網(wǎng)狀層、細(xì)胞層和內(nèi)網(wǎng)狀層.草原沙蜥和敏麻蜥的皮質(zhì)區(qū)更為發(fā)達(dá)[25]，分為內(nèi)皮層、背皮層和側(cè)皮層三部分.由此可見(jiàn)爪鯢的皮質(zhì)區(qū)仍處于較為原始的階段.

爪鯢大腦半球中最發(fā)達(dá)的結(jié)構(gòu)是原始海馬，與山溪鯢[11]和東北小鯢[12-13]相似.原始海馬區(qū)屬于原腦皮，從大腦半球前端側(cè)腦室位置出現(xiàn)，到第三腦室處逐漸消失.無(wú)尾兩棲類的原始海馬可以區(qū)分為兩個(gè)細(xì)胞群，背側(cè)群和背內(nèi)側(cè)群，分別包含不同類型的細(xì)胞.爪鯢的原始海馬細(xì)胞很難區(qū)分為兩部分，這也說(shuō)明了爪鯢端腦的原始性.

原始海馬和隔區(qū)及原始梨狀區(qū)和紋狀體的分界分別為內(nèi)側(cè)界溝和外側(cè)界溝.無(wú)尾兩棲類的兩界溝清晰可見(jiàn)，隔區(qū)分為內(nèi)側(cè)隔核和外側(cè)隔核兩個(gè)核團(tuán)[24].爪鯢的兩個(gè)界溝不及無(wú)尾類清晰，隔區(qū)也沒(méi)有再分成兩個(gè)核團(tuán).而東北小鯢沒(méi)有明顯的外側(cè)界溝，這表明爪鯢的大腦半球雖然比較原始，但就隔區(qū)與紋狀體的分界上高于同類的東北小鯢.

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（編輯 WJ）