Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Изучено строение антеннальной сенсорной системы мельчайших паразитических наездников рода Megaphragma (M. mymaripenne, M. amalphitanum и M. caribea) и свободно живущих микрожесткокрылых Nephanes titan. Проведены промеры всех структурных элементов антенны и сенсилл. Выделены морфологические типы сенсилл, проведен количественный анализ, описана общая ультраструктурная организация рецепторного аппарата, определены и выделены особенности, связанные с уменьшением размера тела. Исследование наружного строения проводилось с использованием оптической и сканирующей электронной микроскопии. Ультраструктурная организация исследовалась на базе ультратонких срезов на трансмиссионном электронном микроскопе, а также с использованием двухлучевой электронно-ионной микроскопии. Используемый комплекс методов, сочетающий классические методы световой и электронной микроскопии, а также инновационный метод FIB-SEM микроскопии позволяет детально изучить тонкую ультраструктурную организацию сенсорных органов, а также сложную систему нейропроцессинга органов чувств микронасекомых: от рецептора к рецепторной клетке, и в соответствующие зоны мозга, то есть весь путь передачи информации. Обоняние - одно из ключевых органов чувств у паразитических наездников, так как определяет их способность к поиску хозяина, а также особенности репродуктивного поведения. Для микрожесткокрылых обоняние также играет ключевую роль в условиях микромира, так как наравне со зрением, определяет успешность поиска субстрата для обитания, питания и размножения. Нами показано, что изученные микронасекомые, несмотря на крошечный размер тела, обладают хорошо развитыми и богато вооруженными антеннами. Вопреки малому количеству, обладают большим типовым рядом сенсилл, а также развитым рецепторным аппаратом. Наличие данных признаков позволяет предположить, что микронасекомые обладают хорошо развитым обонянием. Проведенный морфологический, количественный и качественный анализ строения антеннальных сенсилл у изученных микронасекомых позволяет нам дать оценку изменениям, обусловленным миниатюризацией. С уменьшением размеров тела система органов чувств насекомых подвергается олигомеризации, сокращению числа и размеров анализаторов. Антенны партеногенетического вида Megaphragma mymaripenne несут всего 46 сенсилл, а у самок M. caribea всего 34 сенсиллы. Наряду с этим число морфологических типов сенсилл у видов рода Megaphragma выше, чем у крупных родственных перепончатокрылых. Несмотря на малое число, наружная и внутренняя ультраструктура сенсилл не отличается от общего плана строения, описанного для крупных насекомых. Сложная рецепторная структура сенсиллы насекомых, по-видимому, плохо переносит масштабирование, таким образом ее минимальный допустимы размер является ограничивающим фактором для миниатюризации. С одной стороны, сенсорная система антенн насекомых демонстрирует крайнюю консервативность, полностью сохраняя структуру и ультраструктуру несмотря на многократное уменьшение размера тела насекомого. С другой стороны сенсиллы, как анализатор органов чувств, позволяют сильно масштабировать систему целиком без существенного вреда для ее работоспособности. Изучение строения сенсорных органов у микронасекомых предоставляет новые данные для эволюционной морфологии и физиологии, и являются уникальными предпосылками для дальнейшего развития и совершенствования инженерии и нанооптики, которые также могут быть прототипами модельных сенсорных систем микроробототехники. Трехмерные электронно-микроскопические исследования органов зрения запланированы на второй год проекта, но пилотные части этой работы, начатые в отчетном периоде, позволяют получить не только принципиально новые данные о клеточном и субклеточном уровнях организации рецепторов мельчайших насекомых, но и выделить закономерности, которые могут быть востребованы в разработках бионики. Изучение цитологического строения сенсорных органов у микронасекомых необходимо для формирования современных представлений об эволюции органов чувств, а также предоставляет новые уникальные данные для моделирования нейронного процессинга у животных.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
На базе первой полной серии срезов высокого разрешения (8 нм по xyz измерениям) полученной на ионно-электронном микроскопе (FIB-SEM) была выполнена уникальная в своем роде трехмерная реконструкция целого сложного глаза насекомого, на примере наездника-паразитоида Megaphragma amalphitanum (Trichogrammatidae). Реконструкция всех 29 омматидиев сложного глаза предоставила первые данные о трехмерной организации и расположении клеток и субклеточных элементов в сложном глазу микронасекомого. Полученные данные о размерных показателях клеток и форме органелл фоторецепторов, пигментных клеток помогли проанализировать и дополнить выделенные ранее морфологические адаптации, связанные с миниатюризацией сложных глаз. Подтверждена высокая степень упаковки, и эффект встраивания участков клеток и клеточных ядер в пространство между разными клетками одного омматидия и клетками соседних омматидиев (инвагинация). Определена причина высокой плотности митохондриальных профилей на одиночных срезах дистальной части рецепторов, связанная с ветвлением митохондриальных единиц. Отмечена редукция части вторичных пигментных клеток. Описаны не известные ранее рудиментарные клетки рецепторной природы не имеющие связи с диоптрическим аппаратом. Подтверждена разница в размере пигментных гранул и митохондрий в пигментных и рецепторных клетках. Полученные нами данные показывают, что помимо различий между длинными фоторецепторами (R7 и R7’), объемные и морфологические различия между партнерами коротких фоторецепторов (R1/6, R2/5, R3/4) не обнаружены. Что, вероятно, свидетельствует о том, что они обладают сходными функциональными и биоэнергетическими функциями. Общее число пигментных гранул демонстрирует почти линейную зависимость и увеличивается с объемом клетки. Однако R2 и R5 имеют меньшее число пигментных гранул по отношению к объему клеток по сравнению с другими фоторецепторами. Размер и степень ветвления митохондрий у коротких фоторецепторов ниже в сравнении с длинными фоторецепторами. Морфологические различия подтипов lvf намного более отчетливы в во втором оптическом ганглии. В обычных картриджах 3 длинных фоторецептора проецируют аксоны, которые заканчиваются в разных слоях медуллы. В картриджах краевой зоны глаза центральный длинный фоторецептор заканчивается на одном из первых слоев медуллы, но оба периферийных фоторецептора заканчиваются в одном (самом глубоком) слое. Первая трехмерная реконструкция целого сложного глаза Megaphragma предоставила уникальную информацию о пространственной клеточной организации омматидиев. Экстремальная экономия места при миниатюризации привела к исключительной компактизации всех элементов сложного глаза. Смещение всех ядер омматидия в дистальную область глаза, утрата части пигментных клеток, инвагинация, уплотнение субклеточных компонентов, сокращение длины рабдома, увеличение кривизны линз, сокращение числа митохондрий в пользу увеличения размера отдельных единиц, все это -- адаптации к миниатюризации. Несмотря на колоссальную компактизацию, клетки фоторецепторов сохраняют полную функциональность. Морфологический анализ проекций фоторецепторов, а также рабдомерной организации показал наличие специализированных областей глаза (отдельных омматидиев чувствительных в поляризации). Наличие радиальной миграции пигмента в фоторецепторах, также говорит о нормальном функционировании столь миниатюрных органов зрения. Результаты проекта стали фундаментальным вкладом в изучение морфологии сложных глаз насекомых и могут стать началом передовых направлений в изучении биоэнергетических процессов фоторецепторов, которые несомненно найдут свое применение в современной бионике.