Frontiers in Zoology, 2005; 2: 12-12 (más artículos en esta revista)

El sistema genital masculino de la bodega de arañas Pholcus phalangioides (Fuesslin, 1775) (Pholcidae, Araneae): el desarrollo de espermatozoides y la secreción seminal

BioMed Central
Peter Michalik (michalik@uni-greifswald.de) [1], Gabriele Uhl (g.uhl @ uni-bonn.de) [2]
[1] Zoologisches Institut und Museum, Ernst-Moritz-Arndt-Universität, de J. S. Bach--Straße 11/12, D-17489 Greifswald, Alemania
[2] Institut für Zoologie, Universität Bonn, Endenicher Allee 11-13, D-53115 Bonn, Alemania

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Resumen
Antecedentes

La mayoría de los artrópodos pasar por varios estados de muda (estadios) antes de alcanzar la madurez sexual. En las arañas, se sabe muy poco sobre el sistema genital masculino, su desarrollo y secreciones seminales. Por ejemplo, se desconoce si existen antes de espermatozoides-, o sólo después de la última muda. Del mismo modo, no está claro si los espermatozoides se producen en toda la edad adulta de sexo masculino o sólo una vez en la vida, como es la de si las secreciones seminales contienen factores capaces de manipular el comportamiento de las mujeres. Con el fin de arrojar luz sobre estos aspectos de la biología reproductiva de las arañas, que investigó el sistema genital masculino de la bodega araña común Pholcus phalangioides, con especial énfasis en su desarrollo y secreciones seminales.

Resultados

Testículos ya mostrar todas las etapas de la espermatogénesis en los machos subadultos (unas cuatro semanas antes de la última muda). Su vasa deferentia proximalmente poseen una muy voluminoso lumen denso que contiene líquido seminal y espermatozoides pocos, mientras que la parte distal es aparentemente desprovista de contenido. Spermatoza de p. Phalangioides son típicos cleistospermia individual con la secreción de vainas. En las etapas de sexo masculino de aproximadamente dos semanas antes de la última muda, las luces de los testículos son más amplios y llenos de una densa secreción. La amplia, de la porción proximal vasa deferentia se llena de secreción y un gran número de espermatozoides, y la parte distal estrecho contiene también la secreción. En los hombres adultos, la gran luces de los testículos están llenas de espermatozoides y las secreciones. Estos últimos son producidos por las células somáticas, que soportan microvellosidades y contienen muchas vesículas. Las luces de los vasa deferentia son estrechas y llenas de espermatozoides y las secreciones. Podríamos identificar una densa matriz de la secreción mucosubstances y que consta de por lo menos tres tipos de gotas de secreción, probablemente compuesto de sustancias proteínico.

Conclusión

Este estudio revela que la espermatogénesis comienza semanas antes de la madurez y se lleva a cabo continuamente en la larga vida de los hombres p. Phalangioides. Posibles funciones de los distintos tipos de secreción en el fluido seminal y previamente investigados secreciones femeninas se examinan a la luz de la selección sexual.

Antecedentes

¿Cuándo y por cuánto tiempo los hombres producen esperma muy probable depende del sistema de apareamiento de la especie en cuestión. Especies de larga vida en la que los hombres pueden esperar varios emparejamientos probablemente continuará produciendo espermatozoides durante toda su vida. Por otro lado, en especies con una breve ventana de tiempo de reproducción o en especies que muestran una considerable disminución de la receptividad de las mujeres después de un solo apareamiento, un varón se espera que asignar todos los recursos en la producción de esperma de un solo apareamiento. Para las arañas, los dos escenarios de evolución son concebibles: canibalismo sexual en las arañas, los machos de carga copulatory cada uno de sus órganos, la pedipalps, sólo una vez y dejar de producir espermatozoides después de la última muda, que parece ser una consecuencia de la alta incidencia de la monogamia que Se ve obligado a la de los hombres por las mujeres caníbales ataques [[1]; PM observación personal], mientras que en la mayoría de las especies de arañas, los hombres pueden esperar más de un apareamiento. En nuestra especie focal, Pholcus phalangioides, sobre todo los machos adultos son de larga vida, con la vida-se extiende de hasta un año [GU observación personal]. En este grupo de las arañas de esperma que se deben producir a lo largo de toda la vida del varón.

Durante el apareamiento, los machos no sólo la transferencia de los espermatozoides, sino también el fluido seminal [2 - 6]. El fluido seminal de Drosophila melanogaster contiene más de 80 proteínas y péptidos. Las pocas sustancias que se han identificado han marcado efectos sobre el éxito reproductivo de hombres y mujeres: el líquido seminal proteínas y péptidos pueden disminuir la receptividad femenina, el aumento de la producción de huevos, facilitar el almacenamiento de esperma, y son necesarios para la transferencia de los espermatozoides en el semen y el éxito de la competencia. Además, los agentes antimicrobianos en las secreciones garantizar que el sistema reproductor femenino es un medio hospitalario durante la transferencia y el almacenamiento de los espermatozoides. En algunas especies, incluso los productos químicos nocivos se transfieren y se incorporan en el desarrollo de los huevos para protegerlos de los depredadores y patógenos [comentarios: [4 - 7]]. Funciones similares se han registrado en otros insectos, como mariposas [8] y [9] grillos. En la mayoría de los insectos, los machos producen secreciones de las glándulas accesorias en distintos que se pueden caracterizar disecado sus productos. Sin embargo, las arañas macho no se ha informado de poseer separado glándulas accesorias que están directamente conectados con el aparato genital. La producción de secreción seminal es, pues, muy probable que se produzca en los testículos. Sin embargo, es concebible que los efectos de las secreciones seminales sobre el éxito reproductivo de los hombres y las mujeres pueden ser similares a las arañas e insectos, a pesar de su diferente origen.

La forma del genital masculino en el sistema de arañas difiere enormemente en toda araña taxa, pero que por lo general consiste de dos gruesas ramas de los testículos, en la continuación de la delgada tortuoso vasa deferentia, que fusible distalmente a la unpaired forma ejaculatorius conducto que se abre en los genitales de apertura situado en El surco epigástrico [para entelegyne araneomorph arañas: [10 - 13], pero ver [14] para Theraphosidae]. Generalmente, el sistema genital masculino en las arañas se inserta en la glándula midgut y los testículos a menudo extienden profundamente en la opisthosoma. Adicional multicelulares glándulas presentes en arañas macho son los llamados epiandrous (= epigástrico) glándulas, que parecen ofrecer una parte de los espermatozoides y la liberación de su web acinous cerca de las sustancias a través de la apertura genital especial spigots (= fusules) [15 - 17]. Para algunas familias de arañas unicelulares glándulas que se abren en el surco epigástrico través de los conductos se describen, pero se desconoce si la secreción glandular se añade a la masa de esperma [17, 18]. Inédito trabajo apoya la idea de que existe una gran diversidad de las secreciones en el tracto genital masculino de arañas, el origen y las funciones de las cuales son desconocidas [[10]; PM, GU observación personal].

En el presente estudio, describimos brevemente el sistema genital de la araña haplogyne p. Phalangioides. Estamos investigando a la organización y desarrollo del sistema genital masculino, la ultraestructura de las diferentes partes, y dar una primera caracterización de las secreciones genitales producidas en el sistema. Por último, se presentan algunas conclusiones adicionales sobre la espermatogénesis y espermatozoides que complementan investigaciones anteriores [19 - 21].

Resultados

El sistema genital masculino de P. Phalangioides consta de un par de testículos y tortuoso masiva vasa deferentia que se hagan más grueso cerca de la abertura genital de fusibles y distalmente para formar el conducto ejaculatorius (Fig. 1]. El aparato genital está situado ventralmente en la opisthosoma los testículos y ampliar en la medida de lo que el aparato de spinning (Figs. 2c, 3c, 4a]. Partes de los testículos y de los vasa deferentia se limita ventralmente por el ampullate glándulas de seda (Figs. 2c, 3c, 4a]. El sistema genital está rodeado de extensiones de la glándula midgut (Figs. 2c, 3c, 4a].

Etapas de desarrollo del sistema genital masculino
Ultraestructura de la espermatogénesis y el Sistema Genital Masculino

El espermatozoide de P. Phalangioides se caracterizan por varias características únicas, como se señala en detalle por Alberti y Weinmann [20]. Además de otros detalles, se entrega información sobre la relación entre el semen y las secreciones en el sistema genital masculino.

Primeras etapas de la espermatogénesis se caracterizan por un gran núcleo esférico rodeado por un manchette de microtúbulos, una vacuola acrosomal en su polo anterior y un axonemal base, que se desplaza en una sangría en el polo posterior del núcleo. En esta etapa inicial, la manchette de microtúbulos y la superficie nuclear posee un singular arreglo. Como se ha visto en secciones transversales, los microtúbulos no son densamente empaquetadas y de la envoltura nuclear muestra un poco de onda-como esquema (Fig. 5a]. El cuadrangular acrosomal vacuola está perfectamente conectado a la membrana celular, que es sangrado en esta región (Fig. 5a]. En el citoplasma annulate laminillas están presentes (Fig. 5a].

Durante spermiogenesis la cromatina se condensa y el núcleo firmemente alarga (Fig. 5b]. Una fina banda helicoidal de materiales nucleares cubiertos por microtúbulos rodea el núcleo durante toda su longitud (Figs. 5b, c]. El acrosomal vacuola alarga durante spermiogenesis, y por último posee una forma cilíndrica (Fig. 5d]. Una considerable cantidad de citoplasma se acumula en el extremo posterior de las espermátidas, que forman una gran gota (Figs. 5b, d].

Dentro del lumen de los testículos, sólo en espiral de espermatozoides se encuentran embebidos en una matriz de la secreción, que probablemente producido por la amplia células somáticas (Figs. 5e, f]. Las extensiones de las células somáticas rodean a los quistes de espermátidas. Apically, las células somáticas soportar largas microvellosidades y contienen muchas vesículas, indicativo de la fuerte actividad secretora (Fig. 5f]. Varias gotas de secreción son visibles entre los espermatozoides (Figs. 5e, f]. Las grandes gotas de secreción parecen ser producidos a través de la fusión de pequeñas gotas, como se indica por el anillo irregular de materiales sueltos en todo el electrón-densos centro de la gota (Fig. 5f, flechas).

Dentro de los conductos deferentes del espermatozoide se encuentran densamente empaquetadas y embebidos en una matriz homogénea secreción (Fig. 6a]. Cada solo espermatozoide está rodeado por una vaina de la secreción que forma el llamado cleistosperm (Figs. 6a, b]. La secreción de la vaina se produce dentro de los conductos deferentes, ya que está ausente en el testículo (Fig. 5e]. Dentro de la matriz de la secreción de tres diferentes tipos de secreciones están presentes (Fig. 6]. El primer tipo consiste en la secreción de pequeñas gotitas que están densamente distribuidos y se caracteriza por un brillante y un centro oscuro frontera. El segundo tipo es un gran electrón-densos con una secreción droplet forma muy irregular. Estas gotas suelen rodear parcialmente los espermatozoides (Fig. 6a]. La tercera y más raras tipo de secreción es una gota que parece menos electrón-densos. Se caracteriza por un contenido heterogéneo y de superficie irregular a la que puede adherirse o de partículas son parcialmente incrustadas (Fig. 6c]. El epitelio de los conductos deferentes es plano y tiene microvellosidades en su región apical. Una capa muscular rodea el conducto deferente (Fig. 6b].

Discusión
Organización general de sistema genital masculino

El sistema genital masculino de P. Phalangioides se caracteriza por gruesos tubos semejantes a los testículos y delgada tortuoso vasa deferentia que fusible distalmente para formar el conducto ejaculatorius. Esta organización se informa de muchas especies de diferentes familias, por ejemplo, Cybaeidae, Theridiidae y Agelenidae, y parece ser la condición general en araneomorph arañas (ver antecedentes). Sin embargo, theraphosid arañas no muestran ninguna separación clara entre los testículos y conductos deferentes [[14]; PM observación personal], y, en theraphosid así como mesothelid arañas de los testículos en sí son tortuoso [[14, 22]; PM observación personal]. En algunas especies, por ejemplo, la cybaeid Argyroneta aquatica, los testículos son curvas, pero distinta de la vasa deferentia [11]. Petrunkevitch [23] sugiere que la organización general del sistema genital masculino no es útil para filogenético examen, pero los pocos datos disponibles indican un potencial de interpretación sistemática. Por ejemplo, en todas las arañas theridiid estudiado hasta ahora, la vasa deferentia plomo en un redondo vesicula seminalis (= conducto ejaculatorius?), El sitio de almacenamiento de los espermatozoides maduros, que está conectada a través de un conducto unpaired con la apertura genital [[13] ; PM observación personal]. Teniendo en cuenta la información disponible hasta la fecha, es por lo menos engañoso que tome las theraphosid tipo de sistema genital masculino como representante de las arañas [24, 25].

Desarrollo del Sistema Genital Masculino

En p. Phalangioides, spermiogenesis comienza varias semanas antes de la última muda, y sigue en los adultos. En los machos subadultos aproximadamente cuatro semanas antes de la última muda, las luces de los testículos son muy finos y sólo una pequeña cantidad de secreción de la matriz densa es observable. El aumento de la actividad secretora en las dos últimas semanas de la etapa subadultos. En los adultos, las luces son amplios y llenos de espermatozoides maduros y la secreción. Las dos funciones diferentes de los testículos - la producción de células de esperma y de los diferentes tipos de secreción (véase más adelante), son evidentes. Varios autores sugieren que estas secreciones son productos de degenerado espermátidas y la gota citoplasmática descartado al final de spermiogenesis [20, 26, 27]. Sin embargo, retículo endoplasmático rugoso, los órganos de Golgi y vesículas en las células somáticas demostrar que el epitelio de la misma produce secreciones como fue sugerido por Alberti et al. [28].

En los subadultos etapas, la vasa deferentia poseen un muy amplio en el que la luz espermatozoides maduros y la secreción de los testículos se acumulan continuamente. El grueso epitelio de la vasa deferentia también muestra actividad secretora. Puede ser responsable de la formación de la vaina que rodea la secreción de cada espermatozoide, como el sugerido en otras especies de araña [20, 28 - 32]. En los adultos, varios tipos de secreción están presentes en la vasa deferentia, mientras que en etapas jóvenes subadultos sólo una densa secreción de la matriz está presente. Por lo tanto, es evidente que los aumentos en la actividad secretora subadultos al aproximarse a la última muda. Además, en el hombre adulto arañas epitelio de la vasa deferentia es muy delgado y de la actividad secretora es baja, como se dijo para el cybaeid Argyroneta aquatica [11].

En los machos adultos de P. Phalangioides cleistospermia secreciones y se transfieran al órgano palpal copulatory poco después de la última muda. Absorción por el esperma masculino puede ocurrir varias veces después de cada apareamiento y puede requerir una producción continua de células de esperma. De hecho, P. Phalangioides hombres mate en diversas ocasiones [33] y llenar sus tiendas pedipalp esperma después de cada apareamiento [GU observación inédito]. Para hacerlo con éxito, bodega hombres araña comenzar la producción de esperma en la fase de subadultos y continuar la producción en toda la edad adulta, como lo demuestra nuestro estudio. En contraste, los estudios sobre los hombres araña de corta duración y con una única oportunidad de apareamiento mostró que los hombres no rellenar su esperma tiendas y, probablemente, dejará de producir espermatozoides después de la última muda [1], en lugar de utilizar sus recursos mate rigurosa selección [Pauly A, Uhl G, Schneider JM datos no publicados].

Secretoras Productos

Tres diferentes tipos de gotas de secreción puede ser identificado en la densa secreción de las matrices de los testículos y de los vasa deferentia p. Phalangioides. Según Romeis [36], el método de tinción Goldner resulta en una coloración verde de ácidos mucosubstances y en la coloración roja de sustancias proteínico. No puede excluirse que la aparentemente diferentes tipos de secreción representan distintas etapas de una sola vía secretora. Sin embargo, dado que se han hallado diferentes dentro de las gotitas de la secreción de órgano palpal, llegamos a la conclusión de que las diferentes vías secretora resultado en una variedad de secreciones potencialmente con diferentes funciones. Morfológicamente, las secreciones son claramente diferentes de las que se encuentran en otras dos especies de arañas, una araña mesothelid [30] y relacionados con la pholcid araña Holocnemus pluchei [34]. La evidente diferencia en la seminal secretora productos en especie vecina sugiere que hay una rápida divergencia de fluido seminal sustancias que se originan en el proceso de selección sexual. Se ha supuesto que la rápida evolución de las proteínas reproductiva es un motor en el proceso de especiación [35].

En las arañas, los espermatozoides y las secreciones seminales no son transferidos directamente en el tracto genital femenino, pero abordarse en el órgano palpal antes de apareamiento. Dentro de la pedipalps, epitelio glandular adyacente a los lugares de almacenamiento de esperma parece ser generalizada y se producen también en P. Phalangioides araña y otras especies [[37, 38]; Rose W, datos no publicados]. Se ha supuesto que sus productos sirven para liberar el esperma en el tracto genital femenino durante la cópula o para servir de protección para la matriz de almacenamiento de esperma en el varón palp [por ejemplo, [37, 39, 40]]. Durante el apareamiento, los espermatozoides se trasladan a los lugares de almacenamiento dentro de la hembra, junto con los procedentes de las secreciones del tracto genital y ambos pedipalp. Por último, en el interior de la bodega araña hembra, el esperma masculino y secreciones encuentro secreción que se produce por la hembra. La única investigación no morfológicos existentes a la fecha de las sustancias identificadas proteínico y glicoproteínicas y lipoproteínas de componentes en el sitio de almacenamiento de esperma virgen femenino p. Phalangioides mediante electroforesis en gel de métodos [41].

Por arañas, la nutrición y la función protectora (desecación y patógenos) ha sido atribuido principalmente a hombre o mujer secreciones de las células de esperma ya que a menudo se almacenan durante largos períodos de tiempo [por ejemplo, [41 - 45]], pero también puede servir secreciones Como lubricantes y promover la captación física o liberación de los espermatozoides en el interior de la masculina palp (véase más arriba). Mujeres secretora productos han sido sugeridos para el control de la activación de esperma [18, 46 - 48]. Sin embargo, masculino secreciones también pueden desempeñar un papel importante en este proceso.

Espermatozoides y Espermatogénesis

Se ha conocido ya que el estudio de Alberti y Weinmann [20] que p. Phalangioides posee muy aberrante espermatozoides con varios personajes (por ejemplo, una alargada centriole proximal y una central nuclear que contiene el canal acrosomal de filamentos), pero la más notable es el carácter de banda de material nuclear espiral que rodea el núcleo. Como se muestra en el presente estudio, los primeros signos de esta peculiar transformación de la banda helicoidal están presentes en etapas muy tempranas spermatid: microtúbulos están poco dispuestas alrededor del núcleo como resultado de una ola-como esquema de la envoltura nuclear. Las implicaciones de la banda aún se desconocen. Puede influir en la movilidad de los espermatozoides o de jugar un papel durante la fertilización. El valor filogenético de la peculiar espermatozoides de p. Phalangioides sigue siendo incierto y, como la ultraestructura de espermatozoides sólo uno más pholcid araña, H. Pluchei, es conocido [34, 49]. Los espermatozoides de estas dos especies difieren notablemente sin embargo hacer de acuerdo con las ideas actuales sobre las relaciones dentro de la sistemática Pholcidae [50]. Por otra parte, una banda helicoidal de material nuclear también está presente en Spermophora senoculata [PM observación personal], una especie estrechamente relacionada con P. Phalangioides [50]. Por lo tanto, parece que las características de esperma puede ser aplicado con éxito en éxito consideraciones filogenéticas.

Conclusión

Nuestro estudio demuestra que la producción de esperma en los hombres de una larga vida de especies de araña comienza semanas antes de la última muda, y sigue en toda la edad adulta. En el tracto genital masculino, hay por lo menos tres tipos diferentes de la secreción de gotitas proteínico aparte de una matriz de base que contiene la secreción ácida mucosubstances. Las secreciones pueden servir diferentes funciones similares a las que se encuentran en los insectos, como los estimulantes o manipuladores de oviposición de las mujeres receptividad, la claridad y orden de futura investigación. Por otra parte, desde glándulas secretoras de las mujeres que se sabe que la descarga de sus productos en los lugares de almacenamiento de esperma, su efecto sobre el almacenamiento de esperma, de activación de los espermatozoides y la competencia también debe ser investigado. Además, tanto hombres como mujeres, pueden interactuar en las secreciones aún maneras inesperadas. Si los hombres han evolucionado de manipulación de sustancias que están en contra de intereses de las mujeres, o si ofrecen una plataforma para la elección femenina críptica, esperamos una divergencia similar en las secreciones femeninas y en sus interacciones con sustancias derivadas masculino.

Métodos
Microscopía de Luz (LM)

Los machos de P. Phalangioides fueron recolectados en casas y bodegas en la ciudad de Freiburg i.Br., Alemania en una primera etapa juvenil y criados en el laboratorio en envases individuales con una dieta de fruitflies. Durante los últimos intermolt intervalo, los hombres se clasificaron en dos etapas de desarrollo de acuerdo a la morfología externa de su desarrollo palpal órganos. Subadultos varones jóvenes (fase 1, N = 5) se fijaron aproximadamente cuatro semanas antes de la última muda y subadultos los hombres de más edad (etapa 2, N = 5) se fija alrededor de dos semanas antes de la última muda. Los machos adultos (N = 5) fueron examinados uno a dos días después de su última muda.

Hombre muestras fueron fijadas en Bouin solución conforme a Gregorio [51], deshidratados clasificado en una serie de etanol o isopropanol y embebidos en Paraplast. Secciones (7 μ m) se hicieron con un micrótomo Reichert 1150 automático, teñidas según Goldner [52], y montadas con Eukitt medio. El examen se realizó con una Olympus BX 60 y fotos fueron tomadas con una Olympus DP 10.

Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM)

Elder especímenes machos (N = 2) fueron disecados en 0,1 M de fosfato buffer complementado con el 1,8% de sacarosa. El sistema genital aislados se fijó en glutaraldehido al 2,5% en el mismo buffer postfixation seguido de búfer en el 2% de tetróxido de osmio. Después del lavado, el tejido se deshidrataron en piezas clasificado ethanols y embebido en resina Spurr's [53]. Ultrathin secciones (50 nm) se hicieron con una Leica ultramicrótomo y teñidas con acetato de uranilo y citrato de plomo [54]. El examen se realizó con un Zeiss EM 10A microscopio electrónico.

Microscopía Electrónica de Barrido (SEM)

El sistema genital aisladas de pacientes de sexo masculino (N = 3) se dividió abrirá en una gota de buffer fosfato (véase más arriba) con agujas de vidrio coverslips cubiertos con 1% de poli-L-lysin. Después de 10 minutos de sedimentación el material de la adhesión se fijó en glutaraldehido al 2,5% de amortiguación por 1 h a 4 ° C. Las muestras fueron lavadas en buffer y después de la fijada en el búfer de tetróxido de osmio 1%, deshidratados en etanol, secos en un CPD 030 Balzers punto crítico de pelo, recubiertos con oro en un Balzers MED 010 pulverización dispositivo y examinó Philips XL20 en un microscopio electrónico de barrido .

Contribuciones de los autores

PM ultraestructurales realizados los estudios y preparó el manuscrito. GU realizó el estudio histológico y ayudó a preparar el manuscrito. Ambos autores leído y aprobado el manuscrito final.

Agradecimientos

Estamos en deuda con Gerd Alberti y Michael Schmitt útil para los comentarios sobre el manuscrito. Para la ayuda con la SEM, los autores agradecen a David Mercati, Fabiola Giusti y Eugenio Paccagnini desde el laboratorio de Dallai Romano (Universidad de Siena, Italia). PM reconoce una subvención de la Fundación del Mérito Nacional de Alemania y una de las VIGONI-programa (Servicio Alemán de Intercambio Académico, DAAD). Además, el apoyo financiero del Consejo Alemán de Investigaciones (DFG, Al 138/11-1) es muy apreciado. El histológicos se realizaron investigaciones por GU durante sus estudios de doctorado en la Universidad de Friburgo, con el apoyo de la Fundación del Mérito Nacional de Alemania. GU gracias Peter Weygoldt, Claudia Gack y Gerhard von der Emde de apoyo.