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Dynamics of sexual reproduction and embryonic incubation in marine bryozoans
Uliana Nekliudova
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (DissG: Biologie)
Betreuer*in
Andrey Ostrovsky
DOI
10.25365/thesis.65896
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-24024.59830.953172-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die sexuelle Fortpflanzung ist eines der vielschichtigsten und evolutionär bestimmendsten Merkmale in der Biologie. Ein zentraler Aspekt der Reproduktion ist die elterliche Fürsorge, die auf verschiedene Weise durchgeführt wird, wobei die extraembryonale Ernährung (Matrotrophie) eine der effektivsten ist. Die Matrotrophie ist sowohl bei Chordaten als auch bei Wirbellosen weit verbreitet, jedoch im Hinblick auf ihre große strukturelle und funktionelle Vielfalt eher schlecht untersucht.
Das Phylum Bryozoa umfasst eine Gruppe von benthischen kolonialen Lophophoraten, die eine große Vielfalt an Fortpflanzungsmustern und Arten der elterlichen Fürsorge aufweisen. Es ist überdies bemerkenswert, dass sich in allen drei Klassen die komplexeste Form der Matrotrophie - die Plazentation - unabhängig voneinander entwickelt hat.
Mein Forschungsprojekt konzentrierte sich auf die Arten aus zwei marinen Bryozoengruppen: Cheilostomata und Cyclostomata, um ein vollständigeres Bild ihrer sexuellen Fortpflanzung zu erhalten. Meine Studie kombiniert die ultrastrukturellen, morphologischen und ökologischen Aspekte der Reproduktion, einschließlich Studien zu Lebenszyklen, Gametenproduktion, elterlicher Fürsorge und Embryonalentwicklung, mit einem besonderen Schwerpunkt auf der Embryonalinkubation.
Zwei untersuchte Cheilostomata-Arten, die im selben Lebensraum beheimatet sind, zeigten Unterschiede in ihren Lebenszyklen, von denen einige durch Abweichungen in der Art ihrer elterlichen Fürsorge erklärt werden können. Die Plazenta-Art Celleporella hyalina kombiniert embryonales Wachstum und Entwicklung und weist so einen kürzeren Lebenszyklus mit einer höheren Anzahl von Generationen pro Jahr und einer etwas kürzeren Lebensdauer, einer frühen Reifung und wahrscheinlich einem schnelleren Fortpflanzungszyklus im Vergleich zu nicht matrotrophen Cribrilina annulata auf, bei deren Nachkommen die Perioden des Wachstums und der Entwicklung aufeinanderfolgend auftreten. .
Der Embryophor vom Cheilostome C. hyalina und das Nährgewebe von zwei Crisiid Cyclostom-Bryozoen wurden eingehend untersucht, wobei eine Reihe großer Wissenslücken geschlossen und eine Vergleichsbasis geschaffen werden konnte. Die Plazentaanaloga in zwei Bryozoenlinien mit grundlegenden Unterschieden hinsichtlich Herkunft und Struktur zeigten jedoch beide eine hohe Synthese- und Transportaktivität. Im Allgemeinen entwickelten sich Plazentaanaloga in entfernt verwandten Wirbellosen Taxa aus verschiedenen Geweben und zeigen Unterschiede bezüglich Position und Struktur. Trotzdem weist ihre Ultrastruktur Ähnlichkeiten auf, die auf gemeinsame Mechanismen der embryonalen Ernährung hinweisen und somit eine funktionelle Konvergenz zeigen.
Neue Daten zur molekularen Phylogenie zusammen mit unseren morphologischen Ergebnissen könnten auf ein mögliches evolutionäres Szenario des Cyclostom-Reproduktionsmodus hinweisen. Als erster Schritt wird eine Verschiebung von der oligo- zur makrolecithalen Oogenese angenommen; darüber hinaus lösten Viviparität und Furchung innerhalb des Ovars die Entwicklung einer Plazenta aus, die das Auftreten von Polyembryonie ermöglichte. Plazentation und Polyembryonie scheinen ein gemeinsames Merkmal aller Cyclostome zu sein, wobei eine erhebliche Plazentation die Entwicklung von Gonozooiden fördert und in den meisten Linien zur oligolecithalen Oogenese übergeht.
Insgesamt tragen die während des Projekts erhaltenen Daten zur Mikroanatomie und Funktionsweise der einfachen plazenta-ähnlichen Systeme bei Wirbellosen wesentlich zu einem allgemeinen Modell der Entwicklung der Plazentation und der Fortpflanzungsmodi von Tieren bei.
Abstract
(Englisch)
Sexual reproduction is one of the most diverse and evolutionary influential life-history traits. Key aspect of reproduction is parental care that is implemented in a variety of ways, among which extraembryonic nutrition (matrotrophy) is one of the most effective. Matrotrophy is widely spread among both chordates and invertebrates but rather poorly studied in respect of its high structural and functional diversity.
Phylum Bryozoa is a group of benthic colonial lophophorates exhibiting high diversity of reproductive patterns and modes of parental care. The phylum is also remarkable in possessing matrotrophy that evolved independently in all three classes in its most complex form – placentation.
My research project was focused on the species from two marine bryozoan clades: Cheilostomata and Cyclostomata, in attempt to make an integrated picture of their sexual reproduction. My study combines the ultrastructural, morphological and ecological aspects of the reproduction including studies on the life cycles, gametic production, parental care and embryonic development with a special focus on embryonic incubation.
Two studied cheilostome species living in the same habitat displayed differences in their life cycles some of which may be explained by differences in their mode of parental care. Placental species, Celleporella hyalina, combines embryonic growth and development, thus exhibiting shorter life cycle with higher number of generations per year and somewhat shorter lifespan, early maturation and probably, faster reproductive cycle in comparison to non-matrotrophic Cribrilina annulata which progeny has a consecutive periods of growth and development.
The embryophore of cheilostome C. hyalina and nutritive tissue of two crisiid cyclostome bryozoans were studied in detail filing a number of large gaps in our knowledge and providing basis for comparison. The placental analogues in two bryozoan lineages possessing fundamental dissimilarities in origin and structure, both showed high synthetic and transport activity, however. Generally, placental analogues in distant invertebrate taxa evolved from different tissues and display various position and structure. Nevertheless, their ultrastructure shows similarities indicating common cytological mechanisms of embryos nutrition thus demonstrating functional convergence.
New data on molecular phylogeny together with our morphological results could suggest possible evolutionary scenario of the cyclostome reproductive mode. It assumes shift from oligo- to macrolecithal oogenesis as initial step; further, intraovarian cleavage and viviparity triggered development of placenta that allowed occurrence of polyembryony. Placentation and polyembryony seem to be a common trait to all cyclostomes with substantial placentation promoting development of gonozooids and shift to the oligolecithal oogenesis in most lineages.
Altogether, the data obtained during the project on the microanatomy and functioning of the simple invertebrate placenta-like systems contribute significantly to a general model of the evolution of placentation and animal reproductive modes.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Bryozoa resource allocation sexual reproduction oogenesis matrotrophy placental analogues
Schlagwörter
(Deutsch)
Bryozoen Ressourcenallokation sexuelle Reproduktion Oogenese Matrotrophie Plazentaanaloga
Autor*innen
Uliana Nekliudova
Haupttitel (Englisch)
Dynamics of sexual reproduction and embryonic incubation in marine bryozoans
Paralleltitel (Deutsch)
Dynamik der sexuellen Fortpflanzung und embryonalen Inkubation bei marinen Bryozoen
Publikationsjahr
2021
Umfangsangabe
129 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Claus Nielsen ,
Elena Temereva
Klassifikation
42 Biologie > 42.79 Invertebrata: Sonstiges
AC Nummer
AC16234141
Utheses ID
58367
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 437 |