两种正形海胆（Mesocentrotus nudus与Strongylocentrotus intermedius）幼体期幼体原基组织发育模式的比较研究

本综述系统比较了两种正形海胆（Mesocentrotus nudus与Strongylocentrotus intermedius）幼体原基（juvenile rudiment）的组织发育过程。研究揭示了其发育阶段与Formery等人（2022）提出的分期方案高度一致，填补了海胆幼体组织形态发生（morphogenesis）领域的空白，为后续发育生物学（developmental biology）及幼虫变态（metamorphosis）机制研究提供了关键的组织学参照。

　　

Highlight

动物采集

成年海胆M. nudus和S. intermedius由潜水员于2024年自然繁殖季节在俄罗斯符拉迪沃斯托克附近海域（日本海帕特罗克湾）采集。

幼体培育

通过向体腔注射0.5 mL 0.5 M KCl溶液诱导M. nudus和S. intermedius成熟个体产卵。每个物种使用三雄三雌的配子进行杂交。胚胎在充满经过滤并紫外线消毒的海水的5升玻璃烧杯中培养，水温维持在16–18°C。从受精后第二天开始，幼虫投喂牟氏角毛藻（Chaetoceros muelleri）。每两天更换一次海水并补充新鲜微藻。从六臂幼体期开始，每天收集幼虫样品，直至其具备变态能力。

原基发育阶段

两种物种的幼体发育均呈现典型的浮游营养型海胆幼体特征。完整的幼体发育包括四臂、六臂和八臂的双对称长腕幼虫（pluteus）。完全发育的八臂长腕幼虫具有一个小的躯体，其幼虫消化系统由食道、胃和肠组成，并在幼虫体顶端具有四对长长的附属物（即腕）（图1a, b）。幼虫腕表面覆盖着由钙质骨针支撑的纤毛带，用于捕食和运动。在八臂长腕幼虫阶段，幼体原基开始在幼虫体左侧、食道和胃之间发育。我们根据Formery等人（2022）为地中海球海胆（Paracentrotus lividus）建立的分期方案，将幼体原基的发育分为五个连续阶段。我们发现该方案完全适用于描述这两种物种的幼体原基发育。

阶段0：无原基

在八臂幼体早期，幼虫体内尚未形成任何幼体原基结构（图1c, d）。幼虫体左侧的体腔由左前体腔（axocoel）、左水体腔（hydrocoel）和左躯体腔（somatocoel）组成，它们彼此分开，且与幼虫胃相邻（图1e, f）。

阶段1：原基出现

该阶段始于左水体腔增大并与左躯体腔融合，形成一个共同的腔室，即幼体原基（图2a–d）。此时，原基的上皮细胞仍保持单层结构，未出现任何分化迹象（图2c, d）。

阶段2：五叶原基

幼体原基继续增大并呈现出独特的五叶状结构（图2e–h）。其顶部（远离幼虫胃的一侧）形成五个指状突起，即未来水管系统（water-vascular system）中辐管（radial canals）的原基（图2g, h）。在此阶段，仍无明显的组织分化。

阶段3：原基内分化

该阶段以原基内首批分化事件为标志。首先，在五叶状原基的顶部形成五个加厚的表皮区域，即初级足（primary podia）原基（图3a–d）。随后，原基基部（靠近幼虫胃的一侧）开始出现齿原基（dental sacs）和未来颌器（pyramids）的雏形（图3e, f）。同时，围绕原基顶部的表皮形成神经脊（epineural folds），其下方出现神经外胚层空间（epineural space），标志着神经系统开始发育（图3g, h）。

阶段4：成熟原基

在即将变态的幼体（ competent larvae）中，幼体原基已充分发育，呈现出幼海胆的雏形（图4a–d）。外胚层和左水体腔的衍生物发育速度远超左躯体腔的衍生物。成熟的原基已具备发育良好的水管系统环管（ring canal）和辐管、完全分化的初级足以及次级足（secondary podia）的原基（左水体腔衍生物）；口周神经环（circumoral nerve）、辐神经（radial nerves）、初级棘（first spines）和咽部原基（pharynx progenitor）（外胚层衍生物）。相比之下，左躯体腔的衍生物仅包括齿、金字塔形骨片（pyramids）的雏形以及围咽体腔（peripharyngeal coelom）的原基，且未观察到任何 pyramidal muscles 的迹象（图4e–h）。

讨论

本文结果显示，描述P. lividus幼体中原基发育的分期方案（Formery et al., 2022）同样适用于M. nudus和S. intermedius的幼体。我们发现，在发育过程中，这两种物种的幼体原基经历了与P. lividus幼体相同的发育阶段。这些结果支持了Formery等人（2022）分期方案的适用性，同时也表明，尽管存在一些微小的种间差异，但正形海胆幼体原基的发育模式非常保守。我们的组织学数据为理解海胆幼体变态过程中的形态发生事件提供了重要的基础框架。