CC BY
68
УДК 591.9 ББК 28.083.66
Лихачев Сергей Федорович
доктор биологических наук, профессор кафедра зоологии Челябинский государственный педагогический университет
г. Челябинск Баймакова Лариса Григорьевна кандидат биологических наук, доцент
кафедра зоологии и физиологии Сибирский государственный университет физической культуры и спорта
г. Омск
Коплик Анастасия Александровна
аспирант кафедра зоологии Челябинский государственный педагогический университет
г. Челябинск Likhachev Sergei Fedorovich Doctor of Biology,
Professor Chair of Zoology Chelyabinsk State Pedagogical University Chelyabinsk Baimakova Larisa Grigorievna
Candidate of Biology,
Assistant Professor Chair of Zoology and Physiology Siberian State University of Physical Training and Sport
Omsk
Koplik Anastasia Alexandrovna
Post-graduate Chair of Zoology Chelyabinsk State Pedagogical University Chelyabinsk
Морфологические и физиологические особенности эндобионтных инфузорий пищеварительного тракта косули сибирской Morphologic and Physiological Features of Endobiotic Infusoria of Capreolus
Pygargus Alimentary Canal
В статье приводятся оригинальные материалы по морфофизиологическим особенностям эндобионтных инфузорий желудка косули сибирской.
The article presents the original materials on morphologic and physiological features of endobiotic infusoria of Capreolus pygargus alimentary canal.
Ключевые слова: офриосколециды, косуля сибирская, пелликула,
цитостом, микронуклеус, макронуклеус.
Key words: ophryoscolecidae, Capreolus pygargus, pellicula, cytostome, micronucleus, macronucleus.
Актуальность. Фауна инфузорий, обитающих в желудочно-кишечном
тракте растительноядных млекопитающих, отличается многообразием [1, 2, 3, 4]. Среди эндобионтных инфузорий 57% видов относятся к форгутным (обитатели желудков), остальные 43% относятся к хиндгутным (обитатели слепой и толстой кишок). В настоящее время известно более 450 видов этих простейших [5, 6]. Но, исследования протозоологов, посвященные
эндобионтным инфузориям, чрезвычайно скудны и охватывают лишь некоторые виды млекопитающих в отдельных географических точках нашей планеты. Кроме того, фауна и жизненные циклы инфузорий, обитающих в рубце жвачных животных, влияние их на организм хозяина изучены до сих пор недостаточно. Так, например, практически не были изучены эндобионтные инфузории у косули сибирской.
Целью настоящего исследования явилось изучение эндобионтных инфузорий желудка косули сибирской, обитающей на территории Челябинской области.
Организация исследования. Материалом для исследования послужили сборы проб из желудков 9 разновозрастных особей косули сибирской, проведенные в 2007-2009 гг. на территории Челябинской области.
Методы исследования. Для изучения общей морфологии клеток и органоидов, инфузорий предварительно фиксировали с использованием иммобилизационных и наркотизирующих средств: 2 % раствора уксусной кислоты, 1 % раствора лимонной кислоты; 2 % раствора новокаина, 40 % раствора этанола, 4 - 10 % раствором формалина, уксуснокислого свинца -
3 3
формалина (3-5 г уксуснокислого свинца, 10 см формалина 40 %, 10 см дистиллированной воды), глицерин - желатина (15 г белого желатина, 100 см дистиллированной воды, 100 г глицерина, 1 капля фенола), жидкостью Карнуа
3 3 3
(10 см этилового спирта 100 %, 3 см хлороформа, 1 см ледяной уксусной кислоты). Выявление ядерного аппарата осуществляли с использованием 3%
раствора медного купороса, с добавлением уксусной кислоты, 1 % раствора соды. Для выявления ресничного аппарата, рта и глотки использовали: 2 % раствор азотнокислого серебра; 0,3 % раствор йода или раствор Люголя на глицерине, проторгола.
Результаты исследования. К основным морфологическим признакам эндобионтных инфузорий, непосредственно связанным с образом жизни этих простейших и местом обитания, можно отнести следующее: форма тела, цистомального (переднего) и цитопроктального (заднего) концов тела; вооружение заднего конца тела и его модификации; длина и ширина тела инфузорий; ресничный аппарат и его расположение; ротовой аппарат; цитоскелет; ядерный аппарат и локализация ядер в клетке; строение сократительной вакуоли и локализация в клетке. Из приведенных видоспецифических признаков 1-4 варьируют в широких пределах и в разных особях хозяев и в разных отделах желудка.
Форма тела особей большинства видов эндобионтных инфузорий пищеварительного тракта косули строго постоянна, что связано с организацией их покровов. Для эндобионтных инфузорий свойственна хорошо развитая плотная пелликула, состоящая из плазмалеммы и подстилающих ее альвеол. С пелликулой, в свою очередь, ассоциированы цитоскелетные элементы -скелетные или кортикальные пластинки, у большинство видов их 1-2. Обычно скелетные пластинки расположены на дорзальной стороне клетки. Именно пеликулла и скелетные пластинки образуют кортекс, или цитоскелет эндобионтных инфузорий. Наличие плотной и даже жесткой толстой пелликулы можно рассматривать как морфофизиологическую адаптацию инфузорий к эндосимбиотическому образу жизни в организме хозяина для защиты от механических и химических повреждений. Форма тела и дополнительные выросты, особенно у офриосколецид являются видоспецифичными. Так у некоторых видов родов Entodinium и Diplodinium на заднем конце тела имеются шипы или лопасти. По наличию или отсутствию шипов и лопастей мы предлагаем выделить две группы офриосколецид: 1 -вооруженные виды; 2 - невооруженные виды. Вооружение заднего конца тела,
конечно, принимается во внимание при выделении различных видов инфузорий, но признак этот чрезвычайно изменчив. Под шипами подразумеваются более или менее вытянутые в длину и ясно заостренные на конце выросты. Большинство Ophryoscolecidae обладают простыми шипами. Однако у вида Diplodinium monacanthum из пищеварительного тракта косули имеется венчик разветвленных шипов, состоящих из общего основания в одной плоскости. В расположении шипов наблюдается определенная закономерность. Исходной формой офриосколецид считается вид с невооруженным задним концом тела. Постепенно на заднем полюсе развивается окаймляющий его венец шипов. Это первый венчик, и шипы, его образующие, также называются первичными. В полном своем виде первичный венчик слагается из 6 шипов: одного правого, двух на верхней стороне тела, одного левого, двух на нижней стороне тела. Однако часто наблюдаются существенные различия в форме, длине и числе шипов. Лопастями называются тупые выросты заднего конца тела, число которых варьирует от 1 до 3. Чаще имеется одна левая или правая лопасть, реже - две сразу. Вероятно, задние выросты играют немаловажную роль в локализации эндобионтных инфузорий по разным отделам желудка, так как данные выросту служат органеллами прикрепления к стенкам, чем инфузории противостоит выносу в просвет двенадцатиперстной кишки.
Длина и ширина тела инфузорий из желудка косули варьирует в широких пределах. Например, длина вида Entodinium nanellum варьирует от 18 до 36 мкм, а вида Epidinium ecaudatum-ecaudatum - от 90 до 140 мкм. Причем размеры особей одного и того же вида варьируют при обитании в разных отделах желудка. Примером могут являться особи вида Entodinium nanellum, которые обитают в рубце, сетке и книжке желудка косули. Длина тела особей, обитающих в рубце, варьирует от 18 до 21 мкм, при средней длине примерно 19,1 мкм. В сетке размеры особей немного возрастают от 25 до 28 мкм, при средней длине примерно 25, 4 мкм. Вероятно, в разных отделах желудка косули создаются разные условия оптимума жизнедеятельности для разных видов эндобионтных инфузорий.
В отличие от большинства видов инфузорий, офриосколециды имеют весьма своеобразный ресничный аппарат, состоящий из сложных комплексов ресничек, или мембранелл. Каждая мембранелла - это пучок длинных ресничек, функционирующих как единое целое. На переднем конце тела располагается адоральная зона, в которой мембранеллы располагаются по закрученной в левую сторону спирали. Эта зона окаймляет передний конец тела с находящимся на нем ртом и состоит из нескольких десятков мембранелл. Например, у инфузорий рода Entodinium весь ресничный аппарат ограничивается этой зоной. А у видов рода Diplodinium адоральная зона с ресничным аппаратом занимает только правую сторону переднего полюса тела, середина которого занята особым закругленным выростом - цитостомальным отростком. Левая зона мембранелл у видов данного рода охватывает несколько меньше половины периферии тела. Как вокруг адоральной, так и вокруг левой зоны эктоплазма инфузории образует более или менее высокую двойную складочку, которую называют губой. При втягивании мембранелл эта губа расправляется и прикрывает с наружи мембранеллы и вход в цитостом. Таким образом, мембранеллы - это органеллы основной функцией которых является участие в процессе захвата пищевых объектов и транспорта их в цитостом. Среди инфузорий желудка косули имеется два вида, у особей которых мембранеллы отсутствуют, поверхность их тела покрыта рядом ресничек, наподобие таковой у Paramecium caudatum, это виды: Isotriha intestinalus и Dasytricha ruminantium. Реснички этих видов выполняют две функции: локомоторную и трофическую, продвигая пищу в цитостоме. Цитостом ведет в мощную глотку, которая представляет собой длинную, направленную назад трубку. Сначала она проходит по середине тела, но потом приближается почти вплотную к нижней стороне тела. Нижняя сторона глотки подстилается слоем лентовидных сократительных волокон, являющихся комплексами микротрубочек и микрофиламентов. Вдоль верхней стороны глотки, обращенной внутрь тела, идет довольно широкая щель, сообщающая глотку с эндоплазмой. Следует отметить, что у видов, обнаруженных в желудке косули имеется два принципиально различно устроенных типа цитостомов: 1 - сифон
или простая трубка; 2 - цитостом с губой, при помощи которой инфузории захватывают пищевые частицы. Эндоплазма образует резко очерченный овальный мешок, занимающий все пространство между глоткой и верхней стенкой тела. У некоторых видов рода Diplodinium от эндоплазмотического мешка вперед выдается слепой вырост, заходящий в основание цитостомального отростка. Задний конец эндоплазматического мешка также иногда образует слепой вырост. Анальная трубка представляет собой глубокое выпячивание эктоплазмы по краям порошицы, которая углубляется внутрь тела в виде длинной и узкой воронки. Таким образом, пищеварительный аппарат Ophryoscolecidae очень сложен и может иметь вид как бы непрерывного «кишечного канала» слагающегося из передней, средней и задней «кишки». Сложность строения пищеварительного аппарата определяется интенсивностью обмена веществ и характером (структурой) потребляемой пищи. Утрата способности образовывать пищеварительные вакуоли большинством видов, переваривание непосредственно в полости цитостома и дефикация через цитопрокт, вероятно также является приспособительной реакцией на переживание в организме хозяина. Такое строение цитостома позволяет инфузории захватывать очень крупные растительные частицы и постепенно участками переваривать их.
Большинство видов семейства Ophryoscolecidae обладает характерным цитоскелетом, состоящим из тонких пластинок, лежащих в эктоплазме. Каждая пластинка состоит из отдельных гранул неправильной формы, скрепленных плотно между собой. Скелет отсутствует у некоторых видов родов Entodinium и Diplodinium, и у всех изотрихид. У большинства офрисколецид он развивается главным образом на вентральной стороне тела, где образует одну или две продольных пластинки (Epidinium). Однако у многих видов число пластинок повышается до 3 или даже до 5, причем они развиваются и на нижней стороне тела, а также захватывают часть правой его стенки. Гранулы скелета состоят из амилопектина, являющегося для офриосколецид основным запасным веществом. Кроме пластин скелета амилопектин находится в виде отдельных гранул. При голодании инфузории используют, прежде всего, полисахарид,
содержащийся в цитоплазме в свободном виде, а затем уже сконцентрированный в пластинах. Причем погибают инфузории при истощении прежде, чем весь запас амилопектина скелетных пластинок будет исчерпан. При цитохимическом исследовании запасных веществ, кроме амилопектина были обнаружены нейтральные липиды и гранулы гликогена.
Ядерный аппарат офриосколецид состоит из макронуклеуса и микронуклеуса. Макронуклеус лежит ближе к правой стороне тела у Entodinium и ближе к левой части клетки у высших Ophryoscolecidae. Чаще всего макронуклеус более или менее прямой, вытянутый в длину, колбасовидный. Гораздо реже имеет более или менее овальную форму. У видов рода Diplodinium ядро может принимать и более сложное очертание. Так передний конец макронуклеуса загибается крючком вправо и влево, или же на левом крае появляется два или три коротких поперечных выступа. Микронуклеус маленький, овальный или яйцевидный. Положение его у разных родов варьирует незначительно, и макронуклеус лежит всегда левее микронуклеуса. У разных видов микронуклеус лежит на различном поперечном уровне. Обычно он тесно прилегает к макронуклеусу, на поверхности которого имеется для него легкая выемка.
Сократительные вакуоли имеются в числе от 1 до 15. Они лежат в эктоплазме, непосредственно под пелликулой. Проще всего устроен осморегулирующий аппарат у инфузорий рода Entodinium. Он состоит из единой вакуоли, которая лежит у переднего конца тела, вблизи макронуклеуса. У большинства видов Diplodinium и Epidinium появляется еще вторая, задняя вакуоль. У некоторых видов по левому краю тела залегает целый ряд вакуолей (3-5). Сократительная вакуоль выполняет исключительно осморегулирующую функцию. Появление нескольких сократительных вакуолей у эндобионтных инфузорий также является морфофизиологической адаптацией в результате образа жизни в организме хозяина, т.к. подобное характерно только для паразитов и эндосимбионтов, но ни как, для свободноживущих простейших.
Библиографический список
1. Gutierrez, J., Davis, R.L. Bacterial digestion by the rumen ciliates Entodinium and Diplodinium [Text] / J. Gutierrez, R.L. Davis. - J. Protozoology. 1959. Vol. 6, N 3. - P. 222-226.
2. Coleman, G.S. The metabolism of starch, maltose, glucose and some other sugars by the rumen ciliate Entodinium caudatum [Text] / G.S. Coleman. - J. Gen. Microb. 1969. 57, № 3. - Р. 303-332.
3. Jones, W.T., Lyttleton, I.W. Bloat in cattle [Text] / W.T. Jones, I.W. Lyttleton. - New Zeland J. Agricult. Res. 1972. Vol. 15, N 4. P. 506-511.
4. Hungate, R.E., Reichl, J., Prins, R. Parameters of rumen fermentation in a continuously fed sheep [Text] / R.E. Hungate, J. Reichl, R. Prins. - Applied Microbiol. 1971. Vol. 22, N 9. - P. 11041113.
5. Корнилова, О.А. Фауна инфузорий кишечника кулана [Текст] / О.А. Корнилова. -СПб.: Тесса, 2003. - 216 с.
6. Корнилова, О.А. История изучения эндобионтных инфузорий млекопитающих [Текст] / О. А. Корнилова. - СПб.: Тесса, 2004. - 352 с.
Bibliography
1. Coleman, G.S. The Metabolism of Starch, Maltose, Glucose and Some Other Sugars by the Rumen Ciliate Entodinium Caudatum [Text] / G.S. Coleman. - J. Gen. Microb. - 1969. - 57, № 3. -Р. 303-332.
2. Gutierrez, J., Davis, R.L. Bacterial Digestion by the Rumen Ciliates Entodinium and Diplodinium [Text] / J. Gutierrez, R.L. Davis. - J. Protozoology. - 1959. - Vol. 6, N 3. - P. 222-226.
3. Hungate, R.E., Reichl, J., Prins, R. Parameters of Rumen Fermentation in a Continuously Fed Sheep [Text] / R.E. Hungate, J. Reichl, R. Prins. - Applied Microbiol. - 1971. - Vol. 22, N 9. -P. 1104-1113.
4. Jones, W.T., Lyttleton, I.W. Bloat in Cattle [Text] / W.T. Jones, I.W. Lyttleton. - New Zeland J. Agricult. Res. 1972. - Vol. 15, N 4. - P. 506-511.
5. Kornilova, O.A. The Fauna of Infusoria in Intestinal Canal of the intestine of Koulan [Text] / O.A. Kornilova. - St-Petersburg: Tessa, 2003. - 216 p.
6. Kornilova, O.A. History of Study the Mammalia Endobiotic Ciliates [Text] / O.A. Kornilova. - St-Petersburg: Tessa, 2004. - 352 p.
