Багатоклітинні паразити найпростіших

А. В. Чесунов, Д. М. Мілютін, А. В. Євсєєв

Круглі черви, або власне круглі черв'яки, (Nematoda) дивно різноманітні. Одні види паразитують тільки на дорослої стадії, інші - виключно на личинкової, третій - на всіх стадіях; в одних нематод життєвий цикл протікає зі зміною господарів, в інших - без; одні прагнуть вбити господаря, інші, навпаки, намагаються зберегти його живим як можна довше; одні живуть на поверхні тіла, другий - в кишечнику, третій вражають внутрішні органи.

Дивна і невибагливість нематод у виборі господаря. Звичайно, більшість видів вважає за краще жити в організмах хребетних тварин, але чимало нематод облюбували наземних членистоногих (які можуть стати як проміжними, так і остаточними господарями), наземних малощетінкових черв'яків (олігохет) і легеневих равликів. Морські паразитичні нематоди вражають і ракоподібних, і голкошкірих, і поліхети, а також пріапулід, сіпункулід і навіть своїх власних родичів. Але все ж повною несподіванкою виявилося відкриття своєрідних видів нематод в одноклітинних найпростіших тварин - форамініфер.

Форамініфери (Foraminiferida) належать разом з голими, позбавленими внутрішнього скелета і зовнішньої раковини амебами (Lobosea), Радіолярії (Radiolaria) і соняшник (Heliozoa) до великої групи найпростіших - підтипу саркодових (Sarcodia). Їх загальна особливість - пересування за допомогою тимчасових виростів цитоплазми -- псевдоподии, або ложноножек. Форамініфери досить великі істоти для найпростіших: нерідко їх розмір досягає одного міліметра або навіть більше.

Майже всі Форамініфери одягнені в раковінку, яка може бути суто органічної, шкірястою, а частіше або побудованої з підручного матеріалу - піщинок та інших дрібних частинок, склеєних вапняним цементом (агглютінірованная), або чисто вапняної (секреціонной). У будиночку є отвір, звідки витягуються довгі ниткоподібні, розгалужені псевдоподии. У багатьох видів раковінка пронизана тонкими порами, звідки також ростуть ложноножкі. Через тяжку раковінкі Форамініфери якщо і повзають, то дуже повільно, а частіше - нерухомі і навіть можуть бути прикріплені до субстрату. Розкинуті на всі боки псевдоподии утворюють ловчих мережу, в яку потрапляють бактерії, одноклітинні водорості і інші живі організми, навіть дрібні багатоклітинні тварини.

Зображення агглютінірованних раковінок різних видів форамініфер (ліворуч) і живої особи Allogromia ovoidea.

Для геологів не менше, ніж для біологів, Форамініфери - популярний об'єкт дослідження: їх будиночки чудово зберігаються в викопному стані і з їх допомогою зручно датувати шари осадових порід, у тому числі нафто-і газоносних. Однак і в сучасних морях на дні існує щільне і різноманітне населення форамініфер. Ось у таких простих і виявлені нематоди.

Це сталося зовсім несподівано влітку 1995 р. в Смітсонівському музеї природної історії у Вашингтоні (США). Переглядаючи підібрану серію морських паразитичних нематод, один з авторів цих рядків натрапив на готовий гліцеринові препарат з дивною, схожою на плоске веретено з двома гирлами на витягнутих протилежних кінцях, форамініфер, усередині якої знаходилися дві добре прокрашенние нематоди. Препарат акуратно зроблений безвісним лаборантом, розбирав проби мейобентосу [1] з глибоководді біля узбережжя Анголи.

форамініфер, яку згодом визначила співробітниця кафедри зоології безхребетних МГУ ім. М. В. Ломоносова Е. М. Майєр, виявилася досить рідкісною формою - Vanhoeffenella aff. gaussi. Бічні стінки її агглютінірованной раковінкі затягнуті шкірястою прозорою мембраною (характерна ознака роду) - через ці своєрідні вікна і було видно дві нематоди (самець і самка). Вони були не просто в цитоплазмі, а були укладені у велику кулясту вакуоль, або камеру, з досить щільними, хоча і м'якими, абсолютно прозорими шкірястими стінками.

Круглі черви виявилися не відомі науці. Разом з американським нематодологом Д. Хоупом ми досліджували їх будову, описали новий вид і віднесли його до нового роду -- Smithsoninema inaequale [2]. Родове назва нематода отримала на честь Смітсоновського інституту, видове - відображає велика різниця між самцем і самкою.

форамініфер Vanhoeffenella aff. gaussi. У її внутрішньої шкірястою камері оселилася сімейна пара Smithsoninema inaequale - тонкий самець і самка товста. Внизу вони показані "Крупним планом"

ниткоподібне тонкий (в діаметрі до 20 мкм) самець згорнутий в міхурі кілька разів, тому що його довжина (майже 3 мм) багато разів перевищує розміри раковінкі Форамініфери. У самця присутні всі ознаки типових вільноживучих нематод: головні щетинки, великі амфіди (органи хімічного почуття), нормальний кишковий тракт, хвостові залози. За формою амфіда (у вигляді коми), наявності твердого паличкоподібні освіти (стилета) в ротовій порожнині, залізистої глотці і особливій формі копулятивного органів (спікули) самець цього виду безсумнівно належить до сімейства Camacolaimidae (група морських вільноживучих нематод). Самка зовсім інша - коротка (усього 0.8 мм завдовжки) і товста (майже 100 мкм в середині тіла). Амфідов у неї не видно, хоча головні щетинки є. Стилета в ротовій порожнині немає, стравохід залозистий, середня кишка без видимого внутрішнього просвіту, хвостові залози відсутні. Відмінності між самцем і самкою настільки великі, що, якби вони були зустрінуті окремо, їх навряд чи віднесли б до одного роду, а то й родини.

Природно, відкриття S.inaequale ініціювало пошуки подібних нематодно-форамініферних асоціацій в інших морях. У Білому морі наймасовіший вид агглютінірованних форамініфер - Reophax curtus. Будиночок реофакса складається з лінійно розташованих камер. Початкова камера найменша. У міру зростання частину обсягу цитоплазми видавлюється з гирла і виникає нова камера, більша попередньої. Жива цитоплазма займає в основному останню, найбільшу камеру. Саме тут треба було шукати незвичайних паразитів.

В реофаксах ми виявили дев'ять видів нематод. Шість з них відомі як вільноживучі мешканці донного осаду, і нам попалися, мабуть, випадково. Три інших виявлених в форамініфер виду - схоже, дійсно справжні внутрішні ендобіонти найпростіших. Усі три види виявилися новими для науки, причому два з них - представники невідомих пологів із сімейства Camacolaimidae. Поки формальні діагнози цих нематод не будуть опубліковані в академічному "Зоологічному журналі", ми, згідно з Міжнародного кодексу зоологічної номенклатури, не маємо права згадувати їх наукові назви. Тому позначимо їх умовно: один як Camacolaimus sp. (що означає "вид з роду Camacolaimus ") і другий як Camacolaimidae gen. sp. ( "Вид і рід з сімейства Camacolaimidae ").

Самка Camacolaimidae gen. sp. 2 в раковінке реофакса і окремо при більшому збільшення.

Camacolaimus sp. відрізняється від своїх численних вільноживучих родичів в основному розмірами: це найменший вид роду. І це не дивно, адже новий камаколаймус живе в дуже тісному просторі - всередині останньої камери реофакса. Крім того, впадає в око розмах мінливості цього виду як по розмірами, так і за морфологічними ознаками.

Camacolaimidae gen. sp. 1 ще сильніше відрізняється від вільноживучих нематод і навіть від інших представників камаколаймід: у нього немає такого звичного для сімейства дорсального зуба, або стилета, і розвинений статевий диморфізм. Самці - тонкі, стрункі і загалом схожі на вільноживучих нематод, а дорослі самки -- товсті, веретеновідние і не мають нічого спільного із родичами.

Самим загадковим виявився третій вид: організація цієї нематоди настільки своєрідна, що її важко віднести до якого-небудь з існуючих сімейств. Самці поки невідомі, ми знайшли тільки самок і статевонезрілих особин (личинок). На голові не видно ніяких органів чуття, ні щетинок, ні амфідов. Ротова порожнина невооружена і спрощена. Глотка залозиста в задній частині. Кишка без клітинних кордонів і внутрішнього просвіту, очевидно, вона являє собою суцільний синцитіальних циліндр. Задня кишка - рудимент. Статева система самки представлена двома гонад, заповненими численними невеликими ооцит. Судячи з будовою кишківника, ця нематода НЕ ковтає їжу ротом, а якщо й харчується в дорослому стані, то осмотично, поглинаючи розчинені органічні речовини всією поверхнею тіла. Інша особливість, також пов'язана з проживанням всередині іншої живої істоти, - надмірна плодючість. Однозначно визначити, до якого сімейства належить ця форма, немає можливості, так як самці не знайдені (можливо, у цього виду самці або дуже рідкісні, або взагалі їх немає), а у самок відсутні сенсілли - важливий діагностична ознака. Однак наявності залізистої глотки і багатоклітинного яйцепровода, а також загальне схожість з самкою Smithsoninema дозволяють попередньо віднести третій вид також до камаколаймідам і позначити його як Camacolaimidae gen. sp. 2.

В Білому морі приблизно в 10% раковінок реофакса містяться нематоди. Черви зустрічаються як серед живих форамініфер, так і в порожніх раковінках. Живі легко розпізнаються по зернистою липкою цитоплазмі, що стає видно при розламуванні будиночка. Усередині будиночка нематоди не просто плавають в цитоплазмі, а локалізовані або всередині великих бульбашок, або вакуоль, або між внутрішньою поверхнею стінки раковінкі і клітинною мембраною цитоплазми. Мабуть, форамініфер намагається ізолювати себе від чужого організму, оточуючи його тонкою шкірястою оболонкою, подібної до тієї, яка утворюється на початку побудови раковінкі. Найчастіше всього в одній особи реофакса живуть самець і самка нематоди, як би сімейна пара (якщо це види Camacolaimus sp. або Camacolaimidae gen. sp. 1). Рідко нематод буває більше, а співвідношення статей відрізняється від 1:1. І ще рідше в однієї особи найпростішого зустрічаються більше одного виду нематод.

Всі три специфічних виду проводять у форамініфер більшу частину свого життя. Тут відбувається спарювання, тут же самка відкладає яйця всередині свого шкірястою міхура, тут же розвиваються ембріони і вилуплюється потомство. В одній форамініфер ми нарахували 15 синхронно розвиваються яєць однієї кладки. Очевидно, нематоди можуть залишати форамініфер на різних стадіях свого життєвого циклу. У всякому разі, і Camacolaimus sp., І Camacolaimidae gen. sp. зрідка зустрічаються вільно в осаді і трапляються в пробах разом з зараженими форамініфер. Ми не знаємо, за яких обставин нематоди залишають господаря: при перенаселеності, через загибель господаря, а може, вихід у зовнішнє середовище та зміна господаря - обов'язкова фаза життєвого циклу? Проникають ж нематоди в організм господаря швидше за все активно - пролазять всередину через гирлі або інші пори в раковінке.

Чим і як харчуються нематоди? Відповідь на це запитання дав би змогу, зокрема, визначити, який тип симбіотичної зв'язку для них характерний. Розглядаючи нематод під мікроскопом, ми ніколи не бачили в кишечнику якого-небудь оформленого вмісту. Внутрішній просвіт кишки, якщо він взагалі є, завжди вузький, як би стислий. У самок же Camacolaimodae gen. sp. 2, як уже згадувалося, кишечник являє собою суцільний синцитіальних циліндр. На поперечному зрізі самки видно, що цим сінцітіем (трофосомой) зайнята велика частина внутрішнього об'єму тіла. Трофосома щільно заповнена різними вакуолями, очевидно, що зберігають запасний поживний матеріал. Судячи з дегенерації кишкового тракту у самок S.inaequale і Camacolaimidae gen. sp. 2, вони харчуються осмотично. Подібним способом годуються багато паразити: і кишкові (цестоди і скребні), і порожнинні (наприклад, паразитичні нематоди - тіленхіди і мермітіди в порожнині тіла комах).

В літературі зрідка повідомлялося про знахідки невизначених нематод в форамініфер, а також в їх химерних і маловідомих родичів - ксенофіофоріях і комокіацеях. Так, нематоди на різних стадіях життєвого циклу, включаючи яйця, виявлялися в раковінках форамініфер Elphidium crispum. Неідентифікованих нематод знайшли у великій кількості в живих форамініфер Rosalina globularis, яких містили в лабораторній культурі. Черви довжиною 250-500 мкм були виділені з дорослих особин R.globularis з максимальним діаметром раковінкі 560 мкм. Круглі черви в займаній камері згорнуті в щільні спіралі. Цитоплазми в ураженої камері майже не було. Крім того, рухливі нематоди виявлені в тілах субліторальній комокіацей Globipelorhiza sublittoralis. Можливо, нематод привернуло бактеріальне населення на частинках детриту, зібраних псевдоподии гігантських найпростіших. Нарешті, великі (більше одного сантиметра) нематоди-лептосоматіди Syringonomus typicus знайдені в таких самих довгих піщанистого трубках гігантських форамініфер Rhabdammina abyssorum [3]. Нематода займає весь простір раковінкі, її голова стирчить з одного кінця трубки, хвіст - з іншого. Очевидно, в даному випадку мова не йде про якесь спеціалізованому паразитизмі: всі нематоди схильні подорожувати і жити в тісних просторах, де тіло з усіх боків оточене субстратом.

Парне існування і статевої диморфізм досить часто спостерігаються в комменсалов і симбіонтів. Прикладів тому дуже багато. Краби-горошинки сімейства Pinnotheridae живуть в мантійних порожнини устриць та інших двостулкових молюсків. Інші маленькі краби з сімейства Hapalocarcinidae живуть парами на склерактініевих Коралі й викликають хворобливі розростання coral у вигляді жовна - галлів. Всередині гала - маленька затишна камера з гладкими стінками, де живуть самець і помітно більша безформна самка. Камера сполучається з зовнішнім середовищем маленьким отвором, через яке добровільні в'язні прокачують всередину воду і фільтрують з неї органічні частки для харчування. На безлічі видів коралів, актиній, морських зірок, їжаків і морських лілій, двостулкових молюсків мешкають видоспецифічність форми дуже дрібних комменсальних креветок-понтоніін. Вони теж тримаються парами з несхожих один на одного самця і самки. На креветках та інших морських ракоподібних парами живуть паразитичні равноногіе ракоподібні підряду Epicaridea. Велика, роздута, асиметрична, з редукованому кінцівками самка сидить нерухомо, прикріпившись до тіла господаря, і п'є його кров. За самці бігає дрібний і рухливий самець; він повністю зберігає типове будову ракоподібних із загону равноногіх.

Ще більш вражаючий вигляд комменсальних видів з тих груп, для яких такий спосіб життя в цілому не характерний. Так, карликові двостулкові молюски Pseudopythina subsinuata живуть парами на раках-богомола Oratosquilla oratoria. Велика самка і дуже маленький самець прикріплені до черевної стороні грудей раку. Цих молюсків відрізняє не характерну для двустворок внутрішнє запліднення. Офіури Nannophiura lagani парами мешкають на поверхні тіла деяких видів морських їжаків, між голками; при цьому карликовий самець офіури постійно сидить на оральному диску самки, рот до рота. Попарно існування і пов'язаний з цим сильний статевий диморфізм характерні не тільки для симбіонтів, але і для інших тварин, чий образ життя ускладнює пошук статевого партнера (класичні приклади - що сидять в грунті ехіуріди сімейства Bonellidae і глибоководні риби-вудильники).

Сімейна життя і різкий статевої диморфізм властивий паразитичний гельмінтами, у тому числі і нематод. У тканини стравоходу і шлунку деяких водних холоднокровних хребетних паразитують самки нематод Hedruris, самець ж спірально обгорнуто навколо тіла самки. Самець вражаючого трахеї птахів паразита Syngamus trachea знаходиться у постійно спареному стані з більшою самкою, як би приростаючи до неї поряд зі статевим отвором. Нарешті, у Trichosomoides crassicauda, паразитів сечового міхура щурів, крихітні самці живуть безпосередньо в статевих шляхах самки.

За аналогією з наведеними прикладами наших камаколаймідних нематод, також живуть попарно і відрізняються статевим диморфізму, можна вважати специфічними симбіонтом форамініфер. З обережності поки будемо користуватися нейтральним терміном "симбіоз", який, за визначенням його автора, А. де Барі, п?? едполагает будь-яку форму взаємин двох різних видів, будь то мутуалізмом (від лат. mutuus - взаємний), при якому обидва види отримують взаємну користь від співжиття, Коменсалізм (від фр. commensal - співтрапезник), коли співмешканець ділить стіл і кров з господарем, не вступаючи з ним у тісні стосунки, чи паразитизм (від грец. parasiton - нахлібник), при якому життя одного виду протікає за рахунок іншого зі складанням йому очевидного збитку. Швидше за все, форамініферние нематоди - грубі паразити. Про це говорить їх тип харчування (нематоди в принципі за своєю локалізації та по морфології не можуть харчуватися нічим, окрім органічної речовини господаря), деградація цитоплазми в ураженої раковінке і, нарешті, спроби найпростішого захиститися від черв'яків шляхом оточення їхнього шкірястою капсулою.

Чотири виду форамініферних нематод можна розташувати в ряд, як би імітує послідовність еволюційних перетворень в їх будові. На початок ряду поставимо самого примітивного представника сімейства - Camacolaimus sp. Цей вигляд відрізняється від своїх численних вільноживучих родичів лише відносно малими розмірами. Другим членом ряду буде Camacolaimidae gen. sp. 1, і в нього вже спрощено ротової апарат і статевої диморфізм сильніше виражений, однак самки, хоча і сильно потовщені, зберігають типові для камаколаймід риси в будові амфідов, стравоходу і хвостових залоз. Третім членом ряду буде S.inaequale, у якої ниткоподібний самець має структури, властиві нормальним вільноживучим камаколаймідам, а самка спрощена, потовщена і змінена за формою настільки, що по ній однієї було б важко віднести цей вид до сімейства Camacolaimidae. Четвертий член - Camacolaimidae gen. sp. 2 - самий просунутий в цьому еволюційному ряду. У цього виду, як у Smithsoninema, кишка перетворена на трофосому, але головні органи чуття зникли зовсім, а статева система гіпертрофована.

Сімейні пари нематод: Camacolaimus sp. (ліворуч) і Camacolaimidae gen. sp. 1.

Як склалася незвичайна паразитична зв'язок нематод з найпростішими? Мабуть, еволюційна схема тут досить проста. Вже згадувалося, що нематода властивий тігмотаксіс - прагнення залазити в будь-які тісні простору, де можна притулитися до субстрату всією поверхнею тіла. Круглі черви влаштовані так, що можуть рухатися тільки в товщі якихось зернистих субстратів: їх шкірно-м'язовий мішок містить лише поздовжні м'язи, які дозволяють здійснювати одноманітні змієподібним руху. Морські нематоди, звичайно, в основному мешкають у донних опадах, проте можуть успішно заселяти та інші біотопи - обростання, жабуринні і навіть морський лід. З чималим успіхом нематоди освоюють тіла тварин: їх багато в каналах водопровідної системи губок, на колоніях мшанок, в мантійних порожнини двостулкових молюсків, між параподіямі поліхети, біля основи ротових і ходильні кінцівок, а також у зябрових порожнинах ракоподібних і навіть у цедільном апараті в роті вусатих китів [4]. Настільки ж охоче нематоди оселяються в раковінках форамініфер, і немає нічого дивного в тому, що саме камаколайміди стали внутрішньоклітинними паразитами форамініфер. У камаколаймід гіпертрофована Дорсальна заліза в стравоході, а в ротової порожнини є стілетоподобний зуб. За аналогією з наземними фітопаразітамі із загону Tylenchida, у яких висувною стилет служить як для проколювання клітинних стінок рослин і вприскування містить ферменти секрету, так і для всмоктування живильної рідини в кишечник, можна припустити, що камаколайміди харчуються за допомогою зуба, використовуючи його в як шприца. Проте виявлення специфічних камаколаймід в форамініфер не має близьких аналогій в паразитології. Внутрішньоклітинними паразитами можна назвати, наприклад, кишковопорожнинних Polypodium hydriforme, що живуть в ікринки осетрів, або трихограми і деяких інших наїзників, чиї личинки розвиваються в яйцях комах. Однак ці організми мешкають в зигота -- специфічних великих клітинах, заповнених харчовим матеріалом. Наш випадок -- перший приклад паразитування багатоклітинних тварин у клітці активних протистов.

Список літератури

1. Мейобентосу - мікроскопічні багатоклітинні тварини морського дна (нематоди, гастротріхі, кінорінхі, остракоди, копепод, а також карликові турбелляріі, що плазують поодинокі поліпи і медузи, олігохети, поліхети і мініатюрні представники інших класів).

2. Hope D.W., Tchesunov A.V.// Invertebrate Biol. 1999. V.118. № 2. P.95-108.

3. Hope W.D., Murphy D.G.// Proceed. of Biol. Soc. of Washington. 1969. V.82. P.511-518.

4. Чесунов А.В. Морські комменсальние нематоди. Різноманітність, екологія, адаптація// Симбіоз у морських тварин. М., 1989. С.20-59.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://soil.msu.ru/