Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы. 9
1.1 Трематоды рода Himasthla (Dietz, 1909), распространение, систематика и биология. 9
1.2 Методические подходы и терминологическая основа проведения популяционного анализа жизненного цикла трематод . 22
Глава 2, Характеристика районов исследования. 30
Глава 3. Материал и методы. 37
3.1 Методы сбора и паразитологического обследования моллюсков. 37
3.2 Методы паразитологического обследования птиц . 39
3.3 Прочие методы. 41
Глава 4. Систематическая часть. 42
4.1 Представители рода Himasthla (Dietz, 1909) паразитирующие в чайках. 42
4.2 Представители рода Himasthla (Dietz, 1909), паразитирующие в куликах. 53
4.3 Трематоды рода Himasthla (Dietz, 1909) из моллюсков Littorina saxatilis Кандалакшского залива Белого моря . 56
4.4 Зараженность морских птиц Баренцева моря различными видами химастлин. 60
Глава 5. Фазовый анализ жизненного цикла трематод вида Himasthla larina. 68
5.1 Гемипопуляция яиц. 69
5.1.1 Особенности биологии. 69
5.1.2 Пространственно-временная структура. 71
5.2 Гемипопуляция мирацидиев. 72
5.2.1 Пространственно-временная структура 73
5.3 Микрогемипопуляция партенит. 74
5.3.1 Пространственно-временная структура. 75
5.3.2 Сезонная динамика микрогемипопуляции редий. 83
5.3.3 Особенности формирования размерной и численной структуры локальных микрогемипопуляции. 89
5.4 Гемипопуляция церкарий, 94
5.4.1 Особенности биологии. 94
5.4.2 Особенности формирования и пространственно-временная структура локальных гемипопуляций, 97
5.5 Гемипопуляция метацеркарий. 105
5.5.1 Особенности биологии. 105
5.5.2 Пространственно-временная структура. 107
5.6 Гемипопуляция марит. 111
Глава 6. Обсуждение. 114
6.1 Особенности формирования очагов заражения трематод рода Himasthla в прибрежных биоценозах Баренцева моря, 114
6.2 Факторы, определяющие успех представителей рода Himasthla в биоценозах прибрежного комплекса Баренцева моря. 118
Выводы 125
Литература
- Методические подходы и терминологическая основа проведения популяционного анализа жизненного цикла трематод
- Методы паразитологического обследования птиц
- Трематоды рода Himasthla (Dietz, 1909) из моллюсков Littorina saxatilis Кандалакшского залива Белого моря
- Пространственно-временная структура
Введение к работе
Актуальность проблемы. Паразитические организмы
являются непременными компонентами практически всех существующих морских и наземных экосистем. Взаимодействуя со своими животными-хозяевами, они могут оказывать влияние на видовой состав, биомассу и биологическую продуктивность биоценозов. Трематоды или дигенетические сосальщики (класс Trematoda) - группа паразитических плоских червей, интерес к которой не ослабевает уже на протяжении полутора столетий. С одной стороны наличие большого числа опасных паразитов человека и хозяйственно-значимых морских и наземных организмов определяет внимание к этой группе со стороны ученых-практиков, а с другой - трематоды, с их уникальным жизненным циклом, давно стали объектом исследований общезоологической и общебиологической направленности (Гинецинская, 1968; Прокофьев, 1995; Галактионов, Добровольский, 1998). В работах последних направлений последнее время все больше получает развития концепция, согласно которой жизненный цикл трематод рассматривается, как способ существования вида в природе, как система адаптации от молекулярного до биоценотического уровня. Такой подход позволяет объединить многочисленные и, зачастую, разнородные данные, накопленные по разным группам дигиней.
В процессе своей эволюции трематоды освоили различные типы экосистем, в том числе и морскую литораль. Это экологическая зона, в которой осуществляется интенсивное взаимодействие между морскими беспозвоночными, орнитофауной, наземными и водными позвоночными, поэтому здесь складываются благоприятные условия для реализации паразитическими
организмами их сложных жизненных циклов (Зеликман, 1950). Однако, с другой стороны, для литорали, и в особенности для литорали Севера, характерна резкая смена экологической обстановки. Прежде всего, это связано с приливно-отливными циклами, которые обуславливают периоды отсутствия воды, что чрезвычайно важно для трематод, которые сохраняют зависимость от капельной влаги.
В ходе приливно-отливного цикла на организмы, обитающие в этой зоне, воздействует целый ряд таких неблагоприятных факторов, как инсоляция, гидродинамизм, обсыхание, значительные колебания температуры. Такие сложные условия и привели к возникновению, ставшего расхожим, понятия — "экологический ад литорали" (Зеликман, 1966, Галактионов, 1987).
В такой обстановке на литорали Баренцева моря реализуют свои жизненные циклы представители около 10 семейств трематод. При этом, наряду с представителями наиболее высокоразвитых семейств, таких как, например, Microphallidae, здесь встречаются группы дигиней, считающихся достаточно примитивными {Echinostomatidae и Notocotylidae) (Белопольская, 1952; Галактионов и др., 1997).
Настоящая работа посвящена представителям одной из таких примитивных групп - трематодам рода Himasthla (Trematoda:Echinostomatidae). Понимание того, как группа, в жизненном цикле которой сохраняется целый ряд архаичных особенностей (созревание яиц во внешней среде, наличие активно плавающих мирацидиев, наличие нескольких поколений редий, свободноплавающих церкарий, которые инцистируются во втором промежуточном хозяине), сумела достичь определенного успеха в таком биоценозе, как литораль арктического бассейна,
может оказать существенную помощь в изучении процесса эволюции жизненных циклов трематод и их биологической радиации в экосистемы различных типов.
Цели и задачи исследований. В связи с вышеизложенным целью настоящей работы стало определение фауны химастлин и изучение особенностей биологии и жизненного цикла, позволяющих им успешно циркулировать в прибрежных биоценозах Баренцева моря.
В соответствие с поставленной целью были сформулированы следующие задачи:
Определить виды рода Himasthla, встречающиеся на побережье Баренцева моря.
Выявить виды, которые постоянно циркулируют в прибрежных биоценозах региона и виды, появление которых носит эпизодический характер.
Изучить пути циркуляции химастлин.
Провести фазовый анализ жизненного цикла химастлин, включающий в себя: изучение особенностей биологии, пространственно-временного распределения и популяционной организации отдельных фаз жизненного цикла.
Определить условия возникновения очагов заражения этой группой трематод.
Дать оценку факторам, определившим успех представителей рода Himasthla в биоценозах прибрежного комплекса Баренцева моря.
Научная новизна работы. Настоящая работа является первым комплексным исследованием биологии и жизненных циклов трематод рода Himasthla циркулирующих в прибрежных биоценозах Баренцева моря. Описан новый для науки вид и расшифрован его жизненный цикл. Впервые проведен фазовой анализ жизненного цикла одного из видов этой группы. Получены новые данные по биологии, пространственному распределению и сезонной динамике отдельных фаз жизненного цикла вида Я. larina.
Практическая значимость. Трематоды рода Himasthla являются паразитами многих беспозвоночных, в том числе и имеющих промысловое хозяйственное значение. Поэтому результаты работы будут иметь практическое значение при организации прибрежных марихозяйств, а также для моделирования и прогнозирования паразитологической ситуации в регионе.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на конкурсе молодых ученых Кольского Научного Центра РАН (Апатиты, февраль 1998 г.), на конференциях молодых ученых Мурманского Морского Биологического института (Мурманск, апрель 1996, 1998, 2000 и 2002 г.г.). Материалы диссертации были представлены на международных конференциях "Ecological parasitology on the turn of millennium" (С-Петербург, июль, 2000) и «Проблемы современной паразитологии» (Петрозаводск, октябрь, 2003)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и списка цитируемой литературы. Работа включает в себя 138 страниц машинописного текста, 17 рисунков, 13 таблиц. Библиография содержит 103 наименования, из них 71 на русском языке.
Автор считает своей приятной обязанностью поблагодарить своего научного руководителя д.б.н. П.Р. Макаревича, он также благодарен Президенту Паразитологического общества РФ д.б.н. К.В. Галактионову и профессору С.-ПбГУ к.б.н А.А. Добровольскому, советами которых он пользовался в ходе настоящей работы.
Автор благодарен своим оппонентам д.б.н. С.Ф. Тимофееву и к.б.н. Н.А. Пахомовой.
Автор выражает признательность сотрудникам ММБИ В.В. Куклину, совместно с которым проводились начальные этапы работ по паразитологическому мониторингу, Е.И. Дружковой и П.А. Любину за консультации по компьютерной обработке собранного материала, В.В. Ларионову, А. А. Шавыкину и В.В. Денисову за помощь при редактировании рукописи, С.Ф. Марасаеву, Е.А. Марасаевой, М.В. Макарову, М.В. Митяеву, М.В. Герасимовой и И.В. Рыжик за помощь при организации работ в поселке Дальние Зеленцы.
Автор приносит глубокую благодарность директору ММБИ академику РАН Г.Г. Матишову за поддержку паразитологических исследований и настоящей работы.
Методические подходы и терминологическая основа проведения популяционного анализа жизненного цикла трематод
Экологическое направление является одним из основных в паразитологии. Его основы заложены трудами В.А. Догеля (1947) и его многочисленных учеников. Именно этой школой разработаны методы эколого-фаунистического анализа, которые и по сей день используются паразитологами.
Вместе с классическим аутэкологическим подходом, в 60-70 годы прошлого века начинает усиленно развиваться и синэкологическое, по своей сути, направление. В его основе лежит представление о том, что паразиты являются такими же сочленами биоценозов, как и их хозяева, а вызываемые ими болезни относятся к числу нормальных экологических явлений (Беклемишев, 1970). Таким образом, основным направлением исследований этого профиля является задача выяснить экологическую роль паразитов в биоценозах (Галактионов, 1993).
Вместе с тем, при всей многоплановости синэкологических исследований, в большинстве работ рассматриваются не жизненные циклы паразитов в целом, а их отдельные стадии. Так, у трематод в первую очередь анализируются группировки марит в окончательных хозяевах. Другие стадии жизненного цикла изучены, с этой точки зрения, значительно хуже. Особенно это касается партеногенетического поколения в промежуточных хозяевах (Галактионов, 1993).
Реальный же вид любого паразитического организма существует в природе как жизненный цикл, в ходе которого осуществляется закономерное чередование отдельных стадий (как паразитических, так и свободноживущих), и каждая его стадия характеризуется своим набором морфологических, физиологических, биологических и экологических адаптации. Кроме того, даже эволюция личиночных и половозрелых фаз жизненного цикла может идти независимо, если они приурочены к различным средам обитания (Шмальгаузен, 1966).
Поэтому при проведении популяционных исследований жизненного цикла трематод, с одной стороны необходимо вести дифференциальный анализ его фаз, а с другой стороны рассматривать его как целостную систему, которая выступает как самостоятельная единица биоценоза.
Методический подход, который позволил разрешить это противоречие был разработан К.В. Галактионовым (1984, 1993) и А.А. Добровольским (1984) на примере представителей семейства Microphallidae (Trematoda:Microphallidae). По мнению самих авторов: он представляет «интеграцию системы взглядов В.А. Догеля на жизненные циклы паразитов и В.Н. Беклемишева на структуру их популяции» (Галактионов, 1993).
В жизненном цикле паразитов закономерно чередуются два процесса: дисперсия и аггломерация (Догель, 1947). Аггломерация может быть как эндогенной, так и экзогенной. В случае эндогенной аггломерации попавшая в организм хозяина инвазионная единица в результате цикла (или циклов) размножения дает начало группировке паразитов. В дальнейшем ее численность может или оставаться постоянной, или варьировать в зависимости от ряда факторов, оставаясь, как правило, на уровне, который позволяет сохранять стабильность взаимоотношений в конкретной системе паразит-хозяин (Догель, 1947; Sousa, 1983; 1990; Горбушин, 2000 и др.). Последнее происходит в том случае, когда данная стадия жизненного цикла способна неограниченно долгое время воспроизводить себе подобных.
Иная картина наблюдается в случае экзогенной аггломерации, которую в последнее время принято называть аккумуляцией (Галактионов, Добровольский, 1984). При этом особи паразита накапливаются (аккумулируются) в хозяине в ходе повторяющихся актов заражений.
Если при эндогенной аггломерации числовой и экологический фактор заражения будут определять только экстенсивность инвазии, то при аккумуляции они так же определяют и ее интенсивность, поскольку, чем больше инвазионного начала содержится во внешней среде и чем теснее связаны с ним потенциальные хозяева, тем больше вероятность заражения (Ошмарин, 1979).
Методы паразитологического обследования птиц
Как уже было отмечено, основными районами по исследованию паразитофауны литоральных моллюсков и изучению динамики микрогемипопуляций личинок химастлин были избраны губы Ярнышная и Дальнезеленецкая (Восточный Мурман).
Перед началом программы многолетних наблюдений в июле-августе 1994 года была проведена общая паразитологическая съемка губ, и определены районы, наиболее удобные для подобных исследований. С этой целью из восьми точек губы Ярнышной, и 4 точек губы Дальнезеленецкой, расположенных в районах с различными типами литорали, были отобраны качественные пробы литоральных моллюсков Littorina saxatilis, L. obtusata и Mytilus edulis.
После определения постоянных точек мониторинговых исследований (кутовая часть г. Ярнышной, и западная часть бухты Оскара (рис. 2)) началась работа по изучению сезонной и многолетней динамики микрогемипопуляций личиночных стадий химастлин. В качестве основного объекта паразитологического мониторинга были выбраны моллюски Littorina saxatilis. В период с 1996 по 1998 год было отобрано 9 сезонных проб этих гастропод. Моллюсков собирали с поверхности обнажающихся во время отлива камней со среднего и нижнего горизонтов литорали (не менее 600 моллюсков в пробе).
При камеральной обработке, моллюсков разбивали на размерные классы с интервалом в 2 мм и высчитывали показатели экстенсивности инвазии (общая и отдельно в каждом размерном классе).
Начиная с 1999 года программа была существенно расширена. Моллюсков отбирали с трех различных субстратов (поверхность камней, поверхность фукоидов и грунт под фукоидами). При этом размеры литторин учитывались уже во время сбора, так чтобы количество моллюсков различных размерных классов было одинаковым (по 100 экз.).
Кроме исследований в пос. Дальние Зеленцы, был проведен отбор проб литоральных гастропод в ходе двух экспедиций по губам и заливам Кольского полуострова в 1998 и 2002 г.г. (более подробно мы остановимся на этом в разделе 5.3)
Паразитологическое обследование производилось на живом материале (Галактионов и др., 1988). Моллюсков извлекали из раковины, а затем в чашке Петри с небольшим количеством воды помещали под стереомикроскоп МБС-10. Определение видовой принадлежности партенит и личинок трематод велось на прижизненных влажных препаратах. Перед определением паразиты анестезировались нагреванием в капле морской воды до температуры 50-70 С.
Кроме обследования литторин в 1996-1997 г.г. в кутовой части губы Ярнышной было отобрано по три пробы мидий - Mytilus edulis (по 100 экземпляров в каждом размерном классе).
У свежедобытых птиц снималась шкурка, и проводился наружный осмотр тела. При вскрытии у птицы отпрепаровывались все внутренние органы. Кишечник подразделялся на участки 5 см длиной, каждый из которых вскрывался отдельно.
Содержимое каждого участка аккуратно соскабливалось предметным стеклом со стенки кишки и помещалось в стаканы с подогретой до 40 С смесью морской и пресной воды в пропорции 1:1. Проводилось взмучивание, а через некоторое время отстоявшаяся над осадком вода сливалась в чашку Петри. Затем выполнялся ее контроль на наличие паразитов. После ряда "взмучиваний-сливов" осадок помещался в чашку Петри с водой и просматривался для обнаружения паразитов под стереомикроскопом (бинокуляром) МБС-10.
Содержимое кишечника мелких птиц (кулики, птенцы моевки), а также выборочно отдельные экземпляры крупных чаек, исследовалось компрессорным способом (Быховская-Павловская, 1985).
Обнаруженных гельминтов фиксировали 70% этиловым спиртом. Из зафиксированных таким образом трематод изготавливали тотальные препараты, окрашенные квасцовым кармином (Иванов и др., 1981). По этим препаратам проводилась их видовая идентификация. Рисунки марит трематод выполняли на стереомикроскопах «Биолар» и «Микмед-1» снабженных рисовальным аппаратом РА-7. Рассчитывали стандартные показатели зараженности паразитами: экстенсивность (ЭИ) и интенсивность (ИИ) инвазии.
Трематоды рода Himasthla (Dietz, 1909) из моллюсков Littorina saxatilis Кандалакшского залива Белого моря
Необходимость добавления данного раздела в работу, посвященную представителям химастлин Баренцева моря, связана с тем, что мариты представителей этого рода, обладая достаточно высокой продолжительностью жизни (Loos-Frank, 1967), способны перемещаться со своими хозяевами (морскими птицами) на значительные расстояния. Поэтому возможно ожидать появления на баренцевоморском побережье Кольского полуострова птиц, зараженных химастлинами из других районов Кольского полуострова и, прежде всего, из сравнительно недалеко расположенного Кандалакшского залива Белого моря.
В 60-тых годах прошлого века исследования паразитофауны литоральных моллюсков этого региона были проведены Э.А. Зеликман. Всех обнаруженных химастлин она отнесла к виду Н. militaris. Однако сама Зеликман, следуя взглядам Дауэса, объединяла под этим названием виды Н. leptosoma, Я. militaris и Н. secunda (Dawes, 1946, Зеликман 1966). В настоящее же время ясно, что Я. leptosoma и Н. militaris являются самостоятельными видами, а существование вида Я. secunda вызывает большие сомнения (Loos-Frank, 1967; Lauckner, 1980, 1983).
В 1999 год в губе Чупа Кандалакшского залива нами были проведены исследования жизненного цикла химастлин, использующих в качестве первого промежуточного хозяина моллюсков L. saxatilis.
Методически работы проводили по той же схеме, что и при изучении жизненного цикла Н. larina (см. выше). Отличие заключается только в том, что выращивание марит проводили в птенцах сизой чайки {Larus canus) а паразитологическое обследование птиц было проведено уже на шестой день после заражения. В задней части тонкого кишечника двух экспериментально зараженных птенцов были найдены мариты рода Himasthla в количестве 12 и 15 экземпляров соответственно. Все черви были примерно одного размера - 4.1 -4.5 мм длины.
Последний момент особенно важен, поскольку, в отличие от птенцов серебристой чайки на Баренцевом море, птенцы сизых чаек Белого моря начинают получать в пищу моллюсков практически с самого рождения (Бианки, 1967). Однако значительная интенсивность инвазии и одинаковые размеры паразитов позволяет утверждать, что заражение птенцов произошло именно в ходе эксперимента. Описание. Все черви были примерно одного размера, до 4.5 мм длиной и около 0.45 мм шириной (табл. 7; рис. 7). Головной воротничок вооружен 29 шипами. На его переднем крае субтерминально расположена округлая ротовая присоска. Позади нее, иногда вплотную к ней прилегая, лежит вытянутый в длину фаринкс. В задней части тела друг за другом находятся крупные цельнокрайние семенники. Желточники тянутся от заднего края тела, не прерываясь, и достигают уровня дна половой бурсы. Яйца крупные-0.117-0.120 мм длины и 0.069-0.072 мм ширины.
По своей морфологии мариты химастлин, выращенные в ходе эксперимента, практически полностью совпадают с описанием марит Я. elongata, приведенном в работе Вердинга (1969) (табл. 7). Их несколько меньшие размеры, по сравнению с данными Loos-Frank (1967) (табл. 4), объясняются меньшей продолжительностью жизни самих паразитов. Число шипов, составляющих вооружение головного воротничка, у исследованных нами червей также совпадает с таковым у Я. elongata. Кроме того, именно для этого вида характерны такие крупные размеры яиц. У всех остальных видов рода Himasthla яйца заметно мельче (Скрябин, 1956; Loos-Frank, 1967; Werding, 1969). Таким образом, можно с уверенностью говорить о том, что химастлины, паразитирующие в моллюсках LittoHna saxatilis, относятся к виду Н. elongata.
Из обследованных нами восьми видов птиц зараженными химастлинами оказались пять видов: морская и серебристая чайки, морской песочник, кулик-сорока и камнешарка (табл. 8). В чайках зафиксирован только один вид - Himasthla larina, а в куликах два вида химастлин: Я. leptosoma и Я. militaris. Кроме того, описаны две новые формы - Himasthla sp. І в серебристой чайке и Himasthla sp. II в морском песочнике. В моевке, а так же в обыкновенной и стеллеровой гагах представителей рода Himasthla не обнаружено.
Пространственно-временная структура
Практически для всех групп трематод, партениты которых способны к переопределению характера отрождаемого потомства, характерна сложная сезонная динамика развития и размножения локальных микрогемипопуляции. На развитие и структуру группировок паразитов оказывают влияние сезонные изменения в активности и физиологическом состоянии первых промежуточных хозяев, а так же факторы внешней среды, которые могут ускорять или тормозить репродукционные процессы в партенитах (Русанов, Галактионов, 1984; Добровольский, Галактионов, 1998).
При проведении паразитологических вскрытий моллюсков в зависимости от характера и стадии развития отрождаемого взрослыми редиями потомства нами условно выделялось три типа локальных микрогемипопуляции партенит:
I тип — локальные микрогемипопуляции, в которых подавляющее большинство (более 80%) редий содержат зрелые и готовые к выходу церкарии;
II тип - локальные микрогемипопуляции редий с зародышевыми шарами и эмбрионами церкарии на ранних стадиях развития;
III тип - локальные микрогемипопуляции, в которых имеется значительное количество (более 20%) редий, отрождающих следующее поколение редий. Следует отметить, что ни разу не удалось найти моллюска, в котором все редий отрождали бы себе подобных. Обычно их количество не превышает 25-30%. Остальные редии в микрогемипопуляциях этого типа обычно содержат зрелых церкарий.
Как показали наши наблюдения, зараженность литторин редиями, различающимися по стадиям развития и характеру отрождаемого потомства, заметно варьирует на протяжении года (рис. 11). В первую очередь это касается редий, отрождающих следующее дочернее поколение редий (микрогемипопуляция III типа). Наибольшее количество моллюсков, содержащих паразитов на данной стадии, встречается в апрельских пробах и составляет от 25 до 45%. В дальнейшем этот показатель заметно падает и в течение летнего периода не превышает 5-8 %. Осенью он несколько возрастает (10-15%), оставаясь, однако, заметно ниже весенних показателей.
Таким образом, наиболее полное обновление состава микрогемипопуляций партенит происходит во второй половине весны в апреле-мае. Об этом свидетельствует и тот факт, что только в весенних пробах нам удавалось обнаруживать в моллюсках погибших дегенерирующих редий. В летний период подавляющее большинство партенит переходит на отрождение личинок гермафродитного поколения - церкарий. Однако полностью отрождение нового поколения редий не прекращается, что приводит к увеличению количества партенит, локализующихся в моллюсках.
В начале осени, в сентябре-октябре, у части редий происходит переопределение характера отрождаемого потомства. Это приводит к тому, что к наступлению холодов в моллюсках увеличивается число относительно молодых редий с возрастом не более 1.5-2 месяца, которые, по всей видимости, легче переносят неблагоприятные условия.
Микрогемипопуляции второго типа формируются в моллюсках, на наш взгляд, по двум причинам. Либо, когда происходит заметное обновление состава редий, вследствие феномена переопределения характера отрождаемого потомства. Либо, когда заражение моллюска химастлинами произошло относительно недавно, и мы имеем дело с молодой группировкой редий.
Таким образом, если весенние популяции второго типа возникают в основном по первой причине, то в дальнейшем в течение года их число связано с количеством моллюсков, инвазированных в текущий сезон. Последний показатель должен напрямую зависеть от количества окончательных хозяев - морских птиц, зараженных химастлинами, и определяющих в конечном итоге числовой фактор заражения, и от условий внешней среды, в которой происходит дозревание яиц, вылупление мирацидиев и заражение последними литторин (экологический фактор заражения) (Ошмарин, 1979).
