О проекте

Как все начиналось

 

Авторы

О.В. Зайцева

Е.Е. Воронежская

Идея этого проекта стала формироваться после того как к нам в Лабораторию эволюционной морфологии Зоологического института РАН (Санкт-Петребург) в 2012 г. была передана на хранение коллекция нейрогистологических препаратов Григория Александровича Невмываки – выдающегося, но незаслуженно забытого в настоящее время отечественного нейроморфолога, ученика и последователя академика Алексея Алексеевича Заварзина в области изучения организации нервной системы беспозвоночных животных. Коллекцию передали родственники Григория Александровича, которые долгие годы хранили ее у себя дома. В коллекции нами были обнаружены не только препараты, сделанные самим Г.А. Невмывакой, но и ряд нейрогистологических препаратов А.А. Заварзина, прекрасно сохранившихся несмотря на возраст около 100 лет. Большая часть препаратов была сделана с помощью суправитальной окраски метиленовым синим. Эту окраску, разработанную в конце позапрошлого века А.С. Догелем в Санкт-Петербургском университете, можно по праву считать уникальной по информативности и не потерявшей до сих пор своей ценности, уникальной отечественной методикой в области изучения строения нервной системы (см. подробнее Методы нейрогистологии). К сожалению, во всех статьях и учебных пособиях по нервной системе беспозвоночных результаты этой окраски представлены только в виде зарисовок с тотальных препаратов. При существующем техническом оснащении цветные фотографии с этих препаратов никогда не делались, в лучшем случае акварельные зарисовки. Возможно, именно это и послужило причиной, что сам уникальный метод и его возможности стали незаслуженно забываться под натиском бурно развивающихся новых методик более специфического маркирования и с развитием флуоресцентной микроскопии.

В нашей лаборатории, как в центре по изучению эволюционной морфологии нервной системы беспозвоночных, за многие годы работы сотрудниками был накоплен большой коллекционный материал в виде нейрогистологических препаратов представителей различных групп животных. Кроме этого в 2015–2016 гг. нам были переданы на хранение еще несколько достаточно больших коллекций препаратов, сделанных известными нейрогистологами беспозвоночных – Ю.П. Лагутенко и С.И. Плотниковой. По желанию С.И. Плотниковой мы взяли на хранение и всю сохранившуюся у нее основную часть коллекции препаратов академика А.А. Заварзина (ее отчима).

Мы решили, отдавая дань Российской нейрогистологической школе и ее основоположникам, не только сохранить и при необходимости реставрировать имеющиеся у нас в настоящее время коллекции нейрогистологических препаратов, но и по возможности, дав к ним описание, сделать хотя бы часть из них достоянием мирового сообщества. Так возникла идея создания общедоступной и общеобразовательной электронной базы данных в виде Атласа по нейроморфологии животных.

Создание систематизированных тематических баз данных является эффективным решением для оцифровывания, упорядочивания и объединения существующих и постоянно пополняющихся данных в разных областях биологии, экологии и медицины. Нервная система представляет собой одну из важнейших функциональных систем каждого многоклеточного организма. Это основная интегративная система каждого организма, позволяющая ему воспринимать окружающий мир и, реагируя на него, формировать свое поведение. Знания о строении, архитектонике нервной системы являются фундаментальной основой для всех нейробиологических исследований от изучения работы отдельных нейронов до сложных форм поведения и механизмов памяти. Строение нервной системы характеризуется одновременно высоким консерватизмом и пластичностью, поэтому используется также в качестве источника важных таксономическим признаков в систематике животных и служит для различных эволюционных построений. Мы считаем, что создаваемый нами атлас будет полезен не только широкому кругу специалистов, но и всем, кто интересуется биоразнообразием окружающего мира, учится и хочет раскрывать тайны организации нервной системы.

В настоящее время упорядоченных и систематизированных электронных баз данных по нервной системе одновременно беспозвоночных и позвоночных животных нет. Более того, нет практически никаких атласов по нервной системе беспозвоночных. Это связано в первую очередь с огромным многообразием строения нервной системы беспозвоночных и ее малой изученностью по сравнению с нервной системой позвоночных, а также с достаточно узкой специализацией многих исследователей на ограниченном круге объектов и методах их изучения. С другой стороны, при создании зоологических коллекций не ставятся задачи сохранения полученного морфологического материала в виде постоянных гистологических препаратов и/или электронных ресурсов их изображений. Богатейший по информативности материал не оформляется в виде аннотированных коллекций, а потому не может в дальнейшем стать достоянием мировой общественности. К сожалению, в практике научно-исследовательских организаций и зоологических музеев судьбе гистологических препаратов, полученных в ходе научно-исследовательских работ, пока не уделяется должного внимания. Хотя несомненно, что именно такие препараты могут дать более полное представление об организации животных и их многообразии и стать полноправными экспонатами сохраняемых коллекций. Для преодоления этих препятствий необходима дополнительная работа, связанная с оформлением гистологических препаратов или полученных с них изображений в качестве экспонатов, т.е. присоединение к каждому из них подробного описания, включая объект исследования, метод визуализации, указание видимых структур и т.д. так, чтобы препарат стал понятен не только узкому специалисту.

Изготовление гистологических препаратов является сложной и трудоемкой работой, особенно в области изучения нервной системы. Необходимы не только нарабатываемые годами определенные навыки и знания, но и индивидуальный подход и порой уникальные разработки при изучении новых отделов нервной системы или при работе с новыми видами животных. От возможностей примененных методик и качества препаратов напрямую зависит получение новых знаний об организации нервной системы. Поэтому роль личности ученого в этих исследованиях играет основную роль, а полученные им удачные препараты являются уникальными и требуют не только бережного сохранения, но и достаточно подробного сопроводительного описания.

Все вышесказанное стало предпосылкой нашего проекта. Его реализация стала возможна на сервере ЗИН РАН при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 15-29-02650) и подключению к работе наших коллег из Института биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН (ИБР РАН, Москва) и кафедры цитологии и гистологии Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) с имеющимися у них гистологическими коллекциями по онтогенезу нервной системы беспозвоночных и морфологии конечного мозга позвоночных животных. Кроме того, в нашей работе над Атласом была использована большая коллекция демонстрационных препаратов по нервной системе, сенсорным структурам и эмбриологии нервной системы высших представителей позвоночных и человека, хранящаяся на кафедре гистологии и эмбриологии им. профессора А.Г. Кнорре Санкт-Петербургского государственного педиатрического медицинского университета (СПБГПМУ). Несколько позже в нашем проекте приняли участие также сотрудники Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН (ИЭФБ РАН), которые ранее работали с С.И. Плотниковой и являются специалистами в области изучения нервной системы насекомых.

Контактный адрес проекта: neuromorphology@zin.ru

Содержание

Академик Алексей Алексеевич Заварзин за работой
Академик Алексей Алексеевич Заварзин за работой
С.И. Плотникова, крупнейший специалист в области эволюционной морфологии нервной системы
Светлана Ивановна Плотникова, крупнейший специалист в области эволюционной морфологии нервной системы
Юрий Пантелеевич Лагутенко, крупнейший специалист по морфологии нервной системы кольчатых червей
Юрий Пантелеевич Лагутенко, крупнейший специалист по морфологии нервной системы кольчатых червей
Двигательные нервные волокна и окончания на мускулатуре щетинкового мешка и на мышцах, связывающих вентральные щетинки с латеральными, у дождевого червя. Суправитальная окраска метиленовым синим
Двигательные нервные волокна и окончания на мускулатуре щетинкового мешка и на мышцах, связывающих вентральные щетинки с латеральными, у дождевого червя Aporrectodea caliginosa. Увеличение: 20х. Суправитальная окраска метиленовым синим. Автор: Г.А. Невмывака
Подглоточный ганглий туловищного мозга с отходящими от них сегментными нервами и окологлоточными коннективами у дождевого червя
Подглоточный ганглий туловищного мозга с отходящими от них сегментными нервами и окологлоточными коннективами, у дождевого червя Aporrectodea caliginosa. Увеличение: 20х. Суправитальная окраска метиленовым синим. Автор: Г.А. Невмывака
Здание Зоологического института Российской академии наук
Здание Зоологического института Российской академии наук. Фото О.В. Зайцевой
Здание Санкт-Петербургского государственного университета
Здание Санкт-Петербургского государственного университета. Фото З.И. Старуновой
Сотрудники лаборатории эволюционной морфологии
Сотрудники лаборатории эволюционной морфологии. Первый ряд слева на право – снс О.И. Райкова, нс И.М. Дробышева, нс. К.В. Шунькина, зав. лаб. О.В. Зайцева, внс Е.А. Котикова, снс А.А. Петров. Второй ряд слева на право – нс В.В. Старунов, нс А.Н Шумеев, нс Р.В. Смирнов, мнс С.А. Петров

Работа над проектом

При создании атласа мы ставили перед собой не только задачи сохранения и каталогизации имеющегося коллекционного материала путем переведения его в цифровой формат, но и выстраивание его определенным образом, дающим представление пользователю о разнообразии, эволюционных закономерностях и процессах развития мозга и сенсорных систем. В отличие от имеющихся в настоящее время баз данных наша подборка коллекционных препаратов планировалась не просто как сборник аннотированных изображений, а скорее как подбор высококачественных иллюстраций для подтверждения научных гипотез, описывающих эволюционные закономерности и процессы развития нервной системы и показывающих ее многообразие и гармоничность. Базовой основой для Атласа стали изображения, полученные с препаратов 30 коллекций, основная часть которых хранится в настоящее время в Лаборатории эволюционной морфологии ЗИН РАН (Санкт-Петербург). Несколько коллекций находятся на кафедре цитологии и гистологии СПбГУ, в ИБР РАН, ИЭФБ РАН и СПБГПМУ. Коллекции включают постоянные и виртуальные (представленные сериями изображений с временных препаратов животных, полученных с помощью конфокальной микроскопии) гистологические препараты, демонстрирующие закономерности и особенности эволюционного и онтогенетического становления и развития нервной системы у представителей Acoela, Plathelminthes, Rotifera, Nemertini, Mollusca, Annelida, Bryozoa, Echinodermata, Insecta и Craniata. Многие из этих коллекций продолжают пополняться.

Работа над Атласом начиналась с разработки схемы базы данных, удовлетворяющей полноценному описанию вводимых в нее изображений препаратов. Были разработаны особые формы заведения в базу данных, унифицированные для всех изображений. Благодаря этим разработкам, препарат можно представить не только в виде одной фотографии, но и в виде целой серии оптических срезов, сделанных на разной глубине препарата, а также, в отдельных случаях, в виде полноценных 3D реконструкций. Поиск нужных иллюстраций может осуществляться по целому ряду ключевых слов, позволяющих получать подборки изображений по автору препаратов, методу используемой окраски, виду животного или животных определенного таксона, отделу нервной системы, тематическому разделу сайта и т.д. Следует отметить, что в структуру базы данных заложена возможность её постоянного пополнения и расширения.

Следующим важным этапом работы стала разработка карты сайта, которая должна была стать основой для упорядоченного представления в Атласе текстовых материалов, сопровождающих и дополняющих иллюстративное наполнение. В карте заложены основные разделы Атласа, позволяющие в свою очередь использовать весь имеющийся иллюстративный материал базы данных для разных целей и ответов на вопросы, с которыми пользователи могли обратиться к нашему сайту: ознакомится с нервной системой определенной группы животных, узнать о методах изучения строения нервной системы и их возможностях и недостатках, выяснить какие виды животных используются в качестве модельных для нейробиологических исследований, при разработке методов биотестирования и биоиндикации, в биологии развития, узнать об эволюционных и онтогенетических закономерностях эволюции нервной системы и т. п.

Третий этап работы, который продолжается до настоящего времени, представляет собой постепенное заполнение базы данных иллюстративным и текстовым материалом. Работа над Атласом оказалась значительно более трудоемкой, чем предполагалось в начале. Больше всего усилий и времени было затрачено на разбор старых коллекций, принадлежащих ученым, которых уже нет среди нас. Большинство их препаратов не имело полноценных сопутствующих этикеток. Для их восстановления был необходим тщательный анализ соответствующим специалистом, знакомым не только с общей организацией нервной системы определенной группы животных и методами, использованными для приготовления препарата, но и с научными работами автора коллекции, в которых были представлены зарисовки с препаратов и сделан их анализ. Было сделано развернутое описание каждой коллекции и составлены научные автобиографии их авторов. Автобиографии были дополнены списками основных публикаций автора. Многие из этих данных, особенно по авторам коллекций прошлого века, до настоящего времени отсутствовали в сети Интернета или были крайне ограниченными.

Много времени заняла работа по отбору препаратов из каждой коллекции, наиболее качественно отражающих особенности организации нервной системы и специфику используемых методов. Тщательно выбирался также участок препарата и увеличение для последующего фотографирования. Большая работа была проделана по аннотированию полученных изображений с препаратов и заведению их полного описания в базу данных по унифицированной форме.

Каждый из основных участников проекта принял участие в написание текстовых материалов для соответствующих его знаниям разделов Атласа. Эти разделы были дополнены списками рекомендуемой литературы.

Основные участники и их вклад в проект

  1. Доктор биологических наук, главный научный сотрудник и.о. зав. Лабораторией эволюционной морфологии ЗИН РАН Ольга Викторовна Зайцева – основная идея проекта по созданию Атласа, участие в проектировании базы данных и разработка карты сайта, участие в разборе коллекций, их описании и аннотировании отобранных для Атласа препаратов, предоставлении части иллюстративного материала для сайта, написание ряда страниц сайта и автобиографий, общее редактирование всех материалов сайта.
  2. Заведующий информационной группой (компьютерным центром) ЗИН РАН, отвечающий за работу сервера института Михаил Борисович Дианов – создание и поддержание структуры сайта и базы данных, техническая поддержка сайта Атласа.
  3. Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Лаборатории эволюционной морфологии ЗИН РАН Анатолий Александрович Петров – оформление всех страниц сайта, участие в проектировании базы данных, описании коллекций, предоставлении части иллюстративного материала для сайта и его аннотирование, а также написании ряда страниц сайта, основное участие в создание английской версии сайта.
  4. Кандидат биологических наук, научный сотрудник Лаборатории эволюционной морфологии ЗИН РАН Александр Николаевич Шумеев – участие в проектировании базы данных, фотографирование основной части отобранных для Атласа препаратов, основное участие в их аннотировании и общее редактирование всех форм для заведения изображений препаратов в базу данных.
  5. Доктор биологических наук, главный научный сотрудник ИБР РАН, зав. лабораторией сравнительной физиологии развития ИБР РАН, руководитель гранта РФФИ по созданию Атласа Елена Евгеньевна Воронежская – участие в написании рада страниц для сайта, предоставление иллюстративного материала и его аннотирование.
  6. Доктор биологических наук, профессор кафедры цитологии и гистологии СПбГУ Дмитрий Константинович Обухов – участие в написании ряда страниц для сайта, предоставление иллюстративного материала и его аннотирование.
  7. Кандидат биологических наук, научный сотрудник Лаборатории эволюционной морфологии ЗИН РАН Виктор Вячеславович Старунов – участие в проектировании базы данных и разборе коллекций, фотографирование и аннотирование отобранных для Атласа препаратов, написание части страниц для сайта и их перевод на английский язык для английской версии сайта.
  8. Кандидат биологических наук, научный сотрудник Лаборатории эволюционной морфологии ЗИН РАН Роман Владимирович Смирнов – участие в написании ряда страниц для Атласа и переводе их на английский язык, участие в разборе коллекций, подбор и фотографирование препаратов для Атласа, участие в их аннотировании и заведении в базу данных.
  9. Доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Лаборатории эволюционной морфологии ЗИН РАН Елена Анатольевна Котикова – участие в написании ряда страниц для Атласа и предоставлении иллюстративного материала для этих страниц и для базы данных Атласа, участие в их аннотировании.
  10. Младший научный сотрудник Лаборатории эволюционной морфологии ЗИН РАН Сергей Александрович Петров – участие в фотографировании коллекционного материала, его аннотировании и заведении в базу данных Атласа.
  11. Кандидат биологический наук, научный сотрудник Лаборатории эволюционной морфологии ЗИН РАН Ксения Вячеславовна Шунькина – участие в написании рада страниц для Атласа и их перевода на английский язык, предоставление части иллюстративного материала для базы данных и его аннотирование.
  12. Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Санкт-Петербургского научно-исследовательского центра экологической безопасности РАН (НИЦЭБ РАН) Татьяна Владимировна Кузнецова – разбор и описание своей коллекции, а также участие в описании коллекции А.А. Заварзина и отборе препаратов для фотографирования, их частичное аннотирование.

В проекте также принимали участие кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Лаборатории эволюционной морфологии ЗИН РАН Ольга Игоревна Райкова, а из ИЭФБ РАН – старший научный сотрудник Ирина Юрьевна Северина и младший научный сотрудник Инга Львовна Исавнина, а также младшие научные сотрудники лаборатории сравнительной физиологии развития ИБР РАН: Елизавета Геннадьевна Фофанова и Александра Леонидовна Обухова. Эти сотрудники составили описание своих коллекций и предоставили иллюстративный материала по ним для Атласа.

Дальнейшая работа и перспективы

Работы по созданию основной части нашего Атласа еще не закончены, но им можно уже пользоваться. Кроме завершения оформления уже запланированных разделов Атласа мы планируем пополнять не только базу данных новыми изображениями препаратов из имеющихся у нас коллекций, но и привлечь к созданию Атласа новых специалистов и имеющийся у них иллюстративный материал по организации нервной системы животных. Возможно создание новых разделов сайта, например, посвященных патологии нервной системы или другим группам животных. Мы хотим, чтобы наш сайт в дальнейшем смог стать путеводителем по нервной системе животных и интерактивной энциклопедией по ее морфологии, эволюционному и онтогенетическому развитию, методам исследования и использованию в качестве модельных объектов для нейробиологии, биологии развития и биотехнологий. Мы надеемся, что нашей идеей и разработками заинтересуются и другие исследователи в области изучения нервной системы и присоединятся к дальнейшей работе над этим проектом. Мы открыты для плодотворного сотрудничества и надеемся, что найдем единомышленников. Ваши предложения и пожелания можно послать нам на русском или английском языках по адресу – neuromorphology@zin.ru.

Использование материалов Атласа

Наш сайт является общедоступным и общеобразовательным, что предполагает возможность использования представленных на нем материалов. Если не оговорено иное, использование материалов сайта регулируется лицензией Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» 4.0. Копирование, распространение и воспроизведение материалов сайта в некоммерческих целях возможно только с указанием автора (препарата или текстового материала раздела), полного названия текста или коллекции и ссылки на страницу размещения исходного материала, при условии, что материал передается неизмененным и сохраняет свою целостность. Если вы хотите использовать материалы сайта в измененном виде или в коммерческих целях, вы должны обратиться к автору материала за соответствующим разрешением по адресу neuromorphology@zin.ru.. Мы просим также в случае использования наших материалов прислать нам на почтовый адрес neuromorphology@zin.ru. информацию о том, где и с какой целью эти материалы будут использованы.