Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. История изучения гидр. краткий обзор литературы 8
Глава 2. Материал и методики 14
2.1. Материал: сбор, фиксация, анализ и определение материала 14
2.2. Методики хромосомного анализа 15
Глава 3. Современные представления о гидрах 24
3.1. Внешняя морфология 24
3.2. Гистология 26
3.3. Некоторые аспекты физиологии 34
3.4. Размножение и развитие 35
3.4.1. Размножение 35
3.4.2. Условия формирования гонад 43
3.4.3. Развитие 46
3.4.4. Раздельнополость и гермафродитизм 48
3.5. Симбиотические отношения с водорослями 49
3.6. Некоторые сведения по экологии 52
Глава 4. Кариотипы гидр и некоторых других представителей medusozoa 57
4.1. Сокращения и определения некоторых терминов 57
4.2. Литературные данные о кариотипах гидр 58
4.3. Собственные данные о кариотипах гидр 65
4.4. Ключ для определения гидр по признакам кариотипа 79
4.5. Литературные и собственные данные о кариотипах других Medusozoa 79
Глава 5. Состав, таксономический статус, родственные связи и происхождение hydrida 94
5.1. Основные таксономические признаки гидр 94
5.2. Построение системы гидр 97
5.2.1. Видовой состав 97
5.2.2. Родовой состав 104
5.2.3. Состав отряда Hydrida на уровне семейств 111
5.3. Таксономический статус гидрид 114
5.4. Родственные отношения и происхождение Hydrida 119
Глава 6. Состав фауны гидр 126
6.1. Фауна гидр России 126
6.2. Мировая фауна гидр. Краткий обзор 129
6.3. Ключ для определения и видовые описания гидр России 135
Заключение и выводы 151
Литература 155
Приложение 180
- Материал: сбор, фиксация, анализ и определение материала
- Раздельнополость и гермафродитизм
- Ключ для определения гидр по признакам кариотипа
- Состав отряда Hydrida на уровне семейств
Введение к работе
Гидры (тип Cnidaria, класс Hydrozoa, отряд Hydrida , семейство Hydri-dae) - одни из самых известных представителей пресноводной фауны беспозвоночных. О гидре узнают из школьного курса зоологии. Изучение гидр продолжается на биологических факультетах в ВУЗах, а удобство содержания культуры гидр позволяет студентам познакомиться с живым объектом. Наконец, гидра - один из лучших модельных объектов, используемых при изучении клеточных структур и тканей, регенерационных процессов. Гидра широко используется в биохимических и молекулярных исследованиях, в разработке некоторых вопросов генной инженерии... Гидре посвящены тысячи научных публикаций. Некоторые особенности физиологии, биохимии и органологии гидры изучены очень подробно. Несмотря на все это, гидры, как ни странно, очень плохо изучены в таксономическом аспекте.
В мировой фауне насчитывается около 27 видов гидр. В России известно 6 видов, однако видовой состав гидр России и сопредельных территорий изучен недостаточно. Последние оригинальные фаунистические данные получены в 20-х годах XX века (Рылов, 1921; Исаев, 1923; Сварчевский, 1923), но к ним следует относиться критически, так как ранние описания не соответствуют современному пониманию различий между видами гидр. Изучение фаунис-тического разнообразия гидр России во второй половине XX века практически не проводилось.
До последнего времени не был решен вопрос о количестве родов гидр. Место гидрид в системе Hydrozoa также не определено окончательно: таксономические публикации, в которых идет речь о гидридах (Наумов, 1960; Bouillon, 1985; Holstein, 1995 и другие), не дают четких ответов на эти вопросы, а сделанные предположения о родственных отношениях гидр с другими группами Hydrozoa, кажутся нам недостаточно обоснованными. Вместе с тем, попытка выявления родственных связей гидрид с другими
Необходимость придания гидридам статуса отряда Hydrida обоснована в главе 5
4 группами Hydrozoa могла бы способствовать правильному пониманию происхождения гидрид.
Особый интерес представляет изучение такого нетрадиционного для систематики Hydrozoa признака как кариотип. В мировой литературе карио-типам Hydrozoa посвящено всего около трех десятков публикаций, а семейству Hydridae - около десяти (табл. 6). За всю историю изучения Hydrozoa были предприняты только две попытки использовать особенности кариотипа в качестве таксономического признака (Kubota, 1992; Ованесян, Кузнецова, 1995).
Основная цель настоящей работы заключалась в ревизии Hydrida на основе анализа морфологических и кариотипических признаков, в выяснении состава и таксономического статуса гидрид, выявлении их родственных связей с другими группами класса Hydrozoa.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
Сбор живого материала в возможно большем количестве водоемов от Северо-Западной части до Дальнего Востока России и в водоемах некоторых приграничных с Россией территорий.
Разработка методов содержания гидр и представителей других групп Hydrozoa в лабораторных условиях.
3. Сравнение морфологических особенностей представителей гидрид с
таковыми других групп Hydrozoa.
Адаптация существующих методов приготовления хромосомных препаратов и окрашивания хромосом, в том числе методов анализа их тонкого строения, для цитогенетического изучения гидрид и других представителей Hydrozoa.
Изучение в сравнительном аспекте особенностей кариотипов Hydrida и близких групп и оценка значимости особенностей кариотипа как таксономического признака гидрозоев.
Описание видового состава гидр России и прилегающих территорий.
Изучение некоторых особенностей экологии гидр.
5 Научная новизна.
Проведено более глубокое, по сравнению с предшествующими исследованиями, изучение фауны гидр России и прилежащих регионов. В результате длительных прижизненных наблюдений за гидрами, изучения коллекционного материала, кариологических исследований и анализа литературных данных, определен видовой состав группы, даны подробные описания выявленных видов и диагнозы родов, рассмотрены и дополнены сложившиеся представления о таксономическом статусе и положении Hydrida в системе Hydrozoa.
Впервые проведено сравнительно-кариологическое исследование гидр и ряда видов из других групп Hydrozoa. Установлено число хромосом у этих видов. Впервые изучение хромосомных наборов производилось не только в митозе, но и на разных стадиях сперматогониального мейоза. Разработаны и усовершенствованы методы предобработки, фиксации и изготовления препаратов хромосом морских, солоноватоводных и пресноводных Cnidaria, усовершенствованы и, впервые для Cnidaria в целом, применены методы дифференциального окрашивания хромосом: С-бэндинг, AgNOR-бэндинг, окрашивание хромосом ДНК-специфичными флюорохромами DAPI и СМАз. В результате, впервые для гидрозоев изучены распределение и молекулярный состав структурного (конститутивного) гетерохроматина, определены морфологические особенности хромосом, локализованы ядрышкоообразующие районы (ЯОР) и выявлен их молекулярный состав. Для четырех видов гидр впервые получены данные о размере геномов.
Установлено, что географически разобщенные популяции одного и того же вида гидр могут быть представлены либо только разнополыми, либо только гермафродитными особями. В результате показано, что гермафродитизм и раздельнополость у гидр не являются надежными видовыми критериями.
В результате экологических наблюдений впервые получены данные о численности гидр в водоемах Северо-запада России.
Теоретическая и практическая ценность.
На основе оригинальных данных, полученных в результате применения новых подходов и методов, в том числе методов хромосомного анализа,
существенно дополнены представления о фауне, таксономии, эволюции и родственных связях гидрид. Полученные данные могут быть использованы при проведении учебных занятий в школах с углубленным изучением биологии, ВУЗах и других образовательных учреждениях в рамках курсов зоологии беспозвоночных, цитологии, генетики. Проведена ревизия гидрид и составлен идентификационный ключ родов и видов, позволяющий точно определять виды. Материалы, полученные в ходе подготовки настоящей диссертации, использованы в научно-популярной монографии "Гидра: от Абраама Трамбле до наших дней" (Степаньянц, Кузнецова, Анохин, 2003), адресованной студентам естественных специальностей ВУЗов, преподавателям, школьникам, экологам. Полученные данные о численности гидр и их влиянии на продукцию зоопланктона могут быть использованы в работах гидробиологического направления.
Апробация работы.
Материалы диссертации были представлены в виде тезисов, устных сообщений и стендовых докладов на: семинарах лаборатории морских исследований ЗИН РАН; отчетных сессиях ЗИН РАН в 1998, 2000, 2002, 2003 годах; международной конференции "Экологические исследования беломорских организмов", Санкт-Петербург (1997); четвертом международном рабочем совещании гидрозойного общества (США, Калифорния, 1998); международной юбилейной конференции "Состояние, изучение и сохранение природных комплексов Астраханского биосферного заповедника в условиях повышения уровня каспийского моря и усиливающейся антропогенной нагрузки", Астрахань (1999); конференции Памяти Н.Н. Воронцова, Москва (2000); третьем международном симпозиуме "Ancient lakes: speciation, development in time and space, natural history" (Иркутск, 2002); международном совещании "Hydra and the Evolution of Signalling Pathways" (Тутцинг, Германия, 2003).
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 20 работ, 4 работы находятся в печати.
Автор глубоко признателен своим учителям Ксении Мироновне Суха-
новой
Софии Давидовне Степаньянц и Валентине Григорьевне Кузнецовой.
Я благодарен доценту лаборатории генетики университета г. Турку (Финляндия) С. Ноккале (Dr. S. Nokkala) и профессору Зоологического института г. Киля (Германия) Т. Бошу (Prof. Thomas G.C. Bosch) за помощь при выполнении цитогенетической части работы; О.А. Тимошкину, Т.А. Ситниковой и другим сотрудникам Лимнологического института СОРАН, сотрудникам Белорусского Государственного Университета, Института Биологии Моря ДВО РАН за помощь в сборе материала. Автор пользуется случаем выразить искреннюю благодарность всем сотрудникам Зоологического института РАН, особенно сотрудникам лаборатории морских исследований и отделения кариосистематики насекомых, оказавшим помощь в ходе выполнения настоящей работы.
Работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (гранты № 97-04-50100, 00-04-48747, 00-04-63069, 01-04-06385 и 02-04-06899); Centre of International Mobility (грант HA1 186/5.2.2002); персонального гранта Администрации Санкт-Петербурга, Министерства образования РФ, Российской Академии наук (2003 г.).
г
'д'
Материал: сбор, фиксация, анализ и определение материала
Большая часть материала, использованного в работе, собрана автором натерритории России, Белоруссии и Финляндии. Экспедиционные поездки проходили в летний и осенний сезоны с 1997 по 2001 гг. на территории Ленинградской обл. и С.-Петербурга; в 1997 г. в Белоруссии и Белгородской обл.; в 1997, 1999 и 2001 гг. в Карелии (ББС ЗИН РАН); в 2000 г. на Байкале и в Приморском крае; в 2001 г. в Ростовской обл. и Краснодарском крае (Азовское море), в 2002 г. в окрестностях г. Турку (Финляндия). Часть иссле- "і дований проведена на коллекционном материале ЗИН РАН и на материале, собранном в Японии (сборщик О.А. Тимошкин). Более подробно места и даты сборов указаны в таблице 1. Сбор материала осуществлялся с лодки или с берега вручную. Гидры были встречены на водных растениях, корягах, камнях и других предметах. Количественная оценка плотности поселения гидр производилась на участках водоема 1 х 1 м и 0.5 м в глубину. С этого объема собирались все растения и подсчитывалось количество экземпляров гидр на них. Гидры и Pachycordyle культивировались в чашках Петри, кристаллизаторах и аквариумах в отстоянной водопроводной воде, a Cordylophora и Protohydra - в морской воде. Все животные кроме Protohydra содержались при комнатной температуре. Полипы Protohydra содержались при 4 - 10С. Смена воды производилась дважды в месяц. Животных кормили один - два раза в неделю дафниями, циклопами, или свежевылупившимися науплиусами Artemia salina. Для коллекций материал фиксировался в 70% этаноле или 4% формалине.
Зафиксированные особи хранятся в коллекции Отделения губок и кишечнополостных Лаборатории морских исследований Зоологического ин-та РАН (каталожные номера см. в табл.1). Изучение внешнего строения и структуры нематоцист проводилось преимущественно на живом материале. Лишь в редких случаях приходилось ограничиваться фиксированными пробами из коллекций Зоологического института РАН, собранными в недоступны для нас районах.
Определение живого и фиксированного материала, измерение линейных размеров проводились с помощью микроскопов "Amplival 30-G 048с", "Jenaval" при увеличении от х 32 до х 1000 и бинокулярной лупы МБС-9 при увеличении от х4.8 до х 56. При определении учитывалось максимально возможное количество признаков внешней морфологии, а также обязательно особенности строения нематоцист. Для исследования нематоцист живая или фиксированная гидра целиком, или одно щупальце полипа, помещались в каплю воды на предметное стекло, накрывались покровным стеклом и придавливались до распадения тканей на отдельные клетки. Препарат анализировался при увеличении объектива k 100.
Для приготовления хромосомных препаратов использовали только свежий материал. Кариотипы изучены у 6 видов и одной гибридной формы гидр и 6 видов других групп Hydrozoa Приготовлено около 1200 микроскопических препаратов, из них более 250 переведены в постоянные и хранятся в Отделении кариосистематики Зоологического института РАН. Хромосомы изучали преимущественно в митозе и метафазе первого и второго делений (Ml и МП) сперматогониального мейоза. Для кариологических исследований была использована методика приготовления воздушно-высушенных хромосомных препаратов. В соответствии с методикой объект помещался на 10-40 мин. в гипотонический раствор 0.4% цитрата Na (СбН5Маз072Н20), затем в течение 12 - 30 мин. фиксировался
Исследовались либо наиболее доступные виды (Cordylophora lacustris, Pachycordyle kubotai, Craspedacusta sowerbii, Clava sp), либо представители групп, с которыми сближали гидрид (Moerisia maeotica, Protohydra leuckarti) в свежеприготовленной смеси этанола (96%) и ледяной уксусной кислоты (3:1), после чего переносился в каплю 70% уксусной кислоты на предметном стекле и тщательно измельчался препаровальными иглами до получения однородной клеточной суспензии. Препарат высушивался горячей струей воздуха, направленного на противоположную препарату сторону предметного стекла, одновременно капля клеточной суспензии распределялась по его поверхности.
Использованные методики окрашивания хромосом можно разделить на два типа - рутинные и дифференциальные. К первым относится окрашивание красителем Гимза. К дифференциальным методам окрашивания относятся окрашивание нитратом серебра (Ag-метод), метод С-бэндинга и окрашивание ДНК-специфичными флюорохромами. Дифференциальные методы избирательно действуют на структуру хромосом, что позволяет контрастировать определённые структуры (гетерохроматические районы, кислые белки, последовательности пар оснований), а значит получить такую информацию о хромосомах, которая не доступна при использовании рутинных методов, обычно равномерно окрашивающих хромосомы."і Окрашивание красителем Гимза. Препараты в течение 0.5 - 2 часовокрашивались 6 - 12% раствором красителя Гимзы (Giemsa) приготовленномна буфере Соренсена (Макгрегор, Варли, 1986), рН 6.8, после чего стекла промывались в проточной, или в дважды сменяемой дистиллированной воде и высушивались при комнатной температуре.
Окрашивание нитратом серебра (Ag-метод) проводилось в соответствие с методикой, разработанной Ховелом и Блэком (Howell, Black, 1980). Этот метод служит для выявления районов ядрышкового организатора (ЯОР, или NOR) в ядрышкообразующих хромосомах. Ag-метод позволяет выявить в составе ЯОР кислые белки, содержание которых отражает функциональную (транскрипционную) активность данного района в предшествующей интерфазе.
В соответствии с методикой, на неокрашенный препарат наносились 2 капли проявляющего раствора (0.1 г желатина, растворённого в 0.5 мл дистиллированной воды и 0.05 мл. муравьиной кислоты (СНзСООН)) и 17 добавлялись 4-5 капель 50%-ного раствора азотнокислого серебра (AgN03). Далее препарат накрывался покровным стеклом и помещался во влажную камеру с температурой 58 - 60С на 4 - 6 минут. В случае недостаточно яркой окраски хромосом, препараты докрашивались 4-12 %-ным раствором красителя Гимзы (4 - 12 мл. красителя Giemsa на 96 - 88 мл., соответственна, І буфера Соренсена (рН 6.8)). Методика С-бэндинга (Sumner, 1972; Макгрегор, Варли, 1986) позволяет изучать распределение в хромосомах структурного (конститутивного) гетерохроматина, который представляет собой повторяющиеся последовательности ДНК. Метод заключается в последовательной обработке препаратов 0.2 N НС1 (7 - 20 мин.), гидрооксидом бария Ва(ОН)2 в течение 0.5- 4 мин. (1.75-5.0 г Ва(ОН)2 на 100 MJT дистиллированной воды), водным раствором 2xSSC в течение 10 - 40 мин. (1.75 г NaCl и 0.882 г C6H5Na207 х 10 Н20 растворяли в 100 мл дистиллированной воды) и 6 - 2% красителем Гимзы в течение 10 - 1-20 мин. Методика окрашивания хромосом ДНК- специфичными флюоро-хромами СМАз (антибиотик хромомицин Аз) и DAPI (4 -6 - diamidino-2-phenylindole), позволяет выявить в хромосомах (непосредственно на цитологических хромосомных препаратах) ДНК, богатую G-C- и А-Т- основаниями (Schweizer, 1976). В соответствии с методикой, препарат первоначально подвергался предварительной обработке цо методу С-бэндинга (но не окра "i шивался красителем Гимза)у после чего при красном свете обрабатывался в следующей последовательности:
Раздельнополость и гермафродитизм
Отсутствие гонад вне периода полового размножения не означает, что гидра в это время беспола. Гидры, по-видимому, чаще раздельнополы и при наступлении полового периода у особи обычно появляются гонады того же пола, что и в предыдущий половой период. Пол не всегда стойко фиксирован, и у раздельнополых гидр его можно изменить экспериментально путем пересадок частей тела гидр противоположного пола или воздействуя на гидр рентгеновским излучением. Это было показано Тардентом и Брианом (Tardent, 1966, 1968; Бриан, 1968); позже этой интересной проблемой никто не занимался. Пол у особей гидр определяется тем, какие половые клетки, оогонии или сперматогонии, возникают из і-клеток. Тардент и Бриан высказали предположение, что на судьбу і-клеток влияют факторы внешней среды и физиологические изменения в ткани, где располагаются і-клетки. Под действием внешних влияний и следующими за ними физиологическими изменениями, і-клетки начинают превращаться в половые, а затем гаметогенез ориентируется в сторону того или иного пола. Авторы показали также, что у раздельнополых гидр, например, Н. vulgaris, спорадически возникали инверсии пола, которые происходили относительно часто. Стоит подчеркнуть, что в ходе наших шестилетних наблюдений за лабораторными культурами раздельнополых видов гидр, ни разу не отмечалась смена пола. Описанная Брианом (1968) смена пола у Н. vulgaris расценивается нами как отклонение от нормы.
Брианом (1968) было сделано еще одно важное наблюдение. У раздельнополых особей Н. vulgaris он описал явление «факультативного гермафродитизма». Мужские особи этого вида изредка образовывали овари-ольные вздутия и становились на несколько недель гермафродитами. Затем такие гидры вновь приобретали мужской пол. В нашей культуре раздельнополых Н. vulgaris (табл. 1) ни разу не было отмечено появления гермафродитных особей. С другой стороны, гермафро-дитные Н. vulgaris из Приморья и Белоруссии при культивировании в течение двух и четырех лет соответственно, также не меняли структуру пола, постоянно оставаясь гермафродитами. Не oмeчaлocь также случаев перехода к раздельнополости гермафродитных видов Н. circumcincta и Ch. viridissima. Таким образом, смена пола или переход к гермафродитизму в нормальных условиях являются скорее исключением, чем правилом. В Tojace время существование такой возможности у некоторых видов гидр свидетельствует о том, что механизм определения пола гидр не жестко закреплен, а значит, определяется не только генетическими факторами. В ходе цитологических исследований также не были выявлены гетероморфные (половые) хромосомы (глава 4).
Возможно, что возможность изменения структуры пола свойственна также другим группам Cnidaria. Например, инверсия пола отмечена среди лептомедуз (Clytia) (Carre, Carre, 2000). Случаи возникновения гермафродититных особей и даже популяций у раздельнополого вида отмечены, помимо гидр, среди медуз Cassiopea andromeda (Rhizostomae, Scyphozoa) (Hofmann, Hadfield, 2002). В целом, однако, подавляющее большинство видов стрекающих раздельнополы. Следовательно, гермафродитизм гидр, следует рассматривать как вторичное явление. Однако остается, неясным, была ли первая гидра раздельнопола, или являлась гермафродитом, то есть не понятно, на сколько давно возник гермафродитизм у гидрид, и не является ли раздельнополость их вторичным приобретением.
Зелёная гидра Chlorohydra viridissima содержит хлорофилл, который принадлежит не клеткам самой гидры, а живущим в ткани животного зелёным водорослям, которые живут в клетках гастродермы, находясь ближе к опорной пластинке (рис. 31). Зелёная водоросль-симбионт зелёной гидры относится к особой расе Chlorella vulgaris (сем. Pleurococcaceae Wille) (Haffher, 1925). Кроме этого вида, в теле гидры могут жить другие формы зелёных водорослей: более крупные Chlorella magna и Oocystis sp. (Goetsch, 1924).
Ряд исследователей полагали, что клетки гидры питаются водорослями-симбионтами (Kleinenberg, 1872). Другие авторы считали, что гидра переваривает лишь погибшие водоросли, а живые не уничтожаются (Buchner, 1921; Goetsch, 1924; Haffner, 1925). По мнению И.И. Канаева (1952) правдоподобнее последняя точка зрения, так как даже голодные Chlorohydra не переваривают своих симбионтов. Канаев (1952) предполагал, что гидры пользуются также кислородом, выделяемым хлореллами на свету, а симбионты для фотосинтеза пользуются углекислым газом, выделяемым клетками гидры, собираясь в наиболее богатые пищевыми ресурсами участках гидры, областях самого интенсивного обмена. Современные данные (Dunn, 1988) свидетельствуют о том, что отношения Chlorohydra и Chlorella взаимовыгодные, и могут рассматриваться, как классический случай мутуализма. Изучая особенности фотосинтеза симбиотических водорослей, Данн показал, что у сытой апосим биотической (т.е. искусственно лишенной водорослей) Chlorohydra, рост всегда менее интенсивен, чем у сытой зелёной Chlorohydra. Это связано с тем, что излишки продуктов фотосинтеза (мальтоза) используются гидрбй постоянно, а не только в период голодания, а эндосимбиотические водоросли вносят одинаковый вклад в рост гидры вне( зависимости от ее сытости (Dunn, 1988).
О тесном симбиозе зелёных водорослей с Chlorohydra свидетельствует и тот факт, что хлореллы передаются дочернему организму не только при поч-ковании гидр, но и в ходе полового размножения. Установлено, что водоросли переходят из гастродермы в растущее яйцо, находящееся в эпидерме(Натапп, 1882, по Канаеву, 1952). Современные исследования (Campbell, 1990) также подтвердили факт заражения яйца хлореллами материнского полипа. Показано, что в эксперименте возможно сосуществование обычно незелёной гидры {Hydra attenuata {-Hydra vulgaris)) с Chlorella magna (Goetsch, 1924). Заражение хлореллами сначала вызывало депрессию гидр, однако это болезненное воздействие водорослей постепенно исчезало у выживших гидр - наступало привыкание гидр к водорослям, после чего зараженные хлореллой гидры жили без признаков упадка. Однако, в отличие от Chlorohydra, яйца у Н. vulgaris хлореллами никогда не заражались, что говорит о меньшей степени слаженности симбиоза. Некоторые виды (Я. circumcincta и P. oligactis) не вступают в симбиоз с хлореллами (Goetsch, 1924; Канаев, 1952). Сопоставив данные по симбиозу хлорелл с разными видами гидр, Гётш (Goetsch, 1924) заключил, что можно установить несколько ступеней прочности этих симбиотических отношений: высшей является симбиоз СМогеЦа vulgaris с Chlorohydra. Менее прочен симбиоз этого же вида гидр с Oocystis. Он стоит, примерно, на одном уровне с сожительством Я. vulgaris и Chlorella magna. Наконец, P. oligactis занимает ту ступень, когда, по-видимому, симбиоз невозможен.
Есть предположение (Канаев, 1952),-что вероятный путь образования симбиоза хлорелл с гидрой состоит в том, что одноклеточные водоросли могли попадать в тело гидры с пищей и захватываться клетками энтодермы. Водоросли, способные сопротивляться пищеварительным сокам, могли продолжать жить в новой среде - плазме клеток гидры, своим воздействием на них вызывая известное вредное влияние, в ответ на которое вырабатывалось фо стороны клеток гидры соответственное противодействие, однако, не гибельное для водорослей. И далее под влиянием естественного отбора шел процесс взаимного приспособления, который у зелёной гидры и Chlorella vulgaris достиг своего высшего развития во взаимоотношениях между водорослью и гидрой.
Надо отметить, что случай симбиоза г др с водорослями не уникален для Cnidaria. Внутриклеточные зооксантеллы Symbiodinium microadriaticum встречаются у сцифомедуз отряда Rhyzostomeae - Mastigias papua, Cassiopea andromeda, С. xamachana и др. (Hofman, Grow, 2002), актиний Anthopleura elegantissima (Muscatine, 1961) и рифообразующих кораллов (Scleractinia) (Shlesinger, Loya, 1991). Во всех этих случаях естественного симбиоза, книдарии используют в пищу продукты жизнедеятельности водорослей.
Ключ для определения гидр по признакам кариотипа
Определение видов гидр (Hydrozoa, Hydrida, Hydridae: Hydra, Pelmatohydra и Chlorohydra ) сталкивается с известными трудностями. В XVIII - XIX веках определение видов основывалось исключительно на признаках внешней морфологии, таких как размеры полипа, цвет, длина и количество щупалец. К концу XIX века стало ясно, что разные виды гидр различаются по характеру развития и физиологии. К началу XX века сложился ряд основных признаков, которыми пользовались при классификации гидр: помимо выше перечисленных, стали учитывать способ закладки щупалец на почке, структуру эмбриотеки, особенности строения нематоцист, форму и количество гонад.
Многие исследователи понимали, что надо критически относиться ко многим из этих признаков, так как они в большей или меньшей степени подвержены изменчивости даже в пределах одного вида гидр. В частности, о легкости изменения окраски Н. vulgaris и P. oligactis сообщал Н.Н. Куделин (1915). Гетш (Goetsch, 1924) показал, что полипы могут терять цвет, становиться белыми, а затем медленно восстанавливать характерную для вида окраску, или приобретать обычно не свойственный гидрам (кроме Н. viridissima) зеленый цвет за счет заражения хлореллами (разд. 3.5). Цвет наблюдаемых нами гидр также был различен и зависел в основном от той пищи, которую гидры съели несколькими часами ранее. При кормлении разных видов гидр науплиусами Artemia salina, все полипы имели оранжево-желтую или бледно-розовую окраску. Гидры, в рацион которых входили одновременно разные виды ветвистоусых и веслоногих рачков, имели бурую окраску тела. Голодные гидры полупрозрачны и практически бесцветны. Таким образом, Основания для признания самостоятельности родов Hydra, Pelmatohydra и Chlorohydra изложены в разделе 5.2.2.) почти для всех гидр, за исключением Chlorohydra, цвет не может служить таксономическим признаком.
Каждому виду гидр соответствует определенный максимальный размер тела полипа, которого гидра может достигнуть при благоприятных условиях среды и обильном питании. При неблагоприятных условиях гидры уменьшаются в размере, или не могут достичь нормального размера, размер всех видов при этом нивелируется. Таким образом, размер тела полипа может использоваться в таксономии, однако это возможно лишь в том случае, если известно, что изучаемая гидра является взрослой и находится в физиологически хорошем состоянии.
Стебель имеется не у всех гидр. Гидры, для которых стебель - типичный признак, называются «стебельчатыми» (P. oligactis и P. baikalensis). Особенно он хорошо заметен, прежде всего, у живых полипов. Однако иногда и у них стебель становится плохо различимым. Это происходит при длительном голодании гидр. Практически полное исчезновение стебля наблюдается также у особей, долгое время продуцирующих гонады (рис. 26 Г).
Раздельнополость или гермафродитизм по мнению некоторых исследователей (Goetsch, 1927; Stolte, 1928) не всегда могут служить таксономическим признаком. Действительно, в разных популяциях Н. vulgaris, встречаются раздельнополые особи или особи-гермафродиты (раздел. 3.4.4). Однако на основании этого признака нельзя разделить данный вид на два, как это иногда предлагали (стр. 102). В то же время, существуют виды, которые стабильно раздельнополы (P. oligactis) или гермафродиты (СИ. viridissima, Н. circumcincta). У таких видов структура пола, несомненно, является видовым признаком.
Имеются данные также об изменчивости внешнего строения эмбриотеки. Экспериментально доказано, что внешняя морфология эмбриотеки у гидр одного вида может заметно меняется в зависимости от химического состава воды (McConnell, 1935). Однако, по нашим наблюдениям, и литературным данным (Campbell, 1989; Holstein, 1995), несмотря на возможные отклонения, внешний вид эмбриотеки в целом постоянен у вида и, несомненно, имеет таксономическое значение.
Как сказано выше (стр. 39), порядок появления щупалец на почке является таксономическим признаком. Из-за того, что возможны отклонения в схеме образования щупалец на почках, для верного описания порядка их отрастания у конкретного вида, необходимо рассматривать этот процесс на нескольких особях с почками разного возраста.
Один из наиболее надежных таксономических признаков - это форма и размер капсул всех типов нематоцист, а также способ укладки нити в голотрихах изоризах. Это единственные признаки, которые практически не меняются у фиксированных гидр, у которых при фиксации все признаки внешней морфологии сильно искажаются. Используя особенности строения нематоцист, иногда удается определить вид гидры даже по фрагменту тела, особенно если в нем имеется хотя бы несколько невыстреливших стрекательных капсул каждого типа.
Несмотря на перечисленные выше сложности в использовании того или иного таксономического признака гидр, изменчивость каждого из них ограничена известными пределами, в связи с чем, все они используются для классификации пресноводных полипов. Для того, чтобы верно охарактеризовать конкретный признак гидры, необходимо чтобы исследуемая гидра была живой и находилась в физиологически нормальном состоянии. Только в таком случае отклонения параметров каждого признака от средних значений будут минимальными.
Какие же признаки наиболее важны для таксономической работы? Кэмпбэлл (Campbell, 1983, 1989) считает, что наиболее важны для таксо-номистов три критерия: присутствие или отсутствие симбиотических водорослей, порядок возникновения щупалец на почках и особенности строения голотрих изориз. По нашему мнению, очень важные признаки это также присутствие или отсутствие стебля и особенности строения эмбриотеки. Все остальные признаки - количество щупалец и их длина, размер полипов, количество почек и особенности их формирования, форма и количество гонад, структура пола - менее информативны, но также должны обязательно учитываться, так как существенно дополняют представления о морфологических особенностях конкретного вида.
Состав отряда Hydrida на уровне семейств
Одной из причин путаницы в таксономии гидр было то, что долгое время не была решена проблема пола гидр. Шульце (Schulze, 1917, 1922, 1927, 1932) на основании ряда признаков, в том числе раздельнополости или гермафродитизма, указывал на существование двух видов гидр: раздельнополого вида Н. attenuata Pallas (Schulze, 1917, 1922), который позже он называл Н. vulgaris attenuata Pallas (Schulze, 1927, 1932), и гермафродитного вида Н. vulgaris Pallas (Schulze, 1917, 1922), в дальнейшем называемого им Н. vulgaris vulgaris Pallas (Schulze, 1927, 1932). После Шульце, раздельнополая и гермафродитная формы Н. vulgaris были неоднократно переописаны под разными именами: Хаймэн (Hyman, 1931b) выделила новый вид Pelmatohydra pseudoligactis Hyman, 1931 на основании особенностей строения голотрих изориз у «нового вида» (с поперечными витками, в отличие от продольного расположения витков у P. oligactis). Внешний вид описываемой ею гидры был схож с внешней морфологией P. oligactis. Данное Хаймэн описание
Pelmatohydra pseudoligactis полностью соответствует раздельнополой формы Н. vulgaris Pallas, 1766, таким образом, Pelmatohydra pseudoligactis - синоним раздельнополой Н. vulgaris. Хаймэн (Hyman, 1931а) также дала переописание Hydra carnea Agassiz, (1850). Все признаки свидетельствуют, однако, что Hydra carnea является синонимом гермафродитной формы Н. vulgaris. Описание Н. caulikulata Hyman, 1938 (Hyman, 1938) полностью соответствует раздельнополой форме Н. vulgaris Pallas, 1766. Очевидно, что описания новых видов Хаймэн сделала на основании незначительных отличий от ранее описанных видов, совершенно не принимая во внимание то, что многие признаки внешней морфологии, также как строение нематоцист, могут меняться в достаточно широких пределах. Автор также цитировала только одну европейскую таксономическую работу (Schulze, 1917) в которой, как сказано ниже, допущен ряд таксономических ошибок. Все это и привело к тому, что 1930 годы в США был описан ряд «новых видов», которые ничем не отличаются от европейского вида Н. vulgaris.
Кэмпбэлл (Campbell, 1989) попытался разобраться с проблемой, возникшей вокруг Н. vulgaris. Он предположил, что Шульце ошибся, так как считал гермафродитом часто встречающийся вид Н. vulgaris. По мнению Кэмпбэлла, это было вызвано тем, что Шульце опирался преимущественно на недостоверные литературные данные, работал только с одной культурой, и игнорировал или не знал многочисленные данные, свидетельствующие о том, что в большинстве случаев Н. vulgaris раздельнопола. Кэмпбэлл (Campbell, 1989) доказал, что Н. attenuata sensu Pallas является гидрой Н. circumcincta Schulze, 1914; описание Н. attenuata sensu Schulze соответствует виду Н. vulgaris Pallas; гермафродитная Н. vulgaris sensu Schulze - форма, чье таксономическое положение или не ясно, или разновидность широко распространенной гидры Н. vulgaris sensu Pallas. Таким образом, и Кэмпбэлл (Campbell, 1989) окончательно не решил проблему с таксономией Н. vulgaris.
Мы проанализировали особенности морфологии двух форм Н. vulgaris sensu lato, собранных в разных регионах (табл. 1). Помимо структуры пола, все другие морфологические признаки у данных гидр оказались чрезвычайно похожи. У обеих форм стенотелы одинаковые по форме и имеют сходный Голотрихи изоризы идентичны по форме и размеру. В голотрихах изоризах у гермафродитной формы имеется обычно три горизонтально или косо уложенных витка, в то время как у раздельнополых гидр четыре, реже пять таких витка, однако это отличие является не существенным. Атрихи изоризы и десмонемы не отличаются. Размеры, форма и цвет тела, количество и длина щупалец у раздельнополых и гермафродитных видов также не отличаются. Изучение кариотипов раздельнополой и гермафродитной Н. vulgaris также не показало существенной разницы между ними (гл. 4, табл. 8).
Таким образом, на основании отсутствия достоверных отличий между раздельнополой и гермафродитной Н. vulgaris можно предположить, что у некоторых видов гидр наличие стабильных популяций, характеризующихся раздельнополостью или гермафродитизмом, вполне допустимо в рамках одного вида. Соответственно структура пола у Н. vulgaris не может служить причиной для разделения этого вида на несколько самостоятельных видов, как это делали раньше (Schulze, 1917, 1922, 1927, 1932; Hyman, 1931а,б, 1938).
Еще Трамбле (Trembley, 1744) обращал внимание на то, что находимые им пресноводные полипы неодинаковы. Он наблюдал три вида гидр, но обозначил их только порядковыми номерами. Трамбле впервые дал подробное описание морфологии этих животных и признаков, по которым они различаются. В частности, он написал о различии щупалец: наиболее короткие щупальца у зеленых полипов (не более половины их тела), щупальца длиной в один дюйм были обыкновенны у полипов второго вида, полипы третьего вида имели еще более длинные щупальца.
Позже Рёзель фон Розенгоф (Rosel, 1755) привел описания и детальные цветные иллюстрации трёх видов Трамбле и описал четвертый (редкий) вид, но также не дал всем эти видам никаких названий. Классификация гидр началась в 1758 году, когда Линней (Linne, 1758) предложил родовое название Hydra. При этом первоначально Линней считал всех найденных предыдущими исследователями гидр одним видом - Hydra polypus. Впервые дал четырем видам гидр названия Паллас (Pallas, 1766). Его система выглядела так: Hydra viridissima Pallas (соответствует первому виду Трамбле), Hydra vulgaris Pallas (второй вид Трамбле), Hydra oligactis Pallas (третий вид Трамбле) и Hydra attenuata Pallas. Каждый вид Паллас кратко описал, указав форму и цвет тела, длину и количество щупалец. Затем Линней (Linne, 1767), основываясь лишь на окраске животных, изменил названия, данные Палласом: Hydra oligactis он назвал Hydra fusca L., Н. vulgaris - Н. grisea L., H. viridissima - H. viridis L. и H. attenuata - H. pallens L. Система, предложенная Линнеем, просуществовала более ста лет. Постепенно она стала вытесняться, благодаря введению новых таксономических признаков, таких как порядок появления щупалец на почке (Haacke, 1879), строение стрекательных капсул, характер расположения гонад и почек (Jickeli, 1882). Брауэр (Brauer, 1908) ввел в систематику гидр признаки, связанные с половым размножением: гермафродитизм или раздельнополость, особенности морфологии эмбриотек. Он также стал вновь использовать названия гидр, данные Палласом (Pallas, 1766).
Некоторое время спустя, система гидр, включающая до этого один род Hydra L., 1758, была кардинально пересмотрена Шульце (Schulze, 1914, 1917), который разделил гидр на три рода, описав два новых: Pelmatohydra Schulze, 1914 и Chlorohydra Schulze, 1914. В работах, опубликованных с 1914 по 1927 гг., Шульце отнес к трем родам 11 видов гидр. Система Шульце была принята многими таксономистами и использовалась долгое время (Kramp, 1935; Hyman, 1928, 1931а, 1931b, 1938, 1940; Leloup, 1952).
В дальнейшем было предложено отказаться от рода Pelmatohydra и объединить всех незеленых гидр в один род - Hydra L., а зеленых - в род Chlorohydra Schulze (Ewer, 1948). Эта система также была принята рядом специалистов (Канаев, 1952; Наумов, 1960; Grayson and Hayes, 1968).
Коллинз (Collins, 2000) также указывает на то, что имеются веские основания для разделения гидр как минимум на две группы: гидр с эндо
