Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Материал и методы 16
1.1. Сбор эндобионтных инфузорий 16
1.2. Обработка материала 22
1.2.2. Подготовка материала и проведение исследований на электронно-микроскопическом уровне 24
1.2.3. Подготовка материала и проведение исследований на молекулярном уровне 25
1.3. Сбор и обработка данных по поведению хозяина 26
1.4. Применение методов кладистики 27
Выводы по 1 главе 28
Глава 2. Состояние изученности эндобионтных инфузорий млекопитающих 29
2.1. История открытия и описания видов и родов эндобионтных инфузорий млекопитающих 29
2.2. Современное состояние изученности видового состава и распространения эндобионтных инфузорий млекопитающих на Земле 41
2.3. Современные представления о системе эндобионтных инфузорий млекопитающих 43
2.3.1. Становление таксонов группы семейства и выше 43
2.3.2. Становление таксонов ниже группы семейства 55
2.3.2.1. Проблемы систематики офриосколецид 55
2.3.2.2. Систематика других эндобионтных инфузорий млекопитающих 67
2.4. Особенности строения клетки эндобионтных инфузорий 70
2.4.1. Ресничный аппарат 70
2.4.2. Кортекс 77
2.4.3. Скелетные образования 81
2.4.4. Вакуоль с конкрециями 85
2.4.5. Другие структуры клетки 87
2.5. Особенности питания эндобионтных инфузорий 90
2.5.1. Многообразие групп питания эндобионтных инфузорий 90
2.5.2. Захват и поглощение крупных пищевых частиц 91
2.5.3. Метаболизм углеводов 92
2.5.4. Метаболизм белков и других химических соединений 95
2.6. Культивирование эндобионтных инфузорий 98
2.7. Особенности размножения и конъюгации 100
2.8. Переживание эндобионтных инфузорий во внешней среде. 102
2.8.1. Цистообразование 104
2.8.2. Переживание желудочных инфузорий 104
2.8.3. Переживание кишечных инфузорий 105
2.9. Взаимоотношения между эндобионтными инфузориями 105
2.10. Взаимодействие с организмом хозяина 107
Выводы по 2 главе 112
Глава 3. Краткий обзор биологии млекопитающих - хозяев эндобионтных инфузорий 113
3.1. Особенности пищеварительных процессов у млекопитающих-фитофагов 113
3.2. Особенности поведения млекопитающих, влияющие на распространение и жизнедеятельность эндобионтных инфузорий 115
3.3 Краткий обзор современной фауны млекопитающих-фитофагов,
известных как хозяева эндобионтных инфузорий 119
3.3.1. Отряд Непарнокопытные - Perissodactyla 119
3.3.1.1. Распространение туркменского кулана Equus hemionus kulan (сем. Лошадиные, Equidae) 120
3.3.1.2. Питание куланов 121
3.3.1.3. Копрофагия у куланов 123
3.3.1.4. Водопойный режим 124
3.3.1.5. Стадность куланов 125
3.3.1.6. Особенности содержания лошадей различных пород 128
3.3.2. Отряд Парнокопытные - Artiodactyla 132
3.3.3. Отряд Мозоленогие - Tylopoda : 136
3.3.4. Отряд Приматы - Primates 137
3.3.5. Отряд Сумчатые - Marsupialia 138
3.3.6. Отряд Грызуны - Rodentia 140
3.3.7. Отряд Хоботные - Proboscidea 142
3.3.8. Отряд Даманы - Hyracoidae и другие млекопитающие 143
Выводы по 3 главе 144
Глава 4. Возможное происхождение и пути распространения на Земле млекопитающих - носителей инфузорной фауны 145
4.1. Происхождение современных растительноядных млекопитающих. 145
4.2. Происхождение и расселение растительноядных млекопитающих Старого Света и Северной Америки 146
4.3. Происхождение и распространение растительноядных млекопитающих Южной Америки... 149
4.4. Происхождение растительноядных млекопитающих Австралии 150
Выводы по 4 главе 152
Глава 5. Обзор фауны эндобионтных инфузорий'млекопитающих, изученных в данной работе 153
5.1. Фауна эндобионтных инфузорий лошадиных (кулан, лошадь, зебра, осел) 153
5.1.1. Фауна инфузорий туркменского кулана Equus hemionus kulan..157
5.1.2. Видовой состав инфузорий кишечника кулана 160
5.1.3. Распределение инфузорий по отделам кишечника кулана 166
5.1.4. Сравнение фаунистического состава эндобионтных инфузорий эквид из различных аридных зон 180
5.1.5. Особенности фауны эндобионтных инфузорий якутской лошади Equus caballus 183
5.1.6. Сравнение фаунистического состава эндобионтных инфузорий лошадей лесной зоны 195
5.2. Фауна эндобионтных инфузорий ряда, видов диких и домашних жвачных копытных аридной и таежной зон Евразии (полорогих и оленей) 199
5.2.1. Инфузории из желудка сайги Saiga tatarica 199
5.2.2. Инфузории из желудка снежного барана или толсторога Ovis nivicola 202
5.2.3 Инфузории из рубца домашних жвачных - быка Bos taurus, козы Capra hircus, овцы Ovis aries 204
5.2.4. Инфузории из рубца домашнего и дикого северного оленя Rangifer tarandus 208
5.2.5. Инфузории из рубца сибирской косули Capreolus pygargus и лося Alces alces 209
5.3. Фауна эндобионтных инфузорий редких млекопитающих,
содержащихся в зоопарках 210
5.3.1. Эндобионтные инфузории овцебыка Ovibos moschatus 211
5.3.2. Эндобионтные инфузории бегемота обыкновенного Hippopotamus amphibius. 212
5.3.3. Эндобионтные инфузории непарнокопытных: носорога
Ceratotherium simum и тапира Tapirus terrestris 213
5.3.4. Эндобионтные инфузории слонов Loxodonta africana и Elephas maximus 214
5.3.5. Эндобионтные инфузории капибары Hydrochoerus hydrochaeris 214
5.3.6. Эндобионтные инфузории верблюда Camelus bactrianus 214
5.3.7. Эндобионтные инфузории приматов 216
Выводы по 5 главе 217
Глава 6. Экология эндобионтных инфузорий млекопитающих 218
6.1. Трофические группы эндобионтных инфузорий 218
6.1.1. Трофические группы инфузорий в кишечнике лошадиных 220
6.1.2. Трофические группы инфузорий в желудке жвачных 228
6.2. Зависимость фауны инфузорий от характера питания и водопойного
режима хозяина 229
6.3. Зависимость фауны инфузорий от, особенностей поведения
хозяина : 231
6.3.1. Зависимость кишечных инфузорий от поведения хозяина 231
6.3.2. Зависимость желудочных инфузорий от поведения хозяина 233
6.4. Распределение эндобионтных инфузорий в группах хозяев 234
Выводы по 6 главе 237
Глава 7. Филогения трихостоматид 238
7.1. Оценка таксономических признаков трихостоматид 239
7.1.1. Морфологические признаки, отмечаемые при использовании светового микроскопа и традиционных методов окраски и серебрения 239
7.1.2. Особенности ультраструктуры, выявляемые при использовании электронного микроскопа 242
7.1.3. Последовательность нуклеотидов в генах 246
7.1.4. Другие признаки 247
7.1.5. Признаки, использованные в данном исследовании для построения филогенетического древа трихостоматид 248
7.2. Анализ филогенетических отношений в классе Litostomatea Small & Lynn, 1981 253
7.3. Анализ филогенетических отношений в подклассе Trichostomatia Butschli, 1889 255
7.3.1. Филогенетические отношения в группе австралийских трихостоматид 260
7.3.2. Филогенетические отношения вестибулиферид 261
7.3.3. Филогенетические отношения энтодиниоморфид 262
7.4. Основные направления эволюции трихостоматид 265
Выводы по 7 главе 268
Глава 8. Ревизия системы эндобионтных инфузорий млекопитающих 269
8.1. Ревизия системы семейств эндобионтных инфузорий, имеющих вакуоль с конкрециями (сем. Buetschliidae, Paraisotrichidae, Polydiniellidae) 269
8.1.1. Ревизия семейства Buetschliidae Poche, 1913 270
8.1.2. Ревизия семейства Paraisotrichidae Cunha, 1917 280
8.1.3. Ревизия семейства Polydiniellidae Kofoid, 1935 284
8.1.4. Новые диагнозы семейств, представители которых имеют вакуоль с конкрециями 286
8.2. Статус ряда проблемных родов трихостоматид 287
8.3. Ревизия системы подкласса Trichostomatia 290
8.3.1. Новый отряд Vertebratophilida ord. n 291
8.3.2. Отряды Vestibuliferida sensu п. и Entodiniomorphida sensu п...291
8.4. Ревизия системы эндобионтных сукторий 299
Выводы 300
Литература (842 наим.)
- Подготовка материала и проведение исследований на электронно-микроскопическом уровне
- Особенности строения клетки эндобионтных инфузорий
- Особенности поведения млекопитающих, влияющие на распространение и жизнедеятельность эндобионтных инфузорий
- Происхождение и расселение растительноядных млекопитающих Старого Света и Северной Америки
Введение к работе
Актуальность проблемы. Инфузории из пищеварительного тракта травоядных млекопитающих известны науке уже почти полтора века. За это время они служили объектами исследований в различных областях биологии. Изучены особенности ультраструктуры и метаболизма этих инфузорий, выявлено значительное число видов хозяев в различных географических точках. Тем не менее, проблемы систематики и филогении эндобионтных инфузорий млекопитающих до сйх пор не были решены.
К настоящему времени сложилась весьма неравномерная, фрагментарная картина изученности эндобионтных инфузорий. В мировой фауне описано более 500 видов эндобионтных инфузорий млекопитающих (Корнилова, 2004 а), однако подавляющее большинство видов не было изучено с момента описания, значительная часть исследований других видов ограничена методиками конца 19 - начала 20 века. На фоне определенных достижений в изучении легко получаемых и культивируемых инфузорий из рубца жвачных, преимущественно офриосколецид, сохранились огромные пробелы в знаниях об остальной многочисленной группе эндобионтных инфузорий из кишечника непарнокопытных, хоботных, приматов и грызунов.
Дефицит информации о таких семействах, как Buetschliidae, Ditoxidae, Spirodiniidae и ряда других затрудняет понимание становления и эволюции эндобионтных инфузорий. Родственные отношения эндобионтных инфузорий млекопитающих во всех известных системах моделируются без учета филогении и палеогеографии хозяина. Вследствие сложности в получении материала, а также из-за отсутствия определителей, фауна эндобионтных инфузорий млекопитающих редко оказывается объектом для изучения в современной зоологии. В конце XX века, к началу наших
8 исследований в литературе не было публикаций о фауне эндобионтных инфузорий таких специфических хозяев, как кулан, лошадь Пржевальского, якутская лошадь, сибирская косуля, якутский толсторог и ряда других редких копытных Средней Азии, Западной и Восточной Сибири.
Изучение хозяина, особенностей его распространения, пищевого и социального поведения, является важной и неотъемлемой частью изучения эндобионтных инфузорий. Однако в мировой литературе, посвященной эндобионтным инфузориям, хозяину почти не уделяется внимания. В большинстве случаев только называется вид и его местообитание, иногда -состав корма. Особенности поведения хозяина, неразрывно связанные с жизнедеятельностью эндобионтных инфузорий, его история и география остаются практически никем не отмеченные. В то же время, многие из млекопитающих - хозяева уникальной фауны эндобионтных инфузорий -находятся под угрозой исчезновения с лица Земли. Вместе с ними исчезнет множество видов эндобионтных инфузорий, так и оставшихся безымянными.
Цель и задачи работы. Основной целью настоящего исследования было проведение ревизии системы эндобионтных инфузорий млекопитающих с учетом всех имеющихся данных морфологии, ультраструктуры, молекулярного анализа ДНК этих инфузорий и современных представлений об их филогении, тесно связанной коэволюционными процессами - с особенностями происхождения, распространения и поведения хозяев.
Для этого были поставлены следующие задачи: - изучить всю имеющуюся литературу по описанию видов эндобионтных инфузорий млекопитающих. Собрать оригинальный материал и провести исследование малоизученных видов для уточнения и восполнения недостающих сведений о таксономически значимых признаках; обобщить накопленные в мировой литературе данные по особенностям строения клетки и генома, метаболизма эндобионтных инфузорий (на светооптическом, электронно-микроскопическом, биохимическом и молекулярном уровнях). Провести дополнительные самостоятельные исследования по этим вопросам; изучить адаптации и изменчивость эндобионтных инфузорий млекопитающих, основные направления эволюции приспособлений к захвату пищи, к локомоции, к укреплению покровов и ряда других; сформулировать представления о происхождении эндобионтных инфузорий млекопитающих, о возможных путях коэволюции инфузорий и хозяев. Оценить возможности распространения эндобионтных инфузорий млекопитающих в свете палеогеографических данных о хозяевах; - разработать схему филогенетических отношений основных таксонов эндобионтных инфузорий млекопитающих с учетом ультраструктурных, молекулярных, экологических особенностей инфузорий и особенностей пищеварения, поведения и распространения хозяев; провести ревизию системы эндобионтных инфузорий млекопитающих; составить атлас-определитель эндобионтных инфузорий млекопитающих.
Защищаемые положения:
1. Филогения эндобионтных инфузорий связана с особенностями строения, распространения, пищевого и социального поведения млекопитающих - хозяев. Приуроченность инфузорий к определенному хозяину может выступать как весомый диагностический признак и должна учитываться в кладистических построениях.
2. Предлагается новая система современных эндобионтных инфузорий млекопитающих. Согласно этой системе все эндобионтные
10 инфузории млекопитающих (за исключением сукторий) включены в подкласс Trichostomatia, при этом подвергается ревизии подкласс Trichostomatia, ряд семейств и родов. Принято подразделение подкласса Trichostomatia на 3 отряда (из них один новый), в составе которых принимаются 22 семейства, 127 родов.
Научная новизна. Впервые в мировой практике проведено сравнительно-морфологическое исследование всех известных групп эндобионтных инфузорий млекопитающих; изучена ультраструктура ряда представителей семейств Buetschliidae, Ditoxidae, Spirodiniidae, Cycloposthiidae; сделан молекулярный анализ ДНК (гена 18S рРНК) инфузорий, обитающих в кишечнике лошадиных.
Произведена ревизия видоспецифичных признаков, выявлены ценные, ограниченно ценные и несущественные для систематики признаки.
Составлен и опубликован аналитический обзор истории исследований эндобионтных инфузорий млекопитающих за' весь период их изучения, составлена сводка по всем известным видам этих инфузорий (Корнилова, 2004).
Составлен и опубликован определитель инфузорий лошадиных (1995, переиздан в 2003). Определитель эндобионтных инфузорий млекопитающих составлен и готовится к печати.
Исследована фауна инфузорий кишечника эндемичных якутской лошади и туркменского кулана, и определены комплексы характерных для них эндобионтных видов. Данные комплексы являются специфичными для исследуемых хозяев.
Осуществлена инвентаризация видового состава эндобионтных инфузорий ряда копытных в аридной и таежной зонах Евразии, в результате которой выявлено более 100 видов и форм инфузорий, многие из которых являются новыми для фауны бывшего Советского Союза. Разработаны новые методы сбора и обработки материала для исследований.
Описаны 3 новых рода и 6 новых видов эндобионтных инфузорий, а также новый отряд.
Теоретическое и практическое значение работы. Результаты исследований дополняют современные представления о биологических особенностях, системе и филогении инфузорий. Полученные данные могут оказать помощь исследователям в понимании коэволюционных процессов в комплексах "эндобионт-хозяин". Они позволяют сделать определенные выводы относительно происхождения и эволюции исследованной группы.
Проведена сравнительно-морфологическая оценка систематической значимости разнообразных признаков трихостоматид и на основании их комплекса предложена оригинальная система подкласса Trichostomatia, объединяющая около 500 видов эндобионтных инфузорий.
Собрана, каталогизирована и хранится на кафедре зоологии РГПУ им. А. И. Герцена коллекция фиксированных эндобионтных инфузорий 136 видов из 27 видов хозяев.
Доказана возможность использования коллекционных формалиновых препаратов с долгим сроком хранения в электронно-микроскопических исследованиях эндобионтных инфузорий.
Уточнен диагноз кишечных заболеваний некоторых приматов, содержащихся в зоопарках, предложены меры по профилактике балантидиаза.
Разработан метод прижизненного нетравматического взятия проб у жвачных млекопитающих, который позволяет проводить мониторинг фауны эндобионтов одних и тех же особей хозяина на протяжении многих лет.
Разработан "метод калиброванной капли", который позволяет более быстро и эффективно проводить анализ проб содержимого
12 пищеварительного тракта исследуемых млекопитающих на предмет одновременного выявления комплекса видов эндобионтных инфузорий, их плотности и процентного соотношения, морфометрических параметров клеток.
Созданы и апробированы определители видов эндобионтных инфузорий, которые могут использовать в своей работе зоологи, протозоологи, ветеринары, паразитологи, экологи, преподаватели и студенты вузов, учителя школ, руководители детских биологических кружков.
Материалы диссертации и отработанные методы исследований используются и могут быть использованы в таких курсах для студентов и магистрантов вузов, как "Зоология, беспозвоночных", "Протистология", "Физиология домашних животных", "Экология животных", "Зоогеография", "Зоопсихология и сравнительная психология", "Паразитология", "Теория эволюции". Эндобионтные инфузории млекопитающих используются для демонстрации строения клетки инфузорий, знакомства с экологическими группами простейших, для освоения методов работы с определителями в вузе и в школе (Корнилова 1999,2003 г).
Часть результатов исследования использована при написании учебников по биологии для 9 и 11 класса средней школы с грифом "Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации", а также учебного пособия по экологии для студентов педвузов. Апробация работы:
Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры зоологии Российского государственного педагогического университета им. А. И. Герцена (Санкт-Петербург, 1987 -2005), кафедры зоологии беспозвоночных Санкт-Петербургского государственного университета (2004, 2006), кафедры физиологии Якутской государственной сельхозакадемиии (2001, 2003, 2004), на семинарах
13 Института ветеринарной медицины Якутской государственной сельхозакадемии (Якутск, 2001, 2003, 2004), межвузовских конференциях "Вопросы экологии и охраны природы" (Горно-Алтайск, 1992), "Биология и экология в системе современного образования" (Ставрополь, 1994); международной конференции "Экология и образование" (Петрозаводск, 1994), научно-практической конференции посвященной юбилею профессора Пономаревой И. Н. "Современные проблемы методики обучения биологии и экологии" (Санкт-Петербург, 1999), научно-практической конференции "Проблемы Северо-Запада: экология и образование" (Санкт-Петербург, 1999), VI Российско-Американской научно-практической конференции, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга (Санкт-Петербург, 2003), международной научно-практической конференции "Биосфера и человек" (Майкоп, 2001), I и II научно-практической конференции "Проблемы методики биологии и экологии в условиях модернизации образования" (Санкт-Петербург, 2003, 2004), I и II международной научно-практической конференции "Животные в антропогенном ландшафте" (Астрахань, 2003, 2004), III и V Всероссийской научно-практической конференции "Биологическая наука и образование в педвузах (Новосибирск, 2003, 2005), III методологической конференции "Методология и методика научных исследований в биологическом и экологическом образовании" (Санкт-Петербург, 2003), II и III научно-практической конференции "Функциональная морфология, экология и жизненные циклы животных" (Санкт-Петербург, 2002, 2003), IV научно-практической конференции "Экологическое образование и экологическая наука: сотрудничество и проблемы (Архангельск, 2004), IV международных чтениях памяти профессора В. В. Станчинского (Смоленск, 2004).
Публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 70 печатных работах, в том числе в 2 монографиях, 2
14 брошюрах, 36 статьях (из них 2 - в печати), 30 материалах докладов международных и всероссийских конференций (из них 1 - в печати). Одна статья опубликована за рубежом.
Благодарности
Выражаю искреннюю признательность своему учителю Сухановой Ксении Мироновне, определившей для меня направление в моих научных исследованиях и до последнего дня своей жизни помогавшей ценными советами. Я благодарна профессору Пономаревой Ирине Николаевне, которая является для меня эталоном в научной и педагогической деятельности, не позволяет мне останавливаться на достигнутом, оказывает неоценимую помощь во всех областях моей жизни и научной деятельности. Я благодарна профессору Соломину В. П. за моральную поддержку на всех этапах работы; д-ру биол. наук Карпову С. А. и канд. биол. наук Добровольскому А. А. (РГПУ им. А. И. Герцена) за внимательное прочтение моих рукописей и ценные, благожелательные советы; д-ру биол. наук Янковскому А. В. (ЗИН РАН, С-Петербург) за предоставленные печатные работы и фиксированные материалы редких групп инфузорий, за подробное обсуждение вопросов строения и распространения эндобионтных инфузорий, за ценные критические замечания и поддержку; д-ру биол. наук Черновой Н. М. (МПГУ) и проф. Гвоздеву М. А. (РГПУ им. А. И. Герцена) за моральную поддержку и добрые советы; д-ру биол. наук Серавину Л. Н. (СПбГУ) за проявленный интерес к работе и ценные замечания при обсуждении вопросов поведения простейших; д-ру биол. наук Фокину С. И. (СПбГУ) за критические замечания по рукописи моей первой монографии; канд. биол. наук Сковородкину И. Н. (ЦИН РАН) за помощь в проведении исследовательских работ по секвенированию ДНК инфузорий; д-ру биол. наук Брагиной Е. Е. (МГУ) и м.н.с. Чистяковой Л. В. (БиНИИ СПбГУ) за помощь в освоении электронной микроскопии. Я глубоко признательна
15 докторам Денису Линну и Михаэле Струдер-Кипке (Канада) за обсуждение вопросов систематики инфузорий и за помощь в проведении исследовательских работ по секвенированию ДНК инфузорий; д-ру Эрне
Эшт (Австрия) за предоставленные печатные материалы и обсуждение вопросов таксономии; д-ру Стефену Камерону (Австралия), д-ру Соичи
Имаи и д-ру Акире Ито (Япония), д-ру Бурку Дехорити (США) и д-ру Вутеру ван Ховену (ЮАР) за обсуждение ряда вопросов биологии и экологии эндобионтных инфузорий млекопитающих, а также за предоставленные материалы и любезное разрешение воспроизводить в печати иллюстрации из их работ. Я очень благодарна профессору А. И. Павловой и всем сотрудникам Института ветеринарной медицины Якутской государственной сельхозакадемии за бескорыстную помощь и искреннюю поддержку, а также руководству ЯГСХА за предоставление транспорта, высококлассного лабораторного оборудования и квалифицированных научных сотрудников. Я благодарна руководителям, ветврачам и другим сотрудникам заповедников, зоопарков, цирков, конезаводов, ипподромов и спортивных секций, помогавшим мне собирать материал для исследований и наблюдать за животными. Я благодарна сотрудникам отечественных и зарубежных библиотек, помогавшим мне в поисках редких изданий. Я благодарна коллегам - сотудникам кафедры зоологии РГПУ им. А. И. Герцена, чьими советами и помощью пользовалась, а также многим сотрудникам факультета биологии РГПУ им. А. И. Герцена, с которым связана вся моя научная биография. Я благодарна моей многочисленной семье, все члены которой проявили большую заботу и оказали посильную помощь в выполнении этой работы.
Подготовка материала и проведение исследований на электронно-микроскопическом уровне
Часть работы проведена на нефиксированном свежем материале из пищеварительного тракта млекопитающих. Пробы из слепой и толстой кишки, из рубца и жвачки до микроскопирования сохраняли теплыми в термоконтейнере и исследовали неразбавленными или разбавленными в свежем фильтрате (отфильтрованной жидкости из кишечника или рубца). Пробы из фекалий помещали в теплый (38 - 40) раствор Рингера-Локка и начинали обследование не позже 1-2 часов после испражнения животного.
Для подогрева инфузорий использовали чашку Петри с теплой водой (40 - 45 С), которую подкладывали под препарат. Двигательную активность инфузорий фиксировали видеозаписью, затем данные перемещали на персональный компьютер Pentium-З с устройством видеозахвата AVerMedia, AVerTV WDM Video Capture, где они проходили дальнейшую обработку.
Основную часть сборов фиксировали 4% нейтральным формалином. Материал, предназначенный для дальнейшей обработки по методу "калиброванной капли", помещался в подогретый до 37-38 градусов 4%
формалин, равный по объему самой пробе. Для этого пенициллиновые бутылочки или более крупную тару предварительно калибровали двумя метками, определяющими равные объемы наливаемой жидкости. Формалин заранее наливали до уровня нижней метки. Во время взятия пробы материал подкладывали пинцетом или ложкой в бутылочку до тех пор, пока общий объем пробы вместе с формалином не достигал верхней метки.
Инфузорий окрашивали метиловым зеленым (0,1% р-р метилового зеленого в 1% р-ре уксусной кислоты), нейтральным красным (0,001%), аптечным раствором Люголя. С целью избирательного выявления ядерного аппарата были использованы реакция Фельгена и кислый гемалаун Майера. Инфрацилиатуру инфузорий импрегнировали протарголом по Бодиану.
Рисунки сделаны с помощью рисовального аппарата, а также по контурам фотографий, фотосъемку производили цифровой фотокамерой Nikon Coolpix 4500 с использованием микроскопов МБИ-6 и МБИ-11 с насадкой МФН-11 и тубусом-адаптером ЛОМО.
Измерение инфузорий проводили окулярным микрометром (х220, х440 и хбОО). Изучение морфометрии проведено на случайных выборках. При этом каждый раз измеряли не менее 50 экземпляров инфузорий, а для видов, встречавшихся единично - не менее 20 экземпляров.
Численность инфузорий в 1 мл содержимого желудочно-кишечного тракта, встречаемость разных видов определяли по методу "калиброванной капли" (Корнилова, 2004 ж). Непосредственно перед приготовлением микропрепарата отстоявшуюся пробу в бутылочке перемешивали, чтобы получилась однородная по густоте смесь. При этом в 1 мл смеси насчитывалось практически столько же инфузорий, сколько было в 0.5 мл содержимого ЖКТ в момент взятия пробы.
Каплю пробы наносили на предметное стекло пипеткой с предварительно измеренным объемом одной капли, что позволило произвести дальнейшие расчеты по плотности инфузорного населения.
Встречаемость инфузорий определяли в процентах от общего числа видов в данном отделе кишечника или желудка, для этого подсчитывались подряд все инфузории по методу "калиброванной капли" Некоторые виды встречались единично, для них процент встречаемости не указывали.
Для сравнения фауны инфузорий из разных хозяев, из разных мест использовали индекс Чекановского-Сьеренсена. Этот метод основан на анализе сходства между парами фаун животных-хозяев. Значение индекса определяется как отношение удвоенного числа общих видов (то есть, присутствующих в обоих списках) в сравниваемых фаунах к сумме всех видов обеих фаун.
Материал обработан стандартными статистическими методами (Лакин, 1980). Использовали компьютерную программу "Statistica for Windows V5.0".
Сборы, предназначенные для электронно-микроскопических исследований фиксировали 2,5% р-ром глутаральдегида на 0,1 М какодилатном буфере (рН 7,2 или 7,4) и хранили при комнатной температуре на протяжении до 2 лет. Формалиновые сборы эндобионтных инфузорий млекопитающих также оказались пригодны для электронно-микроскопических исследований (Корнилова и др., 2006). Так, например, были успешно приготовлены препараты для ТЭМ после хранения инфузорий из кишечника кулана в 4% формалине более 17 лет (см. Приложение 5).
Для трансмиссионной электронной микроскопии отмытые клетки инфузорий помещали в 1% или 1,25% OsC в 0,1М какодилатном буфере (1 ч., 0 С), обезвоживали в спиртах и пропиленоксиде, и заключали инфузорий (поштучно) в смесь аралдита с эпоном. Ультратонкие срезы получали на ультрамикротомах Reichert III С и Reichert-Jung OMU 2, контрастировали насыщенным водным раствором уранилацетата (1 ч) и цитратом свинца (5 мин) и изучали на электронных микроскопах Hitachi 12 и Tesla Bs 500 (на медных сеточках и на блендах). Полученные негативы обрабатывали на сканере Agfa Snapscan-52 со слайд-слимом.
Для сканирующей электронной микроскопии отмытые клетки инфузорий дегидратировали в спиртах возрастающей концентрации и ацетоне, сушили методом перехода критической точки СОг. Препараты напыляли золотом и исследовали в электронном микроскопе Cambridge.
Особенности строения клетки эндобионтных инфузорий
Реснички эндобионтных инфузорий хорошо видны при сравнительно небольшом увеличении, поэтому на их расположение, длину и толщину, характер биения указывали практически все исследователи. Уже в ранних работах отмечались скопления ресничек в виде правильных рядов, лент, пучков как на поверхности тела, так и в погруженном вестибулюме (Bundle, 1895; Cunha, 1914 а; Гассовский, 1919). У многих трихостоматид произошла значительная редукция соматической цилиатуры, компактное группирование ресничных пучков и дуг, оформление глубокого, хорошо армированного, часто втяжного вестибулюма с хорошо развитой адоральной цилиатурой.
Редукция соматической цилиатуры развилась независимо у таких групп, как Macropodiniidae (австралийские три хостоматиды), Buetschliidae, Blepharocorythidae, Entodiniomorphina. В каждой из этих групп есть виды с большей или меньшей степенью выраженности ресничного покрова на теле. Среди бючлид встречаются как полностью покрытые ресничками Holophryoides ovalis и Prorodonopsis coli, так и голые Gymnobuetschlia omnivora и G. папа, у которых имеются только адоральные реснички. Из остальных видов можно выстроить плавный ряд переходных форм от ресничных к почти полностью безресничным (см. Приложение, рис, 4.9, 4.10).
В пределах семейства Blepharocorythidae наблюдаются инфузории с хорошо развитой соматической цилиатурой (Spirocorys indicus) и с высокой степенью ее редукции (Blepharocorys valvata, В. microcorys) (см. Приложение, рис. 4.11).
Подотряд Entodiniomorphina представлен инфузориями, у которых большая часть тела голая и даже лишена кинетосом, а соматическая цилиатура сгруппирована в пучки или дуги. Самыми голыми из энтодиниоморфин являются представители родов Entodinium, Campylodinium, Endoralium, Pseudoentodinium, Lavierella, Arachnodinella, Phalodinium - у них имеется только адоральная цилиатура, и притом вся она полностью втяжная (см. Приложение, рис. 4.12, 4.15).
Среди инфузорий отряда Vestibuliferida, традиционно считавшегося "полноресничным", недавно были также обнаружены виды с тенденцией к редуцированию соматической цилиатуры: Dasytricha kabanii, Latteuria poly/aria, L. media, L. trifaria, Uropogon urai (см. Приложение, рис. 4.3, 4.4).
Многие эндобионтные инфузории имеют мощные ресничные образования - цирры ("цирри"), или синцилии (по Gelei, Sebestyen, 1932). Ленты или дуги синцилиев иногда называют "полибрахикинетами" (Ito, Imai, 1998, 2003, 2005; Ito et al., 2001). Разделение синцилиев можно наблюдать только в дистальной их части (ундулиподии), тогда как кинетосомы в их основании располагаются сплошными плотными рядами (Герасимова, Серавин, 1979; Grain, 1994 б). Самостоятельное биение отдельных синцилиев свидетельствует о физиологической обособленности одного синцилия от другого (Герасимова, Серавин, 1979). До настоящего времени характер внешнего вида ресничного покрова эндобионтных инфузорий млекопитающих используется систематиками как диагностический признак таксонов всех уровней.
Первым исследователем, обратившим внимание на кратное количество ресничек и их основных дериватов у инфузорий, был Шубоц (Schubotz, 1909). В своем фундаментальном исследовании эндобионтной инфузории Pycnothrix monocystoides из кишечника дамана Шубоц писал: "количество этих очень нежных фибрилл [в эктоплазме] соответствует количеству ресничек" и даже высказал осторожное предположение, что другие волокнистые структуры в клетке также являются производными ресничек: "... здесь [видим] интересный случай непосредственной связи ресничек с мионемами. Возникает вопрос, связаны ли мионемы функционально с ресничками. Это кажется a priori невероятно... Ничего похожего у инфузорий ранее не было встречено" (Schubotz, 1909).
В 1914 году Роберт Шарп (Sharp, 1914) обнаружил так называемый "нейромоторный аппарат" у Epidinium ecaudatum и подробно описал фибриллярные структуры инфузории. Позже "нейромоторный аппарат" был изучен у Balantidium (MacDonald, 1922), Isotricha (Kate, 1927), Dasytricha (Kate, 1928), Ophryoscolex (Fernandez-Gal iano, 1949) и Endiplodinhtm (Fernandez-Galiano, 1956). Первоначально предполагалась некая регулирующая движения инфузорий функция "нейромоторного аппарата" или "моториума" по аналогии с центральной нервной системой многоклеточных животных, однако уже в 30-х гг. XX века ученые высказывали сомнение в оправданности подобных аналогий (Rees, 1930, 1931; Стрелков, 1939). В настоящее время признается опорная роль фибриллярной системы "нейромоторного аппарата" (Grain, 1994 б). Фибриллы этой системы связаны в своем происхождении главным образом с адоральными синцилиями и с орализованными ресничками погруженного вестибулюма. Успехи в исследованиях фибриллярной системы оказались важны для развития понимания филогении и систематики эндобионтных инфузорий (Timothee, 1952;Noirotimothee, 1958а, 1963;Grain, 1963а,1965).
В дальнейшем много работ было посвящено исследованием ресничного аппарата эндобионтных инфузорий (Gelei, Sebestyen, 1932; Roth, Shigenaka, 1964; Imai et al., 1979 r, 1983 6; Imai, Yamasaki, 1988). При этом особое развитие получила методика выявления инфрацилиатуры инфузорий импрегнацией серебром. Ряд работ посвящен инфрацилиатуре внешней поверхности клетки инфузории (Kantor, 1956; Fernandez-Galiano, 1958, 1959; Grain, 1962, 1963 б, в; Wolska, 1964 а, б, 1980 a, Furness, Butler, 1986), часть исследований охватывает также инфрацилиатуру погруженного вестибулюма (Grain, 1963 б, в, 1964 б, Wolska, 1964 в; Ito, Imai, 1998, 2000 а, б, 2003; Ito et al., 2001).
Особенности поведения млекопитающих, влияющие на распространение и жизнедеятельность эндобионтных инфузорий
При описании эндобионтной фауны млекопитающих исследователи традиционно мало внимания уделяют самому хозяину, ограничиваясь упоминанием места его обитания, перечислением свойств поедаемых растений, иногда приводя данные по кислотности в разных отделах пищеварительного тракта. По нашему мнению, следует специально изучать особенности поведения и биологии хозяина: стадность, пищевое поведение, копрофагию, миграции, груминг и межвидовые взаимодействия, а также происхождение. В своей работе мы приводим краткие сведения по особенностям биологии некоторых млекопитающих, эндобионтная инфузорная фауна которых оказалась в поле зрения протозоологов.
Среди особенностей поведения млекопитающих-фитофагов, являющихся необходимыми условиями передачи эндобионтного населения от одного хозяина к другому, следует назвать копрофагию и груминг. Копрофагия в первую очередь обязательна для передачи кишечных микроорганизмов, груминг - для передачи желудочных. Копрофагия является облигатным компонентом "двойного пищеварения" у зайцеобразных и многих грызунов (Наумова, 1981).
Для крупных "заднекишечных" фитофагов, таких как слоны, носороги, лошади и др., поедание собственного кала не характерно, однако они охотно поедают свежий кал своих сородичей, а также других животных. Копрофагия позволяет восполнить недостаток в организме микроэлементов, витаминов, питательных веществ и влаги. Первичное заселение микроорганизмами желудочно-кишечного тракта происходит главным образом при поедании детенышем фекалий своей матери или ближайших сородичей в стаде. У жеребят при табунном содержании к 5-6 месячному возрасту уже полностью сформировано эндобионтное население желудочно-кишечного тракта, характерное для взрослого животного (Корнилова, 2003 а).
Копрофагия не имеет строгой видовой приуроченности. Так, мы наблюдали, что куланы на Барсакельмесе поедали фекалии лошадей, сайгаков, сусликов и лис. В Аскании-Нова мы наблюдали, как куланы поедали фекалии лошадей Пржевальского и наоборот. В Ленинградском зоопарке мы наблюдали, как при мытье клеток водой из шланга обезьяны (разные виды макак и лемуров) целенаправленно вылавливали из потока грязной воды фекалии белоруких гиббонов и немедленно их съедали сами или угощали друг друга. Известно, что в Африке фекалии слонов поедаются приматами и другими млекопитающими. Таким образом, спектр потенциальных хозяев для кишечных инфузорий достаточно велик. И многие из них освоили сразу несколько видов хозяев и продолжают осваивать новых (Корнилова, 2004 а, в, е).
Копрофагия - явление, связанное не только с физиологическими потребностями организма млекопитающего, но и с социальным поведением животного. "Социальная" копрофагия у многих крупных копытных наблюдается в период размножения. Так, например, табунные жеребцы во время гона активно поедают фекалии кобыл, пришедших в охоту, при этом жеребцы испытывают сильное возбуждение. Встреченные фекалии соперника вызывают у самцов крупных копытных одновременно и копрофагию, и нарастающее состояние агрессии (Корнилова, 1988, 2003 а).
У "преджелудковых" млекопитающих копрофагия встречается гораздо реже, чем у "заднекишечных". При этом она может выступать дополнительным, но не обязательным способом передачи эндобионтных микроорганизмов. Главный путь заселения микроорганизмами преджелудков - "изо рта в рот" во время груминга. Такой способ передачи эндобиоты наиболее развит у жвачных парнокопытных. Отрыгивание жвачки у них происходит рефлекторно, регулярно и часто, при этом в ротовую полость вместе с жвачкой попадает значительное число инфузорий из рубца.
У большинства жвачных парнокопытных такое социальное поведение как груминг включает в себя облизывание морды и иногда ротовой полости сородичей, при этом часть жвачки переносится изо рта одного животного в рот другого и вскоре проглатывается. Эндобионтные организмы, в изобилии находящиеся в комочках жвачки, попадают в рубец нового хозяина практически без ущерба для своей жизнедеятельности (Корнилова и др., 2003 а, 2004). У жвачных парнокопытных с низким уровнем стадности (например, лосей) груминг происходит между ближайшими сородичами (обычно между матерью и детенышем). При этом передача и накопление Рубцовых эндобионтов наиболее возможно в первые месяцы жизни млекопитающего. При высоком уровне стадности (например, у многих полорогих) груминг происходит между многими членами одного стада, обычно находящимися в сходных возрастных стратах. При этом возможно получение детенышем новых эндобионтов не только от матери, но и от других детенышей. В свою очередь, и эндобионтная фауна самки может обогатиться новыми видами, полученными от детеныша (Корнилова, 2005 а).
У некоторых сумчатых, например, кенгуру и валлаби, имеется хорошо развитый преджелудок. Иногда у этих млекопитающих происходит отрыгивание и пережевывание содержимого преджелудка, подобно тому, как это происходит у жвачных - из-за этого кенгуру иногда называют "псевдожвачными". Однако отрыгивание бывает редко и нерегулярно, иногда не более 1 - 2 раза в сутки (Cameron, 2003; Cameron, O Donoghue, 2004). Возможность совпадения по времени факта отрыгивания и факта груминга ничтожна, однако у кенгуру сильно развита забота о потомстве, заключающаяся в частом и длительном вылизывании детеныша. Таким образом, во время вылизывания морды детеныша кенгуру имеют возможность инвазировать его своими эндобионтами в момент спонтанной отрыжки.
Пищевое и водопойное поведение млекопитающих может оказывать определенное воздействие на жизнедеятельность эндобионтов. Например, использование в качестве источника влаги одними жвачными (снежный баран, северный олень, сибирская косуля и др.) снега, а другими (быки, бизоны, зубры) только воды оказывает различное воздействие на физиологические процессы у рубцовых эндобионтов. Выбор хозяином тех или иных продуктов питания может оказывать как положительное, так и отрицательное воздействие на эндобионтные организмы (Корнилова, 1994, 2003 а, 2004 а, б, Корнилова и др., 2003 б, 2004). Среди домашнего крупного и мелкого рогатого скота фауна циркулирует независимо от видовой принадлежности хозяина, на ее распространение более влияют местные традиции скотоводства (отделение от матери новорожденного теленка или их совместное содержание; стойловое, привязное или пастбищное кормление; совместная или раздельная пастьба крупного и мелкого рогатого скота и так далее).
Происхождение и расселение растительноядных млекопитающих Старого Света и Северной Америки
Среди высших копытных раньше других начали адаптивную радиацию непарнокопытные, которые уже в эоцене были представлены разнообразными формами, и в настоящее время обладают наиболее богатой фауной эндобионтных инфузории. Центром эволюции этого отряда, пережившего свой расцвет в палеогене, была, по-видимому, Северная Америка, откуда известны наиболее ранние и примитивные представители различных семейств, доживших до современности (лошади, тапиры, носороги) (Меннер, 1978). По мнению Агаджанян (2003), среди всего многообразия отряда кондиляртр лишь два семейства: Hyopsodontidae и Meniscotheriidae могут с наибольшей вероятностью рассматриваться как предки Perissodactyla. Представители этих палеоцен-эоценовых семейств отличаются слабой специализацией и, в то же время, несут наибольшее количество симплезиоморфий с непарнопалыми.
На основании комплекса признаков предками Tapiroidea и Rhinoceratoidea могут рассматриваться Hyopsodontidae, a Equoidea следует считать наследниками Meniscotheriidae. Тапиры в эоцене дали мощную радиацию с веером адаптации по самым разным экологическим нишам, носороги заняли кустарниковые биотопы. Лишь в линии лошадеобразных неуклонно нарастала специализация травоядения (Агаджанян, 2003).
В филогенезе лошадей происходило постепенное увеличение размеров тела, сопровождавшееся коррелятивным удлинением головы. Эти тенденции проявились уже у позднеэоценовых {Orohippus, Epihippus) и олигоценовых {Mesohippus, Miohippus) лошадей, которые оставались лесными животными. Дальнейшая эволюция лошадей связана с приспособлением к жизни в открытых местообитаниях (травяных биомах), в неогене особенно широко распространившихся в Старом Свете. Тенденция к увеличению размеров тела еще сильнее была выражена у титанотериев и носорогов, эволюция которых также начиналась с небольших легко построенных эоценовых форм. Но уже в олигоцене эти непарнокопытные были представлены очень крупными животными, с размерами которых могут сравниться среди наземных млекопитающих лишь неогеновые хоботные (Симпсон, 1948).
Адаптивная радиация парнокопытных и мозоленогих началась несколько позже, чем непарнокопытных, однако в олигоцене уже существовали примитивные представители современных семейств свиных (Suidae), верблюдов (Camelidae), оленьков (Tragulidae). Эволюция парно- и непарнокопытных в палеогене происходила на территориях Северной Америки и Евразии, связанных друг с другом Берингийским сухопутным "мостом". В последующие эпохи развитие копытных проходило на северных континентах, объединенных с Африкой, а после возникновения Панамского моста в плиоцене копытные Старого Света проникли в Южную Америку. Благодаря способности копытных сравнительно легко мигрировать на большие расстояния, преодолевать водные преграды и территории с самым разным рельефом, они широко расселились на большей части Палеотропиков и Голарктики (Иорданский, 200 Г).
В Африке в палеогене сформировалась особая фауна растительноядных млекопитающих. В ее состав входили крупные хоботные (Proboscidea); небольшие даманы, или жиряки (Hyracoidea). По-видимому, их предками могли быть примитивные кондиляртры (Агаджанян, 2004). Расцвет хоботных наступил уже в неогене. И даманы, и слоны известны сегодня как хозяева эндобионтных инфузорий. Молекулярные исследования показали близкое родство хоботных (Proboscidea), даманов (Hyracoidea) и сирен (Sirenia) (Kleinschmidt et al., 1986; Ozawa et al., 1997; Stanhope et al., 1998). Считаем, в пищеварительном тракте древних предков этой группы присутствовала характерная для- всех кондиляртр фауна инфузорий-трихостоматид. Высока вероятность того, что она имеется и у современных представителей сирен (ламантинов и дюгоней).
Таким образом, подавляющее большинство современных млекопитающих-фитофагов Старого Света, носителей эндобионтных инфузорий, по-видимому ведет свое происхождение от кондиляртр.
Предполагаем, что кондиляртры являлись первыми или одними из первых млекопитающих - хозяев эндобионтных инфузорий (Корнилова, 2005 а). В пищеварительном тракте кондиляртр и их потомков эндобионтные инфузории распространялись по планете.
