Schelete de aripioare adulte

În primul rând, am examinat modelul scheletic pectoral al peștilor adulți. Brâul pectoral conectează aripioarele pectorale la scheletul axial. Se compune din post-temporal (post. t.), supracleithrum (sup. cl.), cleithrum (cl) și coracoid (co) (Fig. 1c). Brâul suportă patru radiale proximale (pr1-pr4) (Fig. 1c). Paisprezece radiale distale sunt situate distal față de radialele proximale (Fig. 1D) și 14 raze exoscheletale sunt aliniate la partea distală a aripioarei pectorale (pec. fr. 1-14) (Fig. 1c).

cleithrum, elementul principal al brâului pectoral, este un os alungit dorsoventral situat la baza aripioarei pectorale (Fig. 1c). Cleithrum devine mai larg în mijloc, moment în care este denumit placa cleithrum (clp în Fig. 1c), ca în Ps. barbarus, Pn. schlosseri și Ps. argentilineatus . Marginea ventrală a fiecăruia dintre cleithra bilaterală este situată în spatele branhiei, iar suprafețele lor sunt opuse la linia mediană (Fig. 1e). Partea ventrală a cleithrumului adiacent coracoidului se conectează la osul pelvian (pvb în Fig. 1C, e) și cupolele pelvine (pvd) la marginea fiecărui os pelvian fuzionează la linia mediană (Fig. 1e). Partea dorsală a cleithrumului se conectează la regiunea occipitală prin post-temporal și supracleithrum (Fig. 1f). Coracoidul este situat ventral pe placa cleithrum (Fig. 1c) și se articulează parțial cu cel de-al patrulea radial proximal (vârfuri de săgeată în Fig. 1g) , ca în Ps. barbarus .

fiecare radial proximal se suprapune parțial și arată ca o singură placă mare (pr1–pr4 în Fig. 1c), dar spațiile mici sunt recunoscute între a doua și a treia, precum și între a treia și a patra, radiale proximale (vârfuri de săgeată în Fig. 1c). Primul radial proximal (pr1) este un os lung și subțire. Al patrulea radial proximal (pr4) este cel mai scurt element dintre cele patru radiale proximale (Fig. 1c), așa cum este raportat în Ps. barbarus . Primele până la a opta raze de fin sunt raze moi segmentate, în timp ce a noua până la a paisprezecea raze de fin sunt raze osoase bifurcate (Fig. 1c).

dezvoltarea aripioarelor pectorale și a altor caracteristici de dezvoltare

pentru a explora când și cum aripioarele pectorale ale mudskipper Ps. modestus devin alungite și ies din peretele corpului, am observat procesul de dezvoltare a aripioarelor pectorale. Deși Ps. dezvoltarea modestus a fost descrisă pentru embrioni și larve obținute prin fertilizare artificială , sunt necesare descrieri mai detaliate pentru înțelegerea exactă a procesului de dezvoltare. Prin urmare, am observat, de asemenea, caracteristicile de dezvoltare ale embrionilor la sosirea în laborator, care se aflau în stadiul veziculei otice (fișier suplimentar 1: Figura s1a-C), o etapă echivalentă cu etapa post – fertilizare 39-46-h (hpf) descrisă în figura 1l în Kobayashi și colab. (1972). Etapele de dezvoltare și timpul scurs ale fiecărei etape sunt rezumate în fișierul suplimentar 2: Tabelul S1.

etapele embrionare (Fig. 2; Fig. 3)

stadiul veziculei otice (fișier suplimentar 1: Figura S1A-C; „39-46 stadiul hpf, figura 1l în Kobayashi și colab., 1972”)

în această etapă, coada embrionului se separă de gălbenuș (fișier suplimentar 1: Figura s1a). Placodele otice se golesc și formează veziculele otice (ov), iar primordia optică cu placodele lentilelor (lp) sunt de asemenea observate (fișier suplimentar 1: Figura S1B). Există celule mezenchimale (mc) la capătul distal al cozii (fișier suplimentar 1: Figura S1C). Inima (h) este vizibilă (fișier suplimentar 1: Figura S1B), dar nu bate.

stadiul veziculei cerebrale (fișier suplimentar 1: Figura S1D-F)

inima începe să bată în acest stadiu (fișier suplimentar 1: Figura S1D). Coada se alungește (fișier suplimentar 1: Figura S1D). Veziculele cerebrale, cum ar fi telencefalul (t) și diencefalul (d) din creierul anterior, creierul Mediu (m) și rombomerii (r) din creierul posterior, sunt vizibile (fișier suplimentar 1: Figura S1E). Xantoforii apar în cap și în partea caudală a trunchiului (vârfuri de săgeată deschise în fișierul suplimentar 1: Figura S1E, F). Două otolite (ot) sunt recunoscute în cadrul fiecărei vezicule otice (fișier suplimentar 1: Figura S1E’). Melanoforii apar lateral pe trunchi și coadă (vârfuri de săgeată în fișierul suplimentar 1: Figura S1F). Anusul se formează la capătul posterior al intestinului (săgeata neagră în fișierul suplimentar 1: Figura S1F).

etapa camerei inimii (fișier suplimentar 1: Figura S1G-I)

tubul inimii este împărțit în atrium (at) și ventricul (vt) (fișier suplimentar 1: Figura S1H). Celulele mezenchimale de la capătul distal al cozii au dispărut în această etapă (fișier suplimentar 1: Figura S1I). Xantoforii se răspândesc în cap și de-a lungul marginilor ventrale și dorsale ale trunchiului (fișier suplimentar 1: Figura S1G’).

etapa de circulație (fișier suplimentar 1: Figura S1J-K)

celulele sanguine sunt detectate pentru prima dată în această etapă (vârfuri de săgeată negre în fișierul suplimentar 1: Figura S1K). Sângele din inimă circulă în tot corpul și este colectat prin vena cardinală comună (ccv în fișierul suplimentar 1: Figura S1K).

etapa pigmentării ochilor (Fig. 3A; fișier suplimentar 1: Figura S1L-M)

în acest stadiu, melanoforii sunt vizibili numai la marginea posterioară a veziculelor optice (vârfuri de săgeată în fișierul suplimentar 1: Figura S1M). Unii xantofori sunt văzuți și în veziculele optice (vârfuri de săgeată deschise în fișierul suplimentar 1: Figura S1M). Secțiunile transversale ale unui embrion la nivelul prezumtiv al mugurilor de aripioare arată îngroșarea somatopleurii, care constă din două sau trei straturi de celule mezenchimale (Fig. 3a). Ectodermul suprapus formează îngroșarea ectodermică apicală cu un singur strat celular (Fig. 3a).

nivel scăzut de pec (Fig. 2a, b)

în acest stadiu, aripioarele pectorale se înmuguresc pe suprafața gălbenușului (Fig. 2a), iar îngroșarea ectodermică apicală este prezentă la vârful mugurei pectorale (Fig. 2b). Melanoforii sunt acum văzuți atât la marginile anterioare, cât și la cele posterioare ale veziculelor optice (vârfurile săgeților din Fig. 2a).

mijloc-etapa pec (Fig. 2C-D; Fig. 3B; fișier suplimentar 1: Figura S1N-O)

înălțimea mugurei pectorale este de aproximativ jumătate din lungimea lățimii sale (Fig. 2c, d). Pigmentarea este vizibilă în întregul ochi (fișier suplimentar 1: Figura S1N). Vezica înotătoare (SB) începe să fie umflată (fișier suplimentar 1: Figura S1O). O secțiune transversală a mugurei pectorale arată transformarea îngroșării ectodermice apicale în cele două celule stratificate ale pliului fin apical (Fig. 3b). O condensare condrogenică devine vizibilă în centrul mugurelui fin (Fig. 3b).

etapa Pec înaltă (Fig. 2e-f; fișier suplimentar 1: Figura S1P, Q)

în acest stadiu, mugurele pectoral se curbează posterior și se îngustează (Fig. 2e, f). Îngroșarea ectodermică apicală se transformă în pliul fin apical (af în Fig. 2f). Pigmentarea ochiului este foarte densă (Fig. 2e). Rotația tubului inimii este vizibilă (fișier suplimentar 1: Figura S1Q).

stadiul Pec lung (Fig. 2G, h; Fig. 3c, d)

în această etapă, mugurele pectoral se alungește paralel cu axa corpului (Fig. 2g, h), sugerând că rotația sa este finalizată. În secțiunea transversală a mugurei pectorale (Fig. 3c), pliul fin apical se alungește, iar celulele condrogenice (cc) se aliniază de-a lungul axei proximal-distal și împart mușchii pectorali în mase musculare dorsale și ventrale (dmm și, respectiv, vmm) în interiorul mugurilor pectorali (Fig. 3d).

etapa de pliere a aripioarelor medii (Fig. 2i)

mugurul înotătoarei pectorale și pliul aripioarei apicale se alungesc în continuare în această etapă. Lungimea pliului fin apical reprezintă acum două cincimi din lungimea totală a mugurei (Fig. 2i).

etapa lungă de pliere a aripioarelor (Fig. 2j; Fig. 3e, f; fișier suplimentar 1: Figura S1R-T)

lungimea pliului fin apical reprezintă acum trei cincimi din lungimea totală a mugurei (Fig. 2j). Gura se deschide (fișier suplimentar 1: Figura S1S), iar veziculele otice își dezvoltă forma caracteristică a inimii inversate (fișier suplimentar 1: Figura S1S, s’). Atât pliul fin median dorsal, cât și pliul fin median ventral încep să se îngusteze în regiunea caudală (săgeți în fișierul suplimentar 1: Figura S1T). Într-o secțiune transversală a mugurei pectorale, se observă că celulele condrogenice cuboidale se aliniază pentru a forma un disc endoscheletal stratificat cu o singură celulă în centrul mugurei pectorale (Fig. 3e, f).

etapa de eclozare (fișier suplimentar 1: Figura S1U-V)

maxilarul superior (uj) iese acum la același nivel cu maxilarul inferior (fișier suplimentar 1: Figura s1v).

stadiile larvare planctonice (Fig. 4; Fig. 5; Fig. 6)

3,0–4,3 mm TL (Fig. 4a; Fig. 5A-c; fișier suplimentar 3: figura S2A)

dimensiunea larvelor induse artificial la eclozare a variat de la 3,0 la 4,3 mm TL (fișier suplimentar 3: Figura S2A). Larva în acest stadiu are un cap rotund, o pliu mediană continuă și un sac de gălbenuș (fișier suplimentar 3: figura S2A). Discul endoscheletal (ed) și pliul fin apical (af) sunt situate în regiunile proximale și distale ale mugurelui fin pectoral (Fig. 4a). O zonă subțire de descompunere a matricei (mdz) este văzută în centrul discului endoscheletal al aripioarei pectorale (Fig. 5a). În partea proximală a discului endoscheletal, celulele sunt mai rotunjite și se observă un număr mic de celule divizate (Fig. 5b). În partea distală a discului endoscheletal, celulele cilindrice sunt aliniate de-a lungul axei proximal-distal (Fig. 5c). Proximal față de discul endoscheletal, există primordia brâului condrifiat, constând din cleithrum (cl), scapulocoracoid (sco), procesul postcoracoid (pop) și procesul precoracoid (prp) (Fig. 5a). Elementele scheletice ale brâului se formează în interiorul peretelui corpului. Cleithrum se dezvoltă ca un element subțire (Fig. 5a). Scapulocoracoidul este văzut între cleithrum și discul endoscheletal (Fig. 5a). Procesul precoracoid crește anterior, iar procesul postcoracoid crește posterior (Fig. 5a).

5,6 mm TL (Fig. 4B; fișier suplimentar 3: Figura S2B)

maxilarul inferior iese dincolo de maxilarul superior (fișier suplimentar 3: figura S2B). Gălbenușul este complet absorbit (fișier suplimentar 3: figura S2B). Mugurul fin pectoral se prelungește în continuare (Fig. 4b). Nu există modificări dramatice în forma discului endoscheletal (Fig. 4b). Pliul fin apical intră în contact cu capătul proximal al discului endoscheletal și este situat aproape de peretele corpului (săgeata din Fig. 4b).

6,2 mm TL (Fig. 5D-e; fișier suplimentar 3: figura S2C, D)

vârful caudal al notocordului începe să se curbeze dorsal (săgeata din fișierul suplimentar 3: figura S2D). Există raze fin la partea ventrală a pliului fin caudal (vârfuri de săgeată în fișierul suplimentar 3: figura S2D). Osificarea cleithrumului este observată în spatele branhiei (Fig. 5d, e). Nu se observă modificări morfologice proeminente în elementele scheletice ale brâului, cu excepția osificării cleithrum.

7,9 mm TL (Fig. 4c; Fig. 5F; fișier suplimentar 3: figura S2E-F)

mugurii pelvieni (pel) sunt recunoscuți mai întâi ca bulgări mici și nu se observă îngroșarea ectodermică apicală (fișier suplimentar 3: figura S2F). Inițierea formării mugurilor pelvieni este una dintre modificările morfologice care apar în timpul tranziției larva-juvenilă (metamorfoză) la peștii teleost . Aripioarele mediane formează a doua aripă dorsală (df2) și aripioarele anale (af) (fișier suplimentar 3: figura S2E). Regiunea caudală a aripioarei mediane în formă rotundă se transformă în aripioarele caudale în formă de paletă (cf în fișierul suplimentar 3: figura S2E). Primordiul osului hipural, care susține elemente ale razelor aripioarelor caudale, este observat ca vertebre curbate dorsal la marginea caudală (săgeată în fișierul suplimentar 3: figura S2E). Capătul proximal al pliului fin apical al aripioarei pectorale începe să se îndepărteze de peretele corpului (săgeata din Fig. 4c). Partea proximală a discului endoscheletal al aripioarei pectorale se alungește și devine în formă de evantai (Fig. 4c; Fig. 5f). În regiunea proximală a discului endoscheletal, există celule cuboidale cu septuri matrice subțiri (vârfuri de săgeată în Fig. 5g), indicativ al diviziunilor celulare . Există celule cilindrice în partea distală a discului endoscheletal și nu se observă septuri matriciale evidente în nicio celulă observată (Fig. 5h). Cleithrum este osificat în continuare (Fig. 5i). Unghiul dintre procesul precoracoid și procesul postcoracoid este mai mic decât cel de la 6,2 mm TL (comparați Fig. 5e, i), ceea ce duce la proeminența scapulocoracoidului din peretele corpului (Fig. 5i). Procesul postcoracoid este în continuare alungit posterior (Fig. 5i).

9,5 mm TL (Fig. 4d)

Regiunea proximală a discului endoscheletal al aripioarei pectorale este în continuare alungită (Fig. 4d). Aripioarele pectorale în formă de evantai sunt complet separate de peretele corpului (Fig. 4d).

11,0 mm TL (Fig. 4E; fișier suplimentar 3: Figura S2G-H)

mugurii pelvieni devin mai distincți (fișier suplimentar 3: figura S2H). Melanoforii se găsesc pe părțile dorsale și ventrale ale capătului caudal al trunchiului corpului (vârfuri de săgeată în fișierul suplimentar 3: figura S2G). Există două raze de aripioare în pliul fin apical al aripioarelor pectorale (vârfurile săgeților din Fig. 4e).

13,6 mm TL (Fig. 5J-m)

scapulocoracoidul iese din suprafața peretelui corpului și formează partea proximală a aripioarelor pectorale. Chondrogeneza este inițiată în primordiul scheletului fin pelvian (Fig. 5j). Există celule condrogenice cuboidale pe tot discul endoscheletal al aripioarelor pectorale (Fig. 5l, m). Unele celule cuboidale au septuri matrice subțiri (vârfuri de săgeată în Fig. 5l, m), sugerând că se împart. În regiunea proximală a discului endoscheletal, diviziunile celulare sunt orientate aleatoriu (Fig. 5l), în timp ce acestea apar de-a lungul axei proximal-distal în regiunea distală (Fig. 5m).

14,5 mm TL (Fig. 4f; Fig. 6A-c; fișier suplimentar 3: figura S2I-J)

prima aripă dorsală este vizibilă în acest stadiu (fișier suplimentar 3: figura S2J). Există 14 raze de aripioare în pliul fin al aripioarei pectorale în formă de evantai (vârfurile săgeților din Fig. 4f). Aceste caracteristici sunt similare cu cele găsite în larve imediat înainte de trecerea lor de la un habitat pelagic la cel bentonic (larva târzie post în Fig. 4F în Kobayashi și colab., 1972). Secțiunile frontale ale aripioarei pectorale arată că scapulocoracoidul (sco) iese și devine partea proximală a aripioarei (Fig. 6a). Regiunea proximală a discului endoscheletal este de două celule late de-a lungul axei dorso-ventrale (Fig. 6b), în timp ce este o singură celulă largă în regiunea de mijloc (Fig. 6c).

stadii juvenile bentonice (Fig. 4; Fig. 6)

18,6 mm TL (Fig. 4G; Fig. 6D-e; fișier suplimentar 3: Figura S2K-L)

aripioarele pelvine sunt vizibile dintr-o vedere laterală, iar razele fin sunt văzute în regiunea de pliere a aripioarelor pelvine (fișier suplimentar 3: figura S2L). Ochii încep să se miște dorsal (fișier suplimentar 3: figura S2K). Mai multe melanofore sunt văzute în regiunea capului (vârfuri de săgeată în fișierul suplimentar 3: figura S2K). Aripioarele pectorale se schimbă din forma ventilatorului în forma paletei (Fig. 4G; fișier suplimentar 3: figura S2L). Discul endoscheletal începe să fie osificat și devine radialele proximale (pr). Osificarea se observă, de asemenea, în razele fin (fr) ale aripioarei pectorale și în post-temporal (post. t.) (Fig. 6d). Cea mai mare parte a cleithrum este osificată, deși placa cleithrum (clp în Fig. 1d), o caracteristică a peștilor adulți, nu este încă observată (Fig. 6d, e).

19,2–19,9 mm TL (Fig. 4h-I; Fig. 6F-i; fișier suplimentar 3: figura S2M)

Melanoforii sunt răspândiți pe întregul corp, inclusiv aripioarele pectorale (Fig. 4h; fișier suplimentar 3: figura S2M). Gura se mișcă ventral (fișier suplimentar 3: figura S2M). Regiunea proximală a aripioarei pectorale este acoperită de operculul bine dezvoltat (ope) (Fig. 4h, i). Secțiunile frontale ale aripioarelor pectorale arată că patru radiale proximale (pr1-pr4) sunt izolate fiecare de o zonă de descompunere a matricei (mdz în Fig. 6g). Primul și al doilea radial proximal au o singură celulă (Fig. 6h), în timp ce a treia radială proximală are două celule lățime, iar a patra radială proximală are două sau trei celule lățime de – a lungul axei dorso-ventrale la partea proximală a aripioarei pectorale (Fig. 6i).

stadiul juvenil amfibiu (fișier suplimentar 3: figura S2N; Fig. 6j-k)

21,1–22,5 mm TL (fișier suplimentar 3: figura S2N; Fig. 6j-k)

ochii ies în partea superioară a capului, iar gura este situată pe partea ventrală. Tribuna devine aplatizată și orizontală față de axa corpului (fișier suplimentar 3: figura S2N). Melanoforii acoperă întreaga suprafață a corpului. Juvenilul în acest stadiu este similar cu aspectul adultului, cu excepția primelor aripioare dorsale în curs de dezvoltare (fișier suplimentar 3: figura S2N) și începe să arate o ecologie amfibie .

exemplarele scheletice colorate cu roșu alizarin și albastru alcian arată că osificarea plăcii cleithrum (săgeata din Fig. 6j, k), primul până la al patrulea radial proximal (pr1–pr4) și coracoidul (co) a avut loc (Fig. 6j, k). Modele scheletice ale aripioarei pectorale (Fig. 6j, k) seamănă cu cele ale peștilor adulți (Fig. 1c).