Morfologické a histologické adaptace reprodukčních a snovacích orgánu araneomorfních pavouků

Ing. Tomáš Krejčí

Doctoral thesis

Morphological and Histological Adaptations of the Reproductive and Spinning Organs of Araneomorph Spiders

Abstract:

S výjimkou velkých ampulovitých žláz je výzkum všech ostatních typů pavoučích snovacích žláz značně opomíjen. Porozumění snovacímu aparátu pavouků však vyžaduje mnohem komplexnější znalosti nejen morfologie různých typů snovacích žláz, ale také vlastností produkovaných vláken a jejich využití v nejrůznějších situacích, především při lovu kořisti. Morfologický a histologický výzkum nezaostává pouze v otázce snovacích žláz. Jen málo studií se zabývalo ultrastrukturou a významem měkkých tkání v okolí kopulačních orgánů pavouků. Stepníci hrají díky svému fylogeneticky bazálnímu postavení mezi entelegynními pavouky zásadní roli a stavba jejich kopulačních orgánů může hrát důležitou roli ve snaze porozumět vývoji entelegynních pavouků.V rámci předkládané disertační práce jsme pokusili zodpovědět následující otázky: (1) Jaká je morfologická a histologická struktura kopulačních orgánů u stepníka rudého (Eresus kollari)? (2) Jak se liší morfologie malých a velkých ampulovitých žláz u kribelátních a nekribelátních pavouků? (3) Jaká je morfologie piriformních snovacích žláz u čeledi Gnaphosidae a k čemu slouží a jaké vlastnosti má vlákno produkované těmito žlázami?Pomocí světelné a elektronové mikroskopie jsme zkoumali morfologickou stavbu kopulačních orgánů a histologické charakteristiky okolních tkání stepníka rudého (Eresus kollari). Nalezli jsme dva typy pórů asociovaných s různými částmi kopulačních orgánů: (1) na anteriorních výdutích se vyskytující malé množství velkých pórů a (2) na spermatékách se vyskytující velké množství velmi malých pórů. Kolem těchto pórů jsme nalezli dva typy sekrečního epitelu. Anteriorní výdutě jsou obklopeny epitelem, který je složen z glandulárních jednotek Třídy 3, zatímco spermatéky jsou obklopeny transportním epitelem, který je charakteristický nápadným basálním labyrintem a apikálním komplexem nesoucím velké množství mikrovily.Vlákna malých ampulovitých žláz jsou u kribelátních pavouků využívány k formování adhezivního komplexu, který slouží k lovu kořisti. Malé ampulovité žlázy se ovšem zachovaly i u nekribelátních skupin pavouků, kde se adaptovaly k jiné činnosti. V této práci srovnáváme morfologii velkých a malých ampulovitých žláz u příbuzných kribelátních a nekribelátních čeledí v rámci nadčeledi Amaurobioidea. Zjistili jsme, že u kribelátních zástupců jsou malé ampulovité žlázy velmi často vidlicovitě větvené. Toto větvení může hrát důležitou roli při formování kribelátního adhezivního svazku.U čeledi Gnaphosidae jsme se zaměřili na výzkum piriformních snovacích žláz. U této čeledi jsou piriformní žlázy včetně jejich spigotů oproti běžné situaci výrazně zvětšené. Důvodem této morfologické adaptace je důležitá role těchto žláz při lovu kořisti. Vlákno produkované těmito žlázami má silné adhezivní vlastnosti a zároveň je dostatečně pevné s vysokou elasticitou a houževnatostí. Vlákno s těmito vlastnosti je tak ideální pro lov a imobilizaci kořisti.

Abstract:

With the exception of major ampullate glands, the research of all other types of spider silk glands is considerable overlooked. However, the understanding of spider silk apparatus requires much more complex knowledge not only of the morphology of different types of silk glands, but also of the properties of the fibers produced and their use in various situations, especially in prey capturing. Morphological and histological research is lags behind not only in the silk glands. Only a few studies have dealt with the ultrastructure and with the importance of the soft tissues around the spider female genital system. Velvet spiders play a crucial role due to their phylogenetic most basal position among entelegynous spiders, and the construction of their genital system can play an important role in an understanding of the development of entelegynous spiders.In the framework of this thesis we tried to answer the following questions: (1) What is the morphological and histological structure of the copulatory organs of the velvet spider Eresus kollari? (2) How do the morphology of minor and major ampullate glands differs in the cribellate and ecribellate spiders? (3) What is the morphology of the piriform glands in the family Gnaphosidae, what is it used for and what properties does the fiber produced by these glands have?Using light and electron microscopy, we investigated the morphological structure of the female genital organs and the histological characteristics of surrounding epithelium of the velvet spider Eresus kollari. We found two types of pores associated with different parts of the copulatory organs: (1) a small amount of large pores occurring on anterior bulges, and (2) a large number of very small pores occurring on spermathecae. Around these pores we found two types of epithelium. Anterior bulge is surrounded by an epithelium composed of class 3 gland cells, while spermatozoa is surrounded by a putative transport epithelium characterized by a extensive basal labyrinth and an apical complex carrying a large amount of microvilli.Silks of the minor ampullate glands are in cribellate spiders used to form an adhesive complex for capturing prey. Minor ampullate glands, however, have not been lost also in ecribellate groups of spiders where they adapted to other activities. In this work, we compare the morphology of major and minor ampullate glands in related cribellate and ecribellate groups within spider families of the traditional Amaurobioidea. We have found that minor ampullate glands are very often bifurcated in the cribellate members of this group and this bifurcation can play an important role in cribellate capturing band formation.Also we focused on the research of the piriform glands in the family Gnaphosidae. In this spiders, the piriform glands, including their spigots, are significantly enlarged. The reason for this morphological adaptation is the important role of these glands for capturing prey. The fibers produced by these glands have strong adhesive properties and also are strong enough with high elasticity and toughness. The fiber with these properties is so ideal tool for capturing and immobilizing prey.

Keywords

malá ampulovitá žláza, piriformní snovací žláza, Eresus kollari

Keywords

minor ampullate gland, piriform silk, Eresus kollari

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 8. 2017

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Pavel Saska, Ph.D.
• Reader: Stanislav Korenko, Ph.D., Mgr., Petr Dolejš, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Doctoral programme / field:
Ecology / Ecology