Разнообразие и экология кинетопластид (Kinetoplastida: Kinetoplastidea) — паразитов рыб озера Байкал

Жгутиконосцы отрядов Trypanosomatidae и Bodomonatidae — большая и интересная группа простейших, большинство которых — паразиты беспозвоночных и позвоночных животных и растений. Огромный научный потенциал в области биологии и медицины направлен на изучение возбудителей болезней человека и сельскохозяйственных животныхтрипаносомозов (род Trypanosoma) и лейшманиозов (род Leischmania). В сравнение с мночисленными исследованиями, которые безусловно являются первостепенными проблемами медицинской и ветеринарной паразитологии, несравнимо меньшее внимание уделено жгутиконосцам, паразитирующим в холоднокровных животных, в том числе рыбах.

Отряды Trypanosomatidae и Bodomonatidae входят в класс KINETOPLASTIDEA Honigberg, 1963, тип KINETOPLASTIDA Honigberg, 1963. Приведенная систематика дана по последнему определителю паразитических простейших М. В. Крылова (1996). В «Определителе паразитов пресноводных рыб» (ред. О. Н. Бауэр, 1984), основному определителю, с которым мы работаем, К. Х. Хайбулаев и С. С. Шульман паразитов крови рыб включили в тип Mastigophora Diesing, 1866, класс Kinetoplastomonada Honigberg, 1963. В составе класса Kinetoplastida Honigberg, 1963 Г. JT. Хоффман приводит пять родов: Cryplobia, Leidy, 1846 (3 вида), Ichtkyobodo, Pinto, 1928 (1 вид), Lamellasoma, Davis, 1947 (1 вид), Trypanoplasma, Laveran and Mesnil, 1901 (16 видов), Trypanosoma Gruby, 1841 (17 видов) (для пресноводных рыб Северной Америки, Европы и Китая). Б. М. Хонигберг и др. (Honigberg et al., 1981) отряд Kinetoplastida Honigberg, 1963 делят на два подотряда Bodonina Hollande. 1952 Trypanosomatina Kent. 1880. О. Г. Кусакин и A.JI. Дроздов (1998) предлагают новую систематику на основе филогенетического анализа, где кинетопластиды относятся к типу Bodonophyles (Senn, 1900) Starobogatov, 1986 — бодонофилеи, который состоит из двух классов Bodonioides и Trypanosomatioides. 5.

Жгутиконосцы семейства Trypanosomidae Doflein, 1901 рода Trypanosoma Gruby, 1841 являются паразитами беспозвоночных (инфузорий, моллюсков, червей, членистоногих) и позвоночных животных, а также растений. В состав семейства входят возбудители опаснейших заболеваний — трипаносомозов человека и домашних животных.

Род Trypanosoma подразделяется на две большие группы, получившие название «секций»: Stercoraria и Salivaria (Гинецинская, Добровольский, 1978). Каждая секция включает несколько подродов, объединяющих близкие виды жгутиконосцев (Крылов, 1996).

К секции Stercoraria относятся виды, трипамастиготные формы которых всегда обладают свободным жгутиком и крупным кинетопластом, сдвинутым вперед от заднего конца тела. Последний заострен и оттянут. Жизненные циклы характеризуются значительной полиморфностью. Заражение позвоночного осуществляется контаминативным путем. В кровяном русле размножаются либо в течение короткого периода, либо этот процесс может повторяться через большие промежутки времени. Делятся только амастиготы и эпимастиготы, тогда как трипамастиготы не размножаются вообще. Трипаносомы, обитающие в кровяном русле, обладают цитохромной системой дыхания, действие которой ингибируется цианидами. Гликолитическое расщепление глюкозы заканчивается образованием молочной и уксусной кислот (Гинецинская, Добровольский, 1978).

К секции Stercoraria относится большое число видов непатогенных трипаносом, обитающих в самых различных млекопитающих. Возможно, что к этой секции относится и большинство видов трипаносом из низших позвоночных животных (рыб, амфибий и рептилий). Переносчиками Stercoraria служат разнообразные кровососущие животные (насекомые — клопы, блохи, двукрылыепиявки).

В состав секции Salivaria входит сравнительно небольшое число видов трипаносом, центром происхождения которых является Африка. Они характеризуются следующими морфологическими признаками: свободный жгутик у трипамастигот часто отсутствует, кинетопласт смещен к заднему концу клетки, последний может быть тупым или закругленным, но никогда не бывает оттянутым. Жизненные циклы вторично упрощены. В специфическом переносчике, которым всегда являются мухи це-це, трипаносомы занимают переднюю позицию, что обеспечивает инокулятивное заражение позвоночных. Размножение трипамастигот в крови последних осуществляется постоянно, без перерывов. Трипамастиготы из кровяного русла не обладают цитохромной системой дыхания, что делает их нечувствительными к действию цианидов. Гликолиз идет до образования пировиноградной кислоты и глицерола.

К секции Salivaria относятся виды, патогенные для своих хозяев и вызывающие серьезные заболевания домашних животных и человека.

Позднее были выделены 4 типа заражений трипаносомами, отражающих различные виды адаптаций (Overath et al., 1998). Во-первых, трипаносомы Salivaria, избегающие ответной реакции на антитела при помощи антигенных изменений их поверхностной протеиновой оболочки, в итоге вызывающие хроническую инфекцию (Vickermanet al., 1993; Cross, 1996). Во-вторых, трипаносомы Stercoraria, Т. lewisi, вызывающие временную инфекцию с последующим промежуточным иммунитетом на антитела (Albright and Albright. 1991). В-третьих, трипаносомы млекопитающих, Т. cruzi Chagas, 1909 проникающие в клетки хозяина, которые, как считается, имеют механизм уклонения важный для для прекращения хронической инфекции. Как гуморальная, так и клеточная иммунные реакции контролируют острую фазу этой инфекции (Takle and Snary, 1993). В-четвертых, в аналогии с трипаносомами млекопитающих Salivaria жгутиконосцы птиц, рептилий, амфибийи рыб (Lom, 1979; Woo, 1987, 1994; Lom and Dykova, 1992) живут только в плазме крови и тканях их хозяев, поэтому, как предполагается, контролируются гуморальной иммунной реакцией.

Жгутиконосцы семейства Bodonidae Sein, 1878 рода Cryptobia Leidy, 1846 -паразиты беспозвоночных и рыб. У последних встречаются в кишечнике, на жабрах и в крови. Паразиты крови раньше выделялись в особый род 7.

Trypanoplasma (Хайбулаев, Шульман, 1984). Эти группы простейших еще слабо изучены. Многие вопросы биологии, таксономии, специфичности, эволюции ее представителей до сих пор являются спорными.

Жгутиконосцы — кровепаразиты рыб являются весьма патогенными и многие исследователи приводят конкретные случаи массовых энзоотий (Никитин, 1929; Залевская-Шаповал, 1959; Бричук, 1969; Хайбулаев, Гусейнов, 1982; Головин, 1996; Lom, 1973).

В России наиболее полными исследованиями по паразитам крови рыб являются работы К. Х. Хайбулаева по Каспийскому морю (Хайбулаев, 1970 а, 1970 б, 1971, 1984; Хайбулаев, Шульман, 1984; Хайбулаев, Гусейнов, 1985). Специальных работ в последующие годы не проводилось и последний определитель паразитов крови рыб основан на работах К. Х. Хайбулаева и его предшественников (Хайбулаев, Шульман, 1984).

Необходимость фундаментального и прикладного изучения паразитов крови рыб еще раз показала вспышка криптобиоза кумжи на Ардонском лососевом заводе (Северная Осетия — Алания) (Головин, Головина, 2001).

В сводке В. Е. Заики (1965) по паразитам рыб Байкала отмечено нахождение Trypanosoma sp. у четырех видов рыб из Байкала: окуня, красной, крапчатой и шершавой широколобок и Cryptobia sp. у песчаной и пестрокрылой широколобок. Кроме этого в водоемах бассейна Байкала отмечена Trypanosoma carassii (Mitrophanov, 1883) от карася из озера Ивано-Арахлейской группы (Пронин, 1975) и Trypanosoma sp. из крови окуня оз. Гусиное (Пронин, Шагдуров, 1977) и щуки (Пронин, Шигаев, 1977). А. Н. Хохлова (1985) обнаружила Т. percae Brumpt, 1906 у окуня из озера Щучье Еравно-Харгинской системы. В последнем списке паразитов рыб озера Байкал было только два вида трипаносом: Trypanosoma percae и Т. carassii (Pronin, 1998).

Длительный застой в исследовании кровепаразитических простейших гидробионтов водоемов России, Сибири и Байкала связан с методическими трудностями, как в получении материала для исследования от живых 8 организмов, так со слабой разработкой морфологических критерий для видовой дифференцировки трипаносом.

В связи с этим с 1995 в лаборатории паразитологии Института общей и экспериментальной биологии Сибирского отделения Российской Академии наук начато изучение видового состава и экологии кровепаразитов рыб озера Байкал.

Цель и задачи исследования

Основной целью работы было установить систематический состав, морфологическую изменчивость и особенности распределения кинетопластид в экосистеме Байкала. Для достижения цели предстояло решить следующие задачи:

1. Изучить видовой состав трипаносом и криптобий рыб озера Байкал и проанализировать изменчивость трипаносом.

2. Определить особенности гостального и пространственного распределения кинетопластид — паразитов крови рыб Байкала.

3. Установить особенности экологии Т. регсае специфичного паразита обыкновенного окуня (распределение в организме и популяции хозяина, в пространстве, сезонные и годовые изменения зараженности).

Научная новизна. Установлен видовой состав кровепаразитических простейших рыб Байкала: 8 видов жгутиконосцев рода Trypanosoma, 7 видов и подвидов рода Cryptobia и один вид не определен до отряда. Описано 5 новых для науки видов и подвидов паразитов: 1 — из рода Trypanosoma, 3 вида и 2 подвида из рода Cryptobia. Впервые в качестве хозяев кровепаразитов рода Trypanosoma отмечены 7 видов рыб: хариус, язь, щиповка, песчаная, каменная, узкая и острорылая широколобки. Впервые в качестве хозяев кровепаразитов рода Cryptobia отмечены 13 видов рыб: окунь, щиповка, каменная, желтокрылая, длиннокрылая, полуголая, крапчатая, горбатая, ширококрылая, темная, плоская, короткоголовая и большая широколобки.

Впервые проведен анализ гостального и пространственного распределения кровепаразитов рыб Байкала. Установлена приуроченность жгутиконоцев рода Trypanosoma к литоральным видам рыб сибирского 9 комплекса, а рода Cryptobia — к глубоководным рыбам байкальского фаунистического комплекса.

Впервые изучены некоторые экологические аспекты зараженности окуня жгутиконосцами Trypanosoma регсае (зависимость зараженности от возраста и длины хозяина, сезона и года исследований).

Практическое значение. Описаны новые виды паразитов рыб. Разработана таблица для определения трипаносом и криптобий байкальских рыб. Предложены несколько дополнительных критериев к определительной таблице К. Х. Хайбулаева и С. С. Шульмана (1984).

Материалы по экологии трипаносом и криптобий рыб Байкала могут быть применены в учебных курсах по паразитологии и экологии.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на международном симпозиуме «Экологически эквивалентные виды гидробионтов в Великих озерах мира» (Улан-Удэ, 1997), на южно-сибирской региональной научной конференции студентов и молодых ученых «Экология Южной Сибири» (Абакан, 1999, 2000), на конференции «Устойчивое развитие: проблемы охраняемых территорий и традиционное природопользование в Байкальском регионе» (Чита, 1999), на конференции «Биология на пороге XXI века» (Улан-Удэ, 1999), на региональной конференции «Проблемы общей и региональной паразитологии» (Улан-Удэ, 1999), на годичной научной сессии Бурятского научного центра (Улан-Удэ, 1999).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, 2 находятся в печати.

Благодарности. Выражаю искреннюю благодарность своему научному руководителю Николаю Мартемьяновичу Пронину за руководство работой, а также сотрудникам лаборатории С. В. Прониной, Д. Р. Балдановой и Ю. А. Сокольникову за помощь в работе. Также благодарю сотрудников ЛИН СО РАН (г. Иркутск) J1.B. Зубину, И. Ханаева и П. Аношко за помощь в определении подкаменщиковых рыб и В. М. Яхненко за предоставление материала для исследования.

126 ВЫВОДЫ.

1. Установлено, что кинетопластиды широко распространены у рыб оз. Байкал. Они обнаружены у 20 из 40 исследованных видов рыб. Большинство видов рыб впервые зарегистрированы в качестве хозяев жгутиконосцев. Разнообразие фауны кровепаразитов рыб Байкала представлено 16 видами и подвидами. Из них 14 видов и подвидов впервые указываются для фауны Байкала, включая 6 новых видов для науки (1 из рода Trypanosoma, 3 вида и 2 подвида из рода Cryptobia), которые, очевидно, являются эндемичными.

2. Анализ изменчивости трех видов трипаносом (Т. percae, Т. carassii, Т. amurensis) показал, что наиболее стабильными (с наименьшим коэффициентом вариаций) являются: длина тела, расстояние от ядра до заднего конца тела и расстояние от переднего конца тела до ядра. Очень вариабельными являются длина свободной части жгутика и расстояние от кинетопласта до заднего конца тела.

3. На примере распределения Т. percae в тканях и органах окуня установлено, что численность жгутиконосцев уменьшается в следующем ряду: периферическая кровь — сердце — почки — печень — селезенка. Это возможно частично связано с разной ролью этих органов в кроветворении.

4. В экосистеме Байкала жгутиконосцы рода Trypanosoma приурочены к рыбам сибирского комплекса оз. Байкал, а виды рода Cryptobia — к байкальскому. Следствием этого является уменьшение зараженности рыб трипаносомами с глубиной от литорали к профундали и увеличение зараженности — криптобиями. Экстенсивность и интенсивность зараженности трипаносомами рыб сибирского комплекса снижается в ряду: окунь — щукащиповка — песчаная широколобка. Распространение их в Байкале ограничено зоной обитания их хозяев до 350 м. Зараженность криптобиями рогатковидных рыб уменьшается в ряду: пестрокрылая (39.3%) — желтокрылая (28.6%) -длиннокрылая широколобка (13%), зона их обитания до 1100 м.

Трипаносом условно можно отнести к литоральным стенобатным, а криптобий — к эврибатным видам. Эти экологические характеристики.

127 кинетопластид обусловливаются специфичностью их к хозяевам и, соответственно, распределению последних по глубинам. Вероятно, заражение литорально-пелагических широколобок (желтокрылки и длиннокрылки) происходит в период размножения их в литорали. Исключительно пелагические виды — большая и малая голомянки, вероятно, не могут заражаться жгутиконосцами, т.к. не имеют связей с пиявками — переносчиками инвазии.

5. Анализ горизонтального распределения кинетопластид в. прибрежно-соровой зоне Байкала показал, что их наибольшее видовое разнообразие и наибольшая относительная численность имеет прямую связь с разнообразием условий обитания рыб и закономерно уменьшается в ряду: Чивыркуйский залив — Малое море — литораль Южного Байкала.

6. Trypanosoma регсае — специфичный паразит крови окуня является не только доминантным видом в паразитофауне этого хозяина, но и доминантным по численности среди всей фауны кинетопластид Байкала. Т. регсае отмечается во всех исследованных водоемах бассейна оз. Байкал и Забайкалья и, очевидно, его региональный и глобальный ареалы совпадает с ареалом хозяина.

7. Заражение окуня Т. регсае происходит на первом году жизни и увеличивается в связи размером и возрастом рыб. При высокой или максимальной экстенсивности заражения старшевозрастных рыб (84−100%) индекс обилия трипаносом у них начинает снижаться, вероятно в связи с переходом к хищничеству и уменьшением топических и трофических связей с пиявками.

8. Установлено, что достаточно четкая сезонная динамика зараженности окуня Т. регсае с максимумом по экстенсивности в августе и индексу обилия в сентябре и минимуму в зимний период определяется сезонными изменениями температуры воды и характером питания рыбьих пиявок в разное время года.

9. Стабильно высокие показатели зараженности (75−100%) трипаносомами Т. регсае в разные годы свидетельствуют об устойчивых биоценотических связях окуня в Чивыркуйском заливе в течение 1995;2000 гг.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Исследование почти неизученной ранее в нашем регионе группы простейших существенно дополнило список паразитических организмов рыб бассейна Байкала. На настоящее время у рыб Байкала нами зарегистрировано 16 видов кровепаразитов. 8 видов принадлежат к роду Trypanosoma: Т. регсае, Т. carassii, Т. schulmani, Т. amurensis, Т. dogieli, Т. magna, Т. sp. 1, Т. sp. 2. Два первых вида были уже отмечены в литературе, остальные найдены впервые. Для Т. carassii, Т. amurensis, Т. dogieli отмечены новые виды хозяев. Два вида не определены до вида, так как найдены единичные экземпляры и для уточнения видового статуса требуется проверка на массовом материале.

Описан один новый для науки вид трипаносом Т. magna, который паразитирует у каменной широколобки и эндемичных узкой и острорылой широколобок, возможно тоже является эндемиком Байкала. Этот вид резко отличается от всех других известных трипаносом крупными размерами тела и расположением ядра.

Т. carassii является широко специфичным паразитом. Этот вид обнаружен у 4 видов рыб: окуня, хариуса, щиповки и песчаной широколобки.

На основе морфометрических описаний построена определительная таблица трипаносом рыб Байкала. К таблице К. Х. Хайбулаева и С. С. Шульмана (1984) для более четкой дифференцировки трипаносом мы добавили 3 признака.

7 видов относятся к роду Cryptobia (С. lomakini baicalensis, С. litoralis, С. litoralis f. perca, С. cotti, С. zaikae, С. sp. 1, С. sp.2). Для С. lomakini baicalensis зарегистрирован новый вид хозяина и водоем.

Для С. lomakini baicalensis зарегистрирован новый вид хозяинажелтокрылая широколобка. Описаны 3 новых для науки вида криптобий: С. litoralis, С. cotti, С. zaikae. Для первого вида описан один подвид С. litoralis f. perca от окуня. Два последних вида паразитируют у эндемичных рогатковидных рыб и, возможно, тоже являются эндемиками Байкала. Два вида не определены до вида по тем же причинам, что и трипаносомы.

На основе приведенных морфометрических характеристик описанных трипаносом построена определительная таблица криптобий рыб озера Байкал, подобно таблице К. Х. Хайбулаева и С. С. Шульмана (1984).

Один вид не определен до отряда, так как у этих жгутиконосцев не заметны жгутики — основной признак по которому кинетопластиды делятся на два отряда Trypanosomatida и BodomOnatida. Эти жгутиконосцы имеют удлиненное змеевидное тело и ундулирующую мембрану, которая расширяется на переднем конце. Эти признаки характерны для жгутиконосцев рода Trypanosoma. А крупный палочковидный кинетопласт этих паразитов является важным признаком криптобий. Необходим дополнительный материал для уточнения вида этих гемофлагеллят.

Проанализирована морфологическая изменчивость для 3-х видов трипаносом: Т. регсае, Т. carassii и Т. amurensis. По нашим результатам у трипаносом рыб озера Байкал наибольшей стабильностью характеризуются следующие метрические признаки: длина тела, расстояние от ядра до заднего конца тела и расстояние от переднего конца тела до ядра. Мало изменчивы такие качественные признаки как форма тела и форма заднего конца тела. Эти признаки можно использовать для видовой дифференцировки трипаносом.

Наиболее вариабельными являются следующие метрические признаки: длина свободной части жгутика, расстояние от кинетопласта до заднего конца тела, ширина ундулирующей мембраны.

Впервые в качестве хозяев жгутиконосцев рода Trypanosoma зарегистрировано 7 видов рыб: хариус, язь, щиповка, песчаная, каменная, узкая и острорылая широколобки. Впервые в качестве хозяев кровепаразитов рода Cryptobia отмечены 13 видов рыб: окунь, щиповка, каменная, желтокрылая, длиннокрылая, полуголая, крапчатая, горбатая, ширококрылая, темная, плоская, короткоголовая и большая широколобки.

Установлено, что трипаносомы паразитируют, в основном, у рыб сибирского фаунистического комплекса, а криптобии — у рыб байкальского комплекса.

Установлено, что трипаносомы приурочены к литоральным видам рыб, а криптобии — к глубоководным широколобкам. Возможно причиной такого распределения гемофлагеллят является, как утверждает К. Х. Хайбулаев, специфичность трипаносом и криптобий к переносчикам — рыбьим пиявкам.

Т. регсае обнаружена в отпечатках всех исследованных органов (сердца, почек, печени, селезенки). Установлено, что в разных органах трипаносомы несколько отличаются по частоте встречаемости на препаратах и в размерах тела, что возможно свидетельствует о предпочтении ими некоторых органов.

У младшевозрастных окуней экстенсивность и интенсивность инвазии трипаносомами оказалась больше, чем у старшевозрастных. Причиной может быть то, что пиявки чаще нападают на молодь, чем на взрослых рыб. Или при одинаковом заражении, у взрослых рыб то же количество трипаносом распределяется в большем объем крови, тем самым уменьшается частота встречаемости паразитов на мазках.

Самый высокий уровень зараженности окуня Т. регсае отмечен в начале лета, самый низкий — в зимний период. Самые высокие показатели по индексу обилия отмечены в августе, низкие — в декабре. Сезонная динамика зараженности окуня Т. регсае, как мы предполагаем, определяется сезонными изменениями температуры воды и характером питания рыбьих пиявок в разное время года.

Экстенсивность зараженности окуня Т. регсае с 1995 по 2000 гг. существенно не менялась, а индекс обилия с 1995 г. резко снизился и держится на одном уровне.

Количество эритроцитов в мазках крови у незараженных окуней было выше, чем у зараженных рыб. Число тромбоцитов также падает с повышением заражения. Количество клеток белой крови несколько возрастает.

При анализе зависимости роста и веса окуня от степени зараженности Г. регсае по возрастным группам хозяина выявлены различия в размерно-весовых показателях только у младшевозрастных групп.