Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 8
1.1. Определение терминов 8
1.2. Иглокожие как хозяева симбионтов 9
1.2.1. Морские лилии и их симбионты 10
1.2.2. Морские ежи и их симбионты 12
1.2.3. Голотурии и их симбионты 14
1.2.4. Симбионты морских звезд и офиур 15
1.3. Биология симбионтов голотурий и других иглокожих 16
1.3.1. Биология полихет-симбионтов голотурий и других иглокожих 16
1.3.2. Биология полихеты Gastrolepidia clavigera 19
1.3.3. Биология крабов - симбионтов голотурий и других иглокожих 20
1.3.4. Биология крабов Lissocarcinus orbicularis 26
1.3.5. Биология рыб - симбионтов голотурий и морских звезд 27
1.3.6. Биология рыб Campus лоте; и Carapus mourlani 30
1.3.7. Биология креветок-симбионтов голотурий и других иглокожих 30
1.3.8. Биология креветок Periclimenes imperator. 31
1.3.9. Биология гастропод - симбионтов голотурий и других иглокожих 32
1.3.10. Биология моллюсков Melanella aciculata 33
2. Материал и методика 34
2.1. Сбор материал а 34
2.2. Наблюдения в аквариуме 40
2.3. Обработка материала 41
2.4. Статистический анализ 45
3. Результаты 48
3.1. Биология голотуробионтов 48
3.1.1. Биология полихет Gastrolepidia clavigera Schmarda, 1861 48
3.1.2. Биология краба Lissocarcinus orbicularis Dana, 1852 64
3.1.3. Биология рыб Carapus homei Petit, 1934 and С mourlani Richardson, 1844 83
3.1.4. Некоторые данные по биологии креветок Periclimenes imperator Bruce, 1967 86
3.1.5. Некоторые замечания по биологии моллюсков Melanella aff. aciculata (Pease, 1861) 90
3.2. Анализ совместной встречаемости симбионтов 92
3.3. Факторы, влияющие на экстенсивность и интенсивность заселения хозяев симбионтами 94
3.3.1. Вид хозяина (специфичность) 95
3.3.2. Размер хозяина 99
3.3.3. Взаимосвязь фактора вида и размера голотурии 100
3.3.4. Географическое положение места сборов 104
3.3.5. Сезон и год сборов 122
4. Обсуждение 123
4.1. Специфичность 123
4.2. Половая и размерная структура поселений 124
4.3. Особенности размножения и формирования симбиотических ассоциаций 127
4.3.1. Сезонность размножения 127
4.3.2. Формирование симбиотических ассоциаций 128
4.4. Влияние различных факторов на экстенсивность и интенсивность заселения 129
4.5. Биотические взаимодействия в симбиотических ассоциациях 132
4.5.1. Внутривидовые взаимодействия симбионтов 132
4.5.2. Особенности взаимодействий симбионтов с голотуриями 135
4.5.3. Характер взаимодействий между симбионтами 144
Выводы 147
- Иглокожие как хозяева симбионтов
- Наблюдения в аквариуме
- Анализ совместной встречаемости симбионтов
- Половая и размерная структура поселений
Введение к работе
Актуальность проблемы. Симбиотические отношения широко распространены в морских сообществах. Непросто назвать крупный таксон морских животных, представители которого не образовывали бы ассоциации с другими организмами. Особенно интересны в этом отношении крупные сидячие животные, предоставляющие прекрасный субстрат для заселения всевозможными животными, такие как, губки, кораллы, актинии, морские звезды, ежи и лилии. Так, губки и кораллы заселяются представителями различных таксонов животных от простейших до рыб (Klitgaard, 1995; Abele and Patton, 1976). Богатую и разнообразную симбионтофауну имеют представители типа Echinodermata. По меньшей мере, 825 видов животных были отмечены в качестве симбионтов иглокожих (Jangoux, 1990).
Особый интерес среди иглокожих представляют мелководные тропические
голотурии, которые служат убежищем и источником пищи для всевозможных морских
организмов. В настоящее время описаны ассоциации мелководных голотурий с
простейшими, турбелляриями, полихетами, двустворчатыми и брюхоногими
моллюсками, различными ракообразными (копеподами и декаподами) и рыбами (Changeux, 1960; Jangoux, 1990; Massin and Vandenspigel, 1990). При этом на одном хозяине может одновременно поселяться значительное число организмов, принадлежащих к различным видам и даже таксонам крупного ранга. Так, например, отмечены случаи совместных встреч рыб Campus homei и крабов LissocarCinus orbicularis на одном экземпляре Holothuria a rgpis (Trott and Garth, 1970) или крабов Hapolonotus reticulatus и Lissocarcinus orbicularis, креветок Periclimenes imperator и рыб Carapus [spj на одной Holothuria scabra (Vandenspiegel et al., 1992). Совместное заселение голотурий симбионтами одного или разных видов неминуемо приводит к возникновению определенных типов внутри- и межвидовых взаимодействий. Такие комплексы, образованные голотуриями и ассоциированными с ними животными, представляют собой прекрасную модель для изучения внутри- и межвидовых взаимоотношений животных. Кроме того, на примере данных комплексов удобно изучать отдельные аспекты биологии симбионтов, такие как питание, особенности размножения, наличие и характер миграций, половую и размерную структуру поселений. Особую актуальность имеет изучение особенностей взаимодействия симбионтов со своими хозяевами - голотуриями не только с чисто научной, но и с практической точки зрения. Дело в том, что многие мелководные тропические голотурии являются объектами интенсивного промысла, и более того, в настоящее время активно внедряются в качестве объектов марикультуры.
Вместе с тем, биология симбионтов голотурий, включая особенности межвидовых отношений, до сих пор остается слабо изученной. Большинство опубликованных работ фокусируется, прежде всего, на вопросах таксономии, не уделяя должного внимания биологии симбионтов и характеру межвидовых взаимоотношений.
Цели и задачи работы. Целью данной работы явилось всестороннее изучение биологических комплексов, состоящих из голотурий и их симбионтов, с особым вниманием к внутри- и межвидовым взаимоотношениям симбионтов. Для достижения данной цели были поставлены следующие основные задачи:
Выявить особенности биологии отдельных видов симбионтов, а именно, половую и размерную структуру поселений, особенности размножения и питания, внутривидовые взаимодействия и количественные характеристики заселенности хозяев симбионтами (экстенсивность и интенсивность заселения).
Проанализировать факторы, влияющие на экстенсивность и интенсивность заселения симбионтами голотурий.
Выяснить характер взаимодействий симбионтов с хозяевами.
Выявить характер взаимоотношений между различными видами симбионтов.
Научная новизна. Впервые получены или уточнены данные по специфичности, влиянию различных факторов на экстенсивность заселения хозяев, внутривидовым отношениям, питанию, наличию паразитов и особенностям взаимоотношений с хозяевами для полихет G. clavigera, крабов L. orbicularis, рыб С. homei, креветок Periclimenes imperator. Показано, что характер взаимоотношений крабов L. orbicularis с хозяевами носит характер комменсализма, а полихет G. clavigera - паразитизма. Впервые в качестве хозяев отмечены: для крабов L. orbicularis голотурии Holothuria leucospilota, Bohadschia graeffei, В. tenuissima, Stichopus chloronotus и S. variegatus; для полихет G. clavigera голотурии В. tenuissima; для креветок P. imperator голотурии H. leucospilota; на крабах L. orbicularis впервые найдены паразитические мешкогрудые раки Heterosaccus ruginosus. Впервые показаны изменения соотношения полов в пользу самок при переходе от меньших размерных групп к большим у полихет G. clavigera и крабов L. orbicularis. Установлено, что основными факторами, влияющими на экстенсивность и интенсивность заселения голотурий симбионтами, являются вид и размер хозяина. Впервые показано, что при совместном обитании на одном хозяине симбионты разных видов используют различные ресурсы, что снижает отрицательные межвидовые взаимодействия.
Теоретическая и практическая значимость. Полученные данные не только расширяют наши знания по биологии отдельных групп животных-симбионтов, но и дают возможность для сравнения особенностей биологии симбиотических и свободноживущих видов. Особый интерес представляет оценка влияния симбионтов на голотурий, которая имеет значение при планировании мероприятий по их введению в марикультуру и промыслу. Наконец, существенный интерес представляют данные, характеризующие межвидовые взаимодействия симбионтов, позволяющие рассматривать биологические системы «голотурии-симбионты» как биоценотические системы низшего порядка.
Апробация работы. Отдельные положения диссертации были представлены на научных конференциях: международных конференциях студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов" (Москва, 2000, 2001, 2002), первой молодежной школе-конференции "Сохранение биоразнообразия и рациональное использование биологических ресурсов" (Москва, 2000), международной конференции "Водные организмы и экосистемы" (Москва, 2001), Международной конференции общества крустацеологов (Melbourne, 2001), одиннадцатой Международной конференции по иглокожим (Munich, 2003), совещании, посвященному памяти Георгий Михайловича Беляева (Москва, 2003) и на лабораторных коллоквиумах лаборатории экологии и морфологии морских беспозвоночных ИПЭЭ РАН (Москва, 2000, 2002, 2003), а также лаборатории морской биологии Университета г. Монс, Бельгия (Mons, 2002, 2003). По теме диссертации опубликовано 8 работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, включающего 141 название, списка работ, опубликованных по теме диссертации и приложения. Работа изложена на 175 страницах машинописного текста, включая 100 рисунков и таблиц.
Благодарности. Автор выражает свою глубокую признательность научному руководителю, д.б.н. Т. А. Бритаеву, за постоянную помощь и поддержку при проведении данной работы, а также плодотворное обсуждение полученных результатов. Свою признательность я хотел бы выразить научному консультанту д-ру И. Ико (Igor Eeckhaut) за помощь при подготовке и выполнении проекта INTAS. За консультации относительно биологии иглокожих мне хотелось бы искренне поблагодарить д.б.н. А.Н. Миронова, Dr. I. Eeckhaut, Dr. С. Massin, Dr. P. Flammang, полихет - д.б.н. Т. А. Бритаева, ракообразных -Dr. A. J. Bruce, Dr. A. Anker, к.б.н. H.A. Заренкова, д.б.н. B.A. Спиридонова, В. Марина,
брюхоногих моллюсков - д.б.н. Ю. И. Кантора, карапид - Е. Parmentier. За определения голотурий и симбионтов мне хотелось бы -выразить свою признательность д.б.н. Т. А. Бритаеву, П. Н. Корневу, В. Мариночевой, д.б.н. В. А. Спиридонову, Dr. D. G. Fautin, Dr. J. Т. Hoeg и Dr. A. Waren. За помощь при определении пищевых объектов при анализе трофики симбионтов я искрене признателен к.б.н. Г. М. Виноградову, к.б.н. В. Н. Иваненко, к.б.н. А. Н. Заренкову, д.б.н. Ю. И. Кантору, к.б.н. П. Н. Рыбникову и д.б.н. А. В. Смирнову. За помощь при проведении статистического анализа мне хотелось бы выразить благодарности д.б.н. А. И. Азовскому, к.б.н. А. И. Буяновскому, д.б.н. А. В. Смурову и к.б.н. П. В. Ушакову. Автор признателен М. В. Плющевой, приготовившей гистологические препараты для изучения репродуктивной биологии симбионтов. Я благодарен д.б.н. Т. А. Бритаеву, д.б.н. Ю. Ю. Дгебуадзе и О. В. Савинкину за предоставления материала, легшего в основу данной работы. Автор признателен Е. А Замышляк, обработавшей часть материала по полихетам и П. Н. Корневу за предоставленние рисунков (72 и 73), а также за плодотворное обсуждение особенностей биологии копеподы Scambicornus lobulatus. Автор икренне благодарен Т. С. Аксюк, А. Б. Краюшкиной, Е. Ю. Крисанову, а также D. Lanterbecq, Dr. P. Gosselin, D. Haesaerts, D. Leclercq и D. Fourgon за помощь при осуществлении данной работы. Работа была поддержана грантом INTAS YSF 2001/2-072.
Иглокожие как хозяева симбионтов
Иглокожие - исключительно морская группа организмов. В состав этого типа входят пять классов: морские лилии (около 700 видов), морские ежи (около 900 видов), морские звезды (около 1800 видов), офиуры (около ЛОО видов) и голотурии (около 1100 видов) (Jangoux, 1990). Не так давно описан шестой класс иглокожих -Concentricycloidea. Представители иглокожих значительно отличаются от других беспозвоночных животных. Их характеризует наличие амбулакральной системы и радиальная пятилучевая симметрия. Преимущественно сидячий образ жизни, крупные размеры, а также сложная морфология тела делают представителей данного типа прекрасным субстратом для заселения всевозможными организмами. Представители практически всех типов беспозвоночных животных вступают в симбиоз с иглокожими (обзоры см.: Barel & Kramers, 1977; Jangoux, 1990). Симбионтами иглокожих могут быть простейшие, губки, мезозоа, турбелярии, трематоды, нематоды, внутрипорошецевые, полихеты, мизостомиды, двустворчатые и брюхоногие моллюски, различные ракообразные (аскоторациды, копеподы, танаидации и декаподы) тихоходки и пикногониды. Описаны также случаи симбиоза иглокожих -офиур с другими иглокожими - морскими лилиями и морскими ежами (напр.: Morton & Mladenov, 1992; Vallejo & Muraira, 1983). В качестве хозяев при этом выступают морские лилии или морские ежи. Всего в настоящее время описано 825 видов симбионтов иглокожих (Jangoux, 1990), впрочем, необходимо учитывать, что это число явно занижено и лишь частично отражает количество ассоциаций иглокожих с различными организмами. Оно, очевидно, возрастет по мере дальнейшего изучения данной симбиотической фауны. Таким образом, иглокожие обычно выступают в качестве хозяев для других организмов и, лишь в редких случаях (офиуры) сами становятся симбионтами. Иглокожие служат для симбиотических животных источником пищи, или убежищем, или и тем и другим одновременно. Симбионты могут располагаться как и внутри хозяев так и снаружи, т.е. быть эндо- и эктосимбионтами. Эктосимбионты могут просто ползать по поверхности тела, например полихеты (см. напр.: Uchida, 1975; Britayev & Zamyshlyak, 1996; Martin & Britayev, 1998) или крабы (см.: напр.: Chia & Ng, 1995; Ng & Chia, 1999) или, оставляя на поверхности хозяина часть тела, другой частью вбуравливаться внутрь как, например, брюхоногие моллюски (Bouchet & Lutzen, 1980).
Среди эндосимбинтов (напр. копепод и турбеллярий) можно различать животных, поселяющихся в целомической полости и гонадах хозяев, и животных, поселяющихся в пищеварительном тракте (Jangoux, 1990). Степень заселения симбионтами иглокожих различных классов, очевидно не одинакова. Патогенетический индекс (отношение количества видов - симбионтов, ассоциированных с представителями данного таксона, к числу видов в этом таксоне), для голотурий равен 13,2%, для морских ежей - 11,8%, для морских лилий - 9,3%, для морских звезд - 4,6%, для офиур - 2 ,4% (Jangoux, 1990). Таким образом, различные классы иглокожих можно ранжировать по степени предпочтения симбионтами следующим образом: голотурии - морские ежи -морские лилии - морские звезды - офиуры. Вместе с тем, подобное ранжирование основано на сводке Жангу (Jangoux, 1990), которая, строго говоря, посвящена изучению, прежде всего симбионтов - паразитов. Возможно, подобная картина также отражает более высокую степень изученности симбионтов голотурий, поскольку многие их хозяева являются важным объектом марикультуры (Conand & Byrne, 1993). Если рассматривать весь спектр симбиотических организмов, образующих ассоциации с иглокожими, то, вероятно, в наибольшей степени заселенными окажутся морские лилии (Dr. I. Eeckhaut, перс, сообщ.). Вместе с тем до настоящего времени нет сводок, анализирующих уже имеющуюся информацию по симбионтам иглокожих и подобные размышления не подтверждены строгим литературным анализом. Как бы то ни было, голотурии являются одним из наиболее заселенных классов иглокожих. Особенно это относится к мелководным тропическим голотуриям, которые в силу своего большого размера представляют прекрасное убежище для всевозможных организмов. Ниже вкратце охарактеризованы симбиотические ассоциации, в которые вступают иглокожие различных классов и отдельно рассмотрены работы, специально посвященные изучению биологических комплексов «иглокожие - симбионты» как единых ассоциаций. 1.2.1. Морские лилии и их симбионты. В симбиоз с морскими лилиями вступают разнообразные организмы: простейшие, кишечнополостные, турбелярии, трематоды, внутрипорошецевые, мизостомиды, полихеты, гастроподы, копеподы, изоподы, амфиподы, усоногие раки, мешкогрудые раки, галатеиды, крабы, мшанки, офиуры и рыбы (Clark, 1921). При этом наибольшее видовое разнообразие встречается среди мизостомид (около 20 видов) (Jangoux, 1990). Приспособленность симбионтов к обитанию на морских лилиях выражается, в частности, в наличии мимикрирующей окраски (Potts, 1915; Rao & Sowbhagyavathi, 1972; Чесунов и др., 1989). Окраска многих симбионтов соответствует различным цветовым вариациям лилий. Локализация симбионтов на теле морских лилий разнообразна (Чесунов и др., 1989): симбионты встречаются на оральном диске среди цирр (креветки, моллюски) или на аборальном диске среди пиннул (крабы), офиуры также встречаются на руках. Одни из наиболее часто встречающихся паразитов -мизостомиды встречаются на руках, на аборальной стороне диска, в гонадах, целомической полости или в пищеварительном тракте (Jangoux, 1990). Питание симбионтов разнообразно. Они могут перехватывать пищевые частицы из амбулакральных желобков лилии, как некоторые мизостомиды и полихеты, могут питаться муциновыми выделениями лилии на которых поселяются бактерии, как креветки и галатеиды, могут воровать пищевые частицы изо рта хозяина, как копеподы и офиуры, могут фильтровать пропльшающие мимо частицы, как галатеиды, могут поедать других симбионтов, как, например, креветки питающиеся симбиотическими копеподами, и, наконец, могут вести паразитический образ жизни как некоторые мизостомиды и моллюски (Fishelson, 1974; Чесунов и др., 1989; Jangoux, 1990; Morton & Mladenov, 1992). К настоящему времени опубликовано значительное число работ, посвященных таксономическим описаниям или экологии симбионтов морских лилий (Fishelson, 1966; Bruce, 1982; Ng & Lim, 1990; Eeckhaut et al., 1998 и др.). Вместе с тем, имеется лишь малое число работ, которые рассматривают морских лилий и ассоциированных с ними симбионтов как единое сообщество.
Более того, большинство из них носят описательный характер, и затрагивают рассмотрение особенности биологии и межвидовые отношения симбионтов в подобных ассоциациях лишь поверхностно. Так, Поте (Potts, 1915) описал фауну, ассоциированную с коматулидами, собранными на Большом Барьерном Рифе и отметил особенности окраски, распределения и поведения симбионтов. Четкое соответствие окраски симбионтов и хозяев, а также строгая специфичность была отмечена для мизостомид (Rao & Sowbhagyavathi, 1972) после изучения морских лилий и их симбионтов из Бенгальского залива. Фишелсон (Fishelson, 1974) опубликовал результаты изучения 14 видов коматулид из Красного моря и подробно описал питание их симбионтов. Змарзли (Zmarzly, 1984) опубликовал список видов симбионтов, найденных на четырех видах морских лилий с Маршаловых островов с некоторыми ремарками относительно распределения симбионтов по хозяевам и их локализации. Подобный список симбионтов коматулид был приведен Чесуновым с соавторами (1989) после изучения экземпляров, собранных на Мальдивских островах. Описание животных, заселяющих морские лилии Tropiometra afromacrodiscus с некоторыми замечаниями относительно особенностей их питания были представлены Мортоном (Morton, 1988). Что касается работ, специально посвященных изучению факторов, определяющих распределение симбионтов по морским лилиям, то в настоящее время они фактически ограничиваются двумя публикациями: Мортона и Младенова (Morton & Mladenov, 1992) и Фабрициуса и Дейла (Fabricius & Dale, 1993). В первой работе дан довольно краткий анализ специфичности симбионтов. Авторы данной работы показали, что симбионты делятся на две группы - настоящие (облигатные) симбионты и случайные (факультативные). Во второй работе было отмечено низкое влияние специфичности и межвидовых отношений симбионтов на их распределение, но при этом была показана четкая корреляция поведения морских лилий и количества заселяющих их симбионтов.
Наблюдения в аквариуме
Наблюдения за поведением, локализацией и характером распределения крабов и полихет по голотуриям проводились в аквариумах совместного Российско-Вьетнамского Тропцентра. При наблюдениях за локализацией в один аквариум помещались 2 голотурии Holothuria leucospilota и 2 краба - самка и самец, или 2 голотурии и три полихеты (2 самки и один самец). Каждые 2-3 часа отмечалось расположение симбионтов на теле хозяев. Всего было проведено 25 наблюдений для крабов и 22 для полихет. Для получения данных о характере заселения голотурий крабами L. orbicularis, были проведены следующие эксперименты. В дальние концы аквариума помещались 2 экз. голотурии Н. leucospilota (рис. 4). После этого в центр аквариума помещались 2 экземпляра крабов (самка и самец). Их распределение по хозяевам фиксировалось через 40 минут. Всего было проведено 10 экспериментов. Промерялись все собранные симбионты, кроме краба Chlorodiella aff. barbata и копепод Scombicornus lobulatus. У полихет под бинокуляром промерялась ширина тела (в дальнейшем ШТ) на уровне 10-14 сегментов с точностью до 50 мкм. При промерах черви рассматривались с дорсальной стороны, т.к. с вентральной стороны, в отличие от других полиноид, у G. clavigera присутствуют вентральные лопасти, что делает промер непосредственно ширины тела невозможным. При измерениях параподии игнорировались, и в качестве ШТ было взято расстояние от места схождения пары параподии с одной стороны тела до места схождения соответствующей пары с другой. Многие из собранных червей были представлены не интактными особями, а отдельными фрагментами, поскольку полихеты фрагментируются при сборе и фиксации. Длина тела подсчитывалась для всех интактных особей, а также для всех фрагментированных особей, у которых удавалось собрать все фрагменты тела. У крабов под бинокуляром с помощью окуляр-микрометра измеряли максимальную длину (ДК) и ширину (ШК) карапакса с точностью до 50 мкм. В дальнейшем в качестве параметра, отражающего размер краба, рассматривается только ШК, поскольку она в большинстве случаев оказалась больше длины и соответственно при промерах ошибка определения ШК оказалась меньше чем у ДК. У рыб (как и взрослых, так молоди и личинок-тенуисов) промерялась общая длина тела с помощь линейки с точностью до 1. В качестве параметра, отражающего размеры креветок P. imperator, была взята максимальная длина карапакса, от конца рострума до точки, максимально вдающейся в абдомен. Промеры проводились под бинокуляром с точностью до 50 мкм. У моллюсков под бинокуляром с точностью до 50 мкм промерялась максимальная длина раковины, от зародышевой камеры до самой нижней точки последнего завитка.
Определение пола. Пол определялся у полихет G. clavigera, крабов L. orbicularis, креветок P. imperator и копепод S. lobulatus. Для определения пола полихет 1-2 фрагмента из середины тела изучались под бинокуляром или микроскопом (в зависимости от размера самого червя). Пол определялся по наличия семенников со спермиями, сперматоцитами или сперматозоидами у самцов или яйцеклеток у самок. Пол крабов определялся по форме абдомена самки и самца, а также по наличию плеопод (у самки) или гонопод (у самца). Пол креветок определялся по наличие appendix masculinae на вторых плеподах самцов и соответственно отсутствию таковых у самок. Пол копепод определялся при изучении животных с помощью сканирующего микроскопа. Самцы отличались от самок наличием крупных максилипед, а также значительными меньшими размерами тела. Определение плодовитости и стадии развития гамет. Стадии развития гамет определялись у самок G. clavigera. Плодовитость же определялась у самок крабов L. orbicularis. Для получения данных по сезонности размножения гастролепидий были изучены стадии развития ооцитов самок и семенников самцов, собранных в разные месяцы года. Всего для каждого сезона (первый сезон - январь, февраль, март, второй - апрель, май, июнь и т.д.) было отобрано по 4-7 самок и 4-5 самцов. После восходящей проводки по спиртам, и ксилолу, черви были заключены в парафин. Парафиновые блоки разлагали на срезы толщиной 6-8 мм с помощью салазочного микротома. Окраска производилась железным гематоксиленом по Гейденгайну. Полученные образцы заливались канадским бальзамом и изучались под световым микроскопом. Для определения плодовитости крабов у самок с яйцекладками яйца аккуратно удаляли с помощью пинцета, равномерно распределяли их по дну ванночки, разделенному на квадраты, и количество яиц подсчитывали под бинокуляром в десяти из сорока квадратов, после чего полученное значение умножали на четыре. Затем, измеряли максимальный диаметр 60 случайно выбранных яиц и определяли стадию их развития по видоизмененной схеме Такеда с соавт. (Takeda et al., 1997): 1-я стадия -недавно отложенные яйца с оранжевым желтком по всей поверхности, 2-я стадия -яйца с выраженной "тканевой шапочкой", 3-я стадия была охарактеризована наличием черных глаз у эмбриона. Описание травли При разборе материала травмы тела были найдены у полихет Gastrolepidia clavigera, крабов Lissocarcinus orbicularis, а также креветок Periclimenes imperator. У полихет отдельно отмечались так называемые мелкие и крупные травмы. Классифицировались они аналогично работе Бритаева и Замышляк (Britayev & Zamyshliak, 1996). Мелкие травмы представляли собой травмы конечностей (прежде всего параподий, а также головных антенн и пальп) которые были оторваны или откушены и, в последствии, частично регенерировали или же не регенерировали. Крупные травмы выявлялись по наличию регенерировавших задних концов тел. Третий же тип травм, указанный данными авторами, а именно отсутствие задних сегментов тел без следов регенерации, по-видимому, является артефактом - результатом утраты заднего конца тела полихет при фиксации в результате автотомии. Соответственно этот тип травм в данной работе не рассматривается. У крабов отдельно отмечались травмы конечностей и карапакса. Повреждения карапакса были зарисованы при помощи окулярной сетки. У креветок Periclimenes imperator отмечалось наличие травм конечностей. Изучение спектра питания. Спектр питания исследовали у крабов Lissocarcinus orbicularis, полихет Gastrolepidia clavigera, рыб Carapus homei и креветок Periclimenes imperator.
При изучении питания полихет было вскрыто 65 особей, собранных на голотуриях Actinopyga echinites, Holothuria atra и Stichopus chloronotus (10, 10 и 45 особей соответственно), 15 крабов с четырех видов голотурий (Я. atra, Н. leucospilota, S. chloronotus и S. variegatus), 10 рыб Carapus homei, найденных в Stichopus chloronotus и 5 креветок Periclimenes imperator, собранных с голотурий Stichopus variegatus. При планировании выборки по возможности отбирались особи из разных размерных групп и разного пола. После вскрытия, содержимое кишечников или желудков с помощью пипетки переносилось на покровное стекло в каплю, представляющую собой смесь глицерина и 70% спирта, и изучалось под световым микроскопом. В дальнейшем, пищевые частицы изучались под микроскопом. При определении остатков спикул из кишечников полихет использовались ключи, данные в работах Шербонье (Cherbonnier, 1988), а также Кларка и Рове (Clark и Rowe, 1971). Изучение морофологии ротовых аппаратов. Особенности строения ротовых аппаратов отдельно изучались у крабов Lissocarcinus orbicularis и копепод Scambicornus lobulatus при помощи сканирующего электронного микроскопа. Копеподы и крабы обезвоживались в восходящей серии спиртов, затем высушивались методом критической точки с использованием СОг. Далее образцы помещались на алюминиевые столики, напылялись золотом и изучались при помощи сканирующего микроскопа JEOL JSM 6100. Описание мегалопы крабов Lissocarcinus orbicularis. Мегалопы крабов были найдены на голотуриях Holothuria leucospilota вместе со взрослыми особями и молодью (23 находки). Поскольку выборка молоди, встреченной вместе с мегалопами (с шириной карапакса (ШК) 5 мм) оказалась значительной (11 особей), то самый маленький краб был описан в качестве первой пост личиночной стадии. Мегалопы и первая пост личиночная стадии помещались в глицерин и препарировались с помощью заточенных энтомологических булавок. Отпрепарированные конечности помещались на предметное стекло, в глицериновую каплю и изучались с помощью светового микроскопа. Рисунки были сделаны с помощью рисовального аппарата ЛОМО РА-7. В процессе фиксации и хранения материала некоторые щетинки и иглы отломались. Везде, где это было возможно, факт утери игл или щетинок определялся по кутикулярному кольцу, образуемому в месте их прикрепления.
Анализ совместной встречаемости симбионтов
Анализ совместной встречаемости симбионтов представляет собой ключ в понимании характера межвидовых отношений. Для их выявления были использованы данные, полученные в результате модельного эксперимента (см. «материал и методика»), а для верификации использовались данные, полученные в ходе проведения Fisher s Exact Test. При сравнении результатов фактической частоты встреч и результатов, полученных при модельном эксперименте, обращает на себя близость фактических значений и значений, полученных в результате модельного эксперимента (см. табл. 18). Это свидетельствует о том, что при совместном заселении голотурий у симбионтов не проявляются отрицательные антагонистические взаимодействия, т.е. симбионты не избегают друг друга. Подобной близости значений также четко соответствуют результаты Fisher s Exact Test (табл. 18 Б, Г, Е, 3). Большая частота фактических встреч, чем полученных в результате модельного эксперимента (плюсы на таблице 18 Г, Е, 3) скорее всего, является результатом того, что симбионты разных видов предпочитают заселять более крупные голотурии (см. «влияние различных факторов на экстенсивность и интенсивность заселения» - «размер хозяина»), что неминуемо приводит к повышению частоты совместных встреч. Отмечу, что фактор размера голотурии игнорировался при планировании выборок для модельного эксперимента. Особый интерес представляет собой сравнение фактических и теоретических частот встреч рыб С. homei и С. mourlani, а именно, значительно меньшая фактическая частота совместных встреч данных видов рыб (0), чем полученная в результате модельного эксперимента (3.3). Антагонистические взаимодействия С. homei и С. mourlani, очевидно, вызваны межвидовой конкуренцией, которая обусловлена сходной биологией этих таксономически близких видов. Очевидно, подобная схожесть в биологии не может не приводить к конкуренции в связи с занятием данными видами схожих экологических ниш. Также интересно подчеркнуть, что во многих работах, посвященных биологии карапид С. mourlani зачастую путается с С. homei (Jangoux, 1990) что говорит о выраженной морфологической близости данных видов рыб.
Факторы, влияющие на экстенсивность и интенсивность заселения хозяев симбионтами. Экстенсивность и интенсивность заселения симбионтами своих хозяев являются важнейшими характеристиками, отражающими характер распределения симбионтов по голотуриям. Изучение факторов, определяющих интенсивность и экстенсивность заселения симбионтами голотурий позволит во многом предсказывать характер распределения симбионтов по голотуриям, что в свою очередь имеет прогностическое значение для таких прикладных сфер как марикультура или биоиндикация. Очевидно, на экстенсивность и интенсивность заселения влияет ряд, как абиотических, так и биотических факторов. В силу специфики работы и характера сбора материала, проанализировать многие из них, такие, например, как соленость, глубина, плотность поселения хозяев и т.д. по ряду причин оказалось невозможно. В то же время, методика сбора материала позволяет проанализировать воздействие на распределение симбионтов, таких факторов, как вид и размер хозяина, географическое положение, сезон и год сбора материала. Анализу этих факторов и посвящен данный раздел. - 3.3.1. Вид хозяина (специфичность). Как показано выше, определенные виды симбионтов встречаются только на определенных видах голотурий. Встречаемость симбионтов на различных видах голотурий представлена в таблице 3. Можно заметить, что различным симбионтам свойственна различная широта диапазона заселяемых видов голотурий. Очевидно, подобное явление во многом объясняется разницей в размерах выборок симбионтов и голотурий. Но, также очевидно, что данное обстоятельство не играет определяющей роли. Так, рыбы С. homei, несмотря на большое количество находок, были встречены только на одном виде голотурии - S. chloronotus. В то время как крабы L. orbicularis даже при меньшем числе находок, были обнаружены на 5 видах голотурий. То же относится и к голотуриям. Например, при небольшой выборке голотурий S. variegatus с этого вида было собрано 5 видов симбионтов, в то время как с превышающей в два раза выборке A. echinites — всего 1. Безусловно, это является результатом специфичности симбионтов. При этом влияние специфичности проявляется не только в присутствии или отсутствии данного вида симбионта на определенном виде голотурии. Оно также определяет степень интенсивности и экстенсивности заселения голотурий симбионтами. Так, при рассмотрении экстенсивности и интенсивности заселения голотурий полихетами G. clavigera (табл 19) наибольшие значения экстенсивности были отмечены для голотурий S. variegatus (выборка В. tennuissima слишком мала, чтобы по ней делать выводы относительно интенсивности и экстенсивности заселения). Также для этого вида отмечены наибольшие значения интенсивности заселения (выборки заселенных В. graeffi, Н. leucospilota, В. tennuissima также слишком малы). Необходимо отметить, что в процессе сбора материала были обнаружены два различных типа голотурий Н. leucospilota: 1) мелководные (мелкие особи (средняя длина голотурий 17,85 см), поселения были расположены на глубине 1-3 м) и 2) глубоководные голотурии (более крупные особи (средняя длина равнялась 32,81 см), были встречены на глубине 5-Ю метров). Как видно из таблицы, экстенсивность заселения сильно варьирует в зависимости от типа голотурий. Что же касается крабов L. orbicularis, то для них отмечен несколько иной характер распределения по голотуриям (табл. 20). Наибольшая экстенсивность, средняя и максимальная интенсивность отмечены для Holothuria leucospilota. Причем, если отдельно рассмотреть мелководную и глубоководную форму данного вида, то бросается в глаза строгое предпочтение крабами именно глубоководной формы. Отмечу также, что все личинки крабов - мегалопы были собраны именно с этого вида хозяина. Очевидно, аггрегированное оседание молоди (см. выше) и приводит к максимальным значениям интенсивности заселения. Интересно отметить, что для активно заселяемых полихетами S. variegatus, отмечены довольно низкие значения интенсивности и экстенсивности заселения крабами. Другой же вид этого рода - S. chloronotus заселяется крабами еще слабее (для него отмечены минимальные значения экстенсивности заселения).
Изо всей относительно большой выборки A. echinitus (63 экземпляра) не было встречено ни одной особи, заселенной крабами. Для рыб С. homei отмечен крайне узкий диапазон заселяемых видов голотурий -всего 1 (табл. 21). Значения средней интенсивности, близкие к 1 (1.04), а также невысокое значение максимальной интенсивности свидетельствует о наличии внутривидового антагонизма. Список хозяев другой рыбы-симбионта - С. mourlani несколько шире и включает в себя еще один вид голотурии, S. variegatus (табл. 22). Более высокие значения экстенсивности заселения этого вида голотурии по сравнению со S. chloronotus свидетельствует о его предпочтении в качестве хозяина. Значения средней и максимальной интенсивности равные 1 также как и у другого вида карапид говорят о территориальности. Креветки P. imperator, также как и другие симбионты демонстрируют дифференциацию в степени предпочтения различных видов голотурий (табл. 23). Интересно отметить, при рассмотрении только заселяемых видов максимальные и минимальные значения экстенсивности, средней и максимальной интенсивности отмечены для голотурий одного рода - Stichopus variegatus и S. chloronotus. Это позволяет предполагать, что таксономическая близость не является фактором, определяющим сходность степени заселения голотурий. Она может определяться, например, размерами хозяев (подробнее см. ниже). При рассмотрении характера заселения голотурий симбионтами всех видов (табл. 24) обращает на себя внимание тот факт, что для голотурий 5". variegatus показаны максимальные значения средней и максимальной интенсивность заселения (3.48 и 12 соответственно). Интересно отметить, что максимальная экстенсивность заселения всеми видами симбионтов отмечена для представителей семейства Stichopodidae: голотурий S. variegatus и S. chloronotus (89.3 % и 70.6 %). Однако если рассматривать отдельно глубоководную и мелководную форму Н. leucospilota, то можно сказать, что глубоководная форма в большей степени предпочитается симбионтами, чем S. chloronotus. Наименьшие значения экстенсивности заселения симбионтами отмечены для голотурий Bohadschia graeffei и Actinopyga echinites. Для этих же голотурий показаны самые низкие значения максимальной и средней интенсивности заселения (1, 25.0 и 2, 27.7 соответственно).
Половая и размерная структура поселений
Как было показано выше, в поселениях полихет G. clavigera и крабов L. orbicularis преобладают самки, причем с увеличением размеров особей их относительная численность увеличивается. Возникает вопрос, с чем связано такое смещение в соотношении полов? Джоливе с соавторами (Jollivet et al, 2000) предложил несколько гипотез, объясняющих смещение полов в популяции симбиотической полихеты Branchipolynoe seepensis: 1) Часть жизненного цикла самцы проводят во внешней среде, мигрируя от одного хозяина к другому, и не попадают в выборку; 2) Смертность самцов выше, чем самок; 3) Протандрический гермафродитизм. К этому списку может быть добавлено еще три гипотезы: 4) Продолжительность жизни самок больше, чем самцов; 5) Половой димморфизм: самцы полихет и крабов меньше самок того же возраста; 6) Количество самцов снижается с размерами в результате воздействия паразитов, изменяющих с возрастом вторичные половые признаки самцов (Overstreet, 1983). Последняя гипотеза применима только к крабам L. orbicularis. Из этого списка можно исключить протандрический гермафродитизм. Это подтверждается наличием и самок и самцов в одних и тех же размерно-возрастных группах и, для полихет, гистологическими данными. Остальные гипотезы не являются взаимоисключающими, т.е. наблюдаемое соотношение полов может формироваться под действием нескольких причин. Следует подчеркнуть, что гипотеза 4, включает в себя гипотезу 2: более высокая смертность самцов является одной из, но не единственной причиной разной продолжительности жизни. Ниже указанные гипотезы рассмотрены подробнее. Гипотеза 1. Миграции самцов или самок с хозяина на хозяина в поисках полового партнера вероятно присущи и полихетам и крабам. О наличии миграций свидетельствуют находки полихет и крабов с окраской абберантной для симбионтов, обитающих на данном виде голотурии. Такие, как, например, находки крабов L. orbicularis с контрастной окраской (свойственной особям, обитающим на Holothuria atra) на темной и монотонной Holothuria leucospilota или находки полихет G. clavigera с окраской, присущей особям, заселяющим Stichopus variegatus, на голотуриях S. chloronotus (см. раздел «окраска» в главах, посвященных биологии соответствующих видов). Косвенно о наличии миграции свидетельствует отсутствие корреляции в размерах симбионтов и голотурий. Можно предположить, что миграционная активность полихет, образующих постоянные пары с не выраженным межполовым антагонизмом, вероятно ниже, чем крабов, обладающих высокой степенью внутривидового антагонизма и образующих временные пары, вероятно только для размножения. Выводы о продолжительности существования пар делались согласно частотам их встречаемости - стабильно высокой для полихет и низкой — для крабов.
Необходимо отметить, что сходное предположение также рассматривается в работе, посвященной биологии Pinnixa tumida (Takeda et al., 1997) в качестве возможного объяснения значительного превышения числа самок над числом самцов. Гипотеза 2 и 4. О меньшей продолжительности жизни самцов свидетельствует меньшее количество мод на гистограмме их размерно-частотного распределения по сравнению с таковым у самок (4 и 5 соответственно). Более короткий срок жизни самцов полихет и крабов может быть результатом более высокой смертности самцов от хищников во время миграций (гипотеза 2) или действия генетических факторов. Гипотеза 5. О половом диморфизме косвенно свидетельствует смещение мод на гистограмме частотно-размерного распределения самцов G. clavigera влево по сравнению с таковыми у самок. Также о половом диморфизме косвенно свидетельствует тот факт, что в большинстве пар, как у полихет, так и крабов самки крупнее самцов. Гипотеза 6. Уменьшение числа самцов L. orbicularis в крупных размерных классах может быть результатом воздействия корнеголовых паразитов, которые способные изменить пол краба с возрастом (гипотеза 5). С учетом того, что процент только явно зараженных особей значителен, это явление, бесспорно оказывает влияние на половую структуру популяции. Как показано нами, среди молодых особей и полихет и крабов преобладают самцы. Это интересный факт, заслуживающий специального внимания. Поскольку селективная смертность молоди самок маловероятна, то наблюдаемое смещение соотношения полов в сторону самцов в мелких размерных классах можно рассматривать, как механизм, компенсирующий повышенную смертность половозрелых самцов в период размножения и, вероятно имеющий генетическую природу. Вполне допустимо и предположение о генетической природе меньшей продолжительности жизни самцов. При сравнении фактических и теоретических частот встреч пар, в которых самцы оказались крупнее самок, обращает на себя внимание сильное превышение фактических значений над теоретическими у крабов и наоборот - у полихет. А именно: для L. orbicularis теоретическое значение равно 1.30, а фактическое - 3.0. В то время как для G. clavigera - данные значения равны 24.03 и 13. Вряд ли такое отличие можно считать случайностью. Предположительно, это свидетельствует об агрессивности поведения крабов и ее отсутсвия у полихет. Возможно, что в среднем более мелкие и, следовательно, более беззащитные самцы крабов специально стараются выбирать более мелких самок при образовании пар. Интересно отметить, что в литературе упоминаются факты выборочного образования пар для облигатного комменсала кораллов Trapezia ferruginea (Adams et al., 1985). И в этом случае при образовании пар самцы стараются выбирать партнера меньшего по размеру. Частотно-размерное распределение полихет G. clavigera, слабо отличается при рассмотрении выборок с различных видов хозяев. Только гистограмма частно-размерного распределения полихет, собранных с Н. atra, сильно отличается от остальных массовыми находками молоди. Можно предположить, что данное является результатом предпочтения оседания личинок полихет на этот вид голотурии. Различия между выборками крабов L. orbicularisc различных хозяев по характеру размерно-частотного распределения несколько более выражены, чем у полихет. Наиболее резко, высокой численностью молоди, выделяется выборка крабов с Н. leucospilota. Напомню, все 4 экземпляра личинок - мегалоп были найдены именно на этом виде голотурий. Вероятно, этот хозяин, в силу каких-то причин, наиболее привлекателен для оседающих личинок. 4.3. Особенности размножения и формирования симбиотических ассоциаций. 4.3.1. Сезонность размножения. Одним из важнейших факторов, влияющим на сезонность размножения морских гидробионтов является температура (Thorson, 1946).
Поскольку в тропических водах сезонные колебания температуры выражены слабо, то интересно проследить, насколько характерна сезонность для тропических гидробионтов. Полученные данные позволяют сделать это для трех наиболее многочисленных симбионтов голотурий: полихеты G. clavigera, краба L. orbicularis и рыб С . homei. Наличие ооцитов на 1-й и 3-й стадиях развития во все сезоны, также как и находки сперматозоидов в нефридиях свидетельствуют о том, что размножение G. clavigera протекает круглогодично. Вместе с тем, этому виду свойственна сезонность размножения. Об этом свидетельствуют 1) различия в частотах встреч ооцитов на 1-й и 3-й стадиях оогенеза в разные сезоны с максимумом в апреле-июне и октябре-декабре; 2) наличие выраженных мод на гистограмме частотно-размерного распределения частота находок молоди в январе-феврале и, наконец; 4) линии роста на челюстях, которые отражают сезонность размножения у полиноид (Бритаев, Белов, 1993). Таким образом, G clavigera свойственно круглогодичное размножение, с выявленным первым пиком - в декабре, и возможно вторым - в июне. Крабы L. orbicularis, согласно находкам яйценосных самок и молоди размножаются круглогодично. Возможно, у них также существуют пики размножения, но исследованный материал не позволяет проверить эту гипотезу. Косвенно о наличии сезонности размножения свидетеьствует наличие нескольких мод на гистограммах частотно-размерно распределения крабов. Наконец, многочисленные находки личинок -тенуисов С. homei в январе-марте, указывают на наличие пика размножения в ноябре-декабре, так как период личиночного развития карапид приблизительно равняется трем месяцам (Smith et al., 1981). О сезонности размножения также косвенно свидетельствует наличие нескольких мод на гистограмме частотно-размерного распределения рыб. Итак, по крайней мере, для двух, из трех исследованных видов голотуробионтов, характерно сезонное размножение, с максимальной активностью в осенние месяцы (октябрь-декабрь). Именно на эти месяцы приходится осенний муссон, приводящий к небольшому снижению солености и температуры воды, выносу биогенов и резкому снижению прозрачности.
