Новая гипотеза происхождения трипаносоматид

Фролов, Александр Олегович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Новая гипотеза происхождения трипаносоматид
ВАК РФ 03.00.19, Паразитология

Автореферат диссертации по теме "Новая гипотеза происхождения трипаносоматид"

' ' ЗООЛОГИЧЕСКИМ ИНСТИТУТ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах, рукописи

ФРОЛОВ Александр Олегович

НОВАЯ ГИПОТЕЗА ПРОИСХОЖДЕНИЯ ТРИПАНОСОМАТИД

03.00.19 - паразитология, гельминтология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Зоологическом институте РАН.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор биологических наук, профессор Ю.А. Березанцев доктор биологических наук, профессор K.M. Суханова доктор биологических наук, профессор Д.В. Осипов

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Институт цитологии РАН

Защита состоится " 3 " февраля 1998 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 002.63.02 по защите диссертаций на соискание степени доктора наук при Зоологическом институте РАН по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 1 (факс: +812 114 04 44)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Зоологического института РАН

Автореферат разослан декабря 1997г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук

H.A. Петрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Трипаносоматиды - это одножгутиковыв простейшие, ведущие облигатно паразитический образ жизни. Вместе с их ближайшими родственниками, двужгутико-выми бодонидами и криптобиями, трипаносоматид объединяют в хорошо очерченную группу кинетопластид, которой в современных системах эукариот придается статус класса или типа. Основным признаком "кинетопластидной" организации клетки служит наличие в ней кинетопласта - клеточной органеллы, появившейся в результате уникальной эволюции митохондриального аппарата этих про-тистов. В кинетопласте сконцентрирована вся или почти вся специфически организованная митохондриальная ДНК (Каллиникова, 1977).

На сегодняшний день семейство Trypanosomatidae насчитывает по разным данным от 750 до 900 видов жгутиконосцев (Подлипаев, 1990), объединяемых в 10 родов. Круг хозяев трипаносоматид необычайно широк. В процессе эволюции эти жгутиконосцы освоили в качестве хозяев простейших и высшие растения, членистоногих и позвоночных животных. Однако наибольшей известностью трипаносоматиды пользуются, прежде всего, благодаря тому, что целый ряд их представителей может вызывать опасные заболевания человека, домашних животных и культурных растений. Так, по статистике ВОЗ, более трети населения земного шара проживает в районах неблагоприятных по различным лейшманиозам и трипа-носомозам, и более четверти миллиарда человек ежегодно страдают от заболеваний, возбудителями которых являются жгутиконосцы трипаносоматиды из родов Leishmania и Trypanosoma.

По вполне понятным причинам на протяжении практически всей истории изучения трипаносоматид внимание исследователей фокусировалось, главным образом, на тех представителях семейства, которые имеют наибольшее практическое значение, то есть на трипаносомах и лейшманиях. В результате подавляющая часть трипаносоматид долгое время оставалась за чертой внимания ученых. Кроме того, до середины 60-х годов нынешнего столетия (до выяснения природы кинетопласта) связь трипаносоматид с какими-либо группами свободноживущих простейших также не была установлена. Именно в таких условиях была предложена (Leger, Dubosq, 1910) и получила в дальнейшем свое развитие (Догель, 1962; Ноаге, 1972; Baker, 1974) классическая гипотеза происхождения трипаносоматид. В отсутствии палеонтологических данных исследования филогении трипаносоматид, строились, главным образом, на данных их сравнительной морфологии, анализе особенностей жизненных циклов и характере распределения их представителей по тем или иным группам хозяев.

Начало накопления новых данных по морфологии трипаносоматид и тонким механизмам их взаимоотношений с хозяевами можно датировать серединой 60-х годов, то есть временем начала интенсивного использования методов просвечивающей электронной микроскопии в исследовании протистов. В 1976 году выходит в свет первый том фундаментального труда "Биология кинетопластид" (19761979), в написании которого приняли участие практически все ведущие специалисты, работающие в данной области. В этой работе впервые характеристика как самой группы, так и отдельных ее представителей базируется на данных об их ультратонкой организации. Вероятно, уже на этом этапе можно было ожидать и нового осмысления теоретических вопросов эволюции и филогении кинетопластид. Предпосылками этого служили, с нашей точки зрения, признание филогенетической целостности кинетопластид как свободноживущих, так и паразитических, и достаточно многочисленные данные по сравнительной цитологии различных представителей группы. Однако такого развития эта работа не получила, а ее авторы подтвердили приверженность традиционным представлениям о происхождении и эволюции группы. На протяжении последующих 15 лет вопрос о филогении

трипаносоматид в специальной литературе вообще не рассматривался. Между тем накапливающиеся данные стали все чаще вступать в противоречие с существующей гипотезой. Так, обращение, согласно ее положениям, к "низшим" гомок-сенным трипаносоматидам из насекомых, как к предкам трипаносом и лейшманий в многочисленных исследованиях не только ни разу по настоящему себя не оправдало, но в ряде случаев спровоцировало появление ошибочных выводов (Vickerman, 1994). Кроме того, ни один из гипотетических организмов, занимающих узловые позиции на филогенетическом древе трипаносоматид (Baker, 1974), так и не был найден в природе.

Таким образам, к настоящему времени вопрос о необходимости пересмотра концепции происхождения и эволюции трипаносоматид стал очевиден.

Цель и задачи исследования

Цель настоящей работы заключается в экспериментальном и теоретическом обосновании новой гипотезы происхождения трипаносоматид. В связи с этим были поставлены следующие задачи:

В критически проанализировать основные положения гипотезы происхождения трипаносоматид Леже-Гоара-Бакера, для чего:

а) исследовать распределение паразитических кинетопластид по различным фуппам хозяев;

б) исследовать чередование морфологических форм в жизненных циклах гомоксенных и гетероксенных трипаносоматид;

в) провести сравнительное исследование способов развития трипаносоматид в их хозяевах;

В провести сравнительное исследование ультратонкой организации кинетопластид, включив в число объектов исследования представителей всех основных групп этих жгутиконосцев;

В сформулировать и обосновать гипотезу происхождения кровепаразитизма у кинетопластид

В сформулировать и обосновать гипотезу происхождения трипаносоматид и определить вероятные пути их эволюции

Научная новизна

С использованием светового, просвечивающего и сканирующего электронных микроскопов изучена морфология 29 видов кинетопластид, относящихся к трем отрядам, трем семействами и 12 родам. В ходе исследования описаны 1 новый род и 5 новых видов трипаносоматид и 1 новый вид свободноживущих криптобий. Морфология 20 видов исследована впервые. Выявлены основные тенденции в эволюции покровов, двигательного и ротового аппаратов кинетопластид. Впервые описан и исследован митоз свободноживущих кинетопластид. Показано, что ближайшей к свободноживущим жгутиконосцам группой трипаносоматид являются кровепаразиты, а не гомоксенные трипаносоматиды кишечного тракта насекомых. Исследовано разнообразие жизненных циклов гомоксенных трипаносоматид насекомых. Кроме традиционного пути развития, доказана возможность их развития в передней кишке насекомых, в гемолимфе и слюнных железах хозяев. На основании данных сравнительной морфологии, характеристики жизненных циклов и особенностей распределения паразитических кинетопластид по различным группам хозяев предложены гипотеза возникновения кровепаразитизма у кинетопластид и гипотеза происхождения трипаносоматид.

Теоретическая и практическая ценность работы.

Предложенные гипотезы происхождения трипаносоматид и возникновения кровепаразитизма у кинетопластид вносят существенные изменения в современную концепцию возникновения и эволюции паразитизма у эукариот. Принципиально новым является вывод об исходной гетероксенности трипаносоматид и первичности кровепаразитов по отношению к кишечным паразитам в этой группе ки -

нетопластид. Исключительная важность трипаносоматид - возбудителей опасных заболеваний человека, животных и растений - естественно выводит вопрос о происхождении группы за рамки чисто теоретического интереса. Прежде всего, это находит отражение в возможности осмысленного, дифференцированного подбора объектов для многочисленных экспериментальных исследований триланосом и лейшманий. В качестве ближайшей "внешней группы" для трипаносоматид, в мо-лекулярно биологических или иных исследованиях, предлагается использовать кровепаразитических криптобий. Среди трипаносоматид сохранение наиболее близких к амцестральной группе признаков следует ожидать у кровепаразитических трипаносом, а не у представителей группы "низших" трипаносоматид - гомок-сенных паразитов насекомых. Материалы работы могут быть использованы в учебных курсах по паразитологии, зоологии и цитологии в высших учебных заведениях.

Материал и методы

Материал для данной работы был собран в период с 1982 по 1997 гг., главным образом на территории Псковской и Ленинградской областей России. Основу исследования культуральных форм трипаносоматид составила работа с оригинальной коллекцией живых культур жгутиконосцев, создаваемой при непосредственном участии автора на базе лаборатории протозоологии ЗИН РАН.

Изучение паразитических кинетопластид в природе было сопряжено с оригинальными фаунистическими исследованиями. Всего на наличие этих жгутиконосцев было проверено более 5000 особей их потенциальных хозяев из различных групп растений и животных. Определение полужесткокрылых насекомых - хозяев трипаносоматид было проведено д.б.н. И.М. Кержнером, которому мы приносим искреннюю благодарность. В процессе фаунистических исследований был описан новый род трипаносоматид - Proteomonas (Подлипаев, Фролов, Колесников, 1990), 5 новых видов трипаносоматид: Blastocrithidia miridarum, Leptomonas mycophilus, Phytomonas nordicus, Proteomonas brevicula, P.inconstans (Подлипаев, Фролов, 1987; Фролов, Малышева, 1993; 1993; Подлипаев, Фролов, Колесников, 1990; Фролов, Скарлато, 1991) и 3 вида были впервые обнаружены на территории России: Blastocrithidia familiaris, Leptomonas jaculum, L pyrrhocoris (Фролов, 1987a,б; Фролов, Скарлато, 1989; 1995). Совместно с А.П. Мыльниковым и М.Н. Малышевой описан новый вид свободноживущей криптобии Dimastigella mimosa (Фролов, Мыльников и Малышева, 1997). Часть материала, использованного в работе, в виде живых культур жгутиконосцев или в фиксированном состоянии была предоставлена нам российскими и зарубежными коллегами

Культивирование кинетопластид

Культивирование свободноживущих кинетопластид осуществлялось в стерильных чашках Петри при комнатной температуре. В качестве основной среды для выращивания бодонид и криптобий использовались среда Пратта и церофиловая среда.

Стандартное культивирование изолятов трипаносоматид осуществлялось в стеклянных пробирках объемом 15 мл, с использованием ватно-марлевых пробок. Объем среды составлял 3 мл. Все Crithidia, Proteomonas и Herpetomonas muscarum muscarum успешно культивируются на среде ГКДЭ или BHI (Brain heart infusion) фирмы Sigma. Культуры пересевались раз в месяц. После пересева культуры на трое суток помещали в термостат при 24° С, а затем в холодильник. Все Leptomonas, Herpetomonas sammuelpesoai, изоляты Phytomonas spp., и Endotrypanum sp. культивируются на двухфазной среде FYTS. Изоляты Phytomonas и Endotrypanum не переносят низких температур, поэтому весь процесс их культивирования протекает в термостате при 24° С. Культивирование трипаносом осуществлялось на двухфазной среде, содержащей кровь, аналогичной

классической среде NNN (Novy et al., 1907). На плотной питательной среде ГКДЭ получали клоны гомоксенных трипаносоматид насекомых (Хаецкий, 1982).

Методы обработки материала для световой микроскопии

Все материалы, использованные в работе, были получены на двух марках световых микроскопов. В полевых условиях использовали отечественный МБИ-3 с фазово-контрастным устройством. В стационарных условиях применяли микроскоп Jenoval-contrast с фазово-контрастным устройством и фотонасадкой. Жгутиконосцев исследовали in vivo или на сухих мазках, окрашенных по Рома-новскому-Гимза.

Методы обработки материала для электронной микроскопии^

Для просвечивающей электронной микроскопии кусочки внутренних органов и тканей зараженных хозяев или осажденных центрифугированием из культур жгутиконосцев помещали в 1.5-2 %-ный глутаральдегид в 0.1 М какодилатном буфере и фиксировали 1.5-2 ч при 0° С. Промывку объектов проводили в 0.1 М какодилатном буфере, содержащем 5% сахарозы -1 ч. Затем материал постфиксиро-вали 2%-ным 0s04 в 0.1 М какодилатном буфере (1 ч., 0° С), обезвоживали в спиртах и пропиленоксиде и заключали в смесь аралдита с эпоном. Ультратонкие срезы получали на ультрамикротоме LKB-III, контрастировали насыщенным водным раствором уранилацетата (1 ч) и цитратом свинца (5 мин) и изучали в электронных микроскопах JEM 100 С и JEM100 СХ.

Для сканирующей электронной микроскопии материал фиксировали 3%-ным глутаральдегидом, постфиксировали 2%-ным OsC>4, дегидратировали в спиртах возрастающей концентрации и ацетоне, сушили методом перехода критической точки С02 в аппарате Hitachi 21РС32. Препараты напыляли платиной и просматривали в электронном микроскопе Hitachi S570.

Некоторые компьютерные методы обработки материала, использованные в работеí

Текст диссертации набран в редакторе Mikrosoft Word v. 7.0 и распечатан на принтере HP DeskJet 870Cxi. Графические работы: рисунки и ряд схем выполнены в графическом редакторе Corel Xara v.1.1 компании Xara Ltd. Для трехмерной реконструкции органелл использовали электронно-граммы их серийных срезов. Негативы сканировали ручным сканером Primax Hand Scanner 256. Затем изображения импортировали в программу Corel Xara 1.1, где снимали контурные копии необходимых структур и строили 3D модель объекта (Фролов и др., 1997). Компьютерная реконструкция филогенетических деревьев, основанная на анализе дискретных (0-1), главным образом, морфологических признаков, выполнена с использованием пакета программ Phylip 3.5 (Felsenstein, 1981; 1985).

Апробация работы.

Основные материалы диссертационной работы были представлены и доложены на Всесоюзном совещании "Зоологическая систематика и филогения" (октябрь 1983 г., Ленинград), на отчетных сессиях ЗИН РАН по итогам работ за 1989, 1990, 1991,1995, 1996 г.г., на ежегодных чтениях памяти академика E.H. Павловского в 1992 г., на пятом делегатском съезде Всесоюзного общества протозоологов (сентябрь 1992 г., Витебск), на заседании С.-Петербургского отделения Общества протозоологов (февраль 1994 г.), на втором Международном симпозиуме по биологии свободноживущих, гетеротрофных жгутиконосцев (август 1994 г., С. Петербург).

По теме диссертации опубликовано 45 работ

Структура и объем работы

Диссертация состоит из двух томов. Первый том (265 страниц) объединяет введение, раздел материал и методы, четыре главы результатов и их обуждения, выводы, список литературы, содержащий 255 названий, (из них 57 на русском языке) и благодарности. Второй том включает иллюстративный материал: 5 таблиц и 144 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. СИСТЕМАТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

В большинстве вариантов новейших систем протистов трипаносоматид вместе с бодонидами и криптобиями объединяют в один тип Kinetoplastida Honigberg 1963 или класс Kinetoplastidea Honigberg 1963, который, в таком случае, рассматривают в рамках типа Euglenozoa вместе с эвгленовыми жгутиконосцами (Cavalier Smith 1993).

Одножгутиковых трипаносоматид и двужгутиковых бодонид и криптобий объединяют в один таксон на основании наличия у этих жгутиконосцев уникальной органеллы - кинетопласта (Honigberg, 1993). В ранних системах, в которых кинетопластид рассматривали в ранг© отряда (Vickerman, 1976), его представителей распределяли между двумя подотрядами: Bodonina Holland, 1952 и Trypanosomatina Kent, 1880. К первому относили всех двужгутиковых, а ко второму всех одножгутиковых кинетопластид. В подотряд Trypanosomatina и помещались все трипаносомовые, представленные единственным семейством Trypanosomatidae Grobben, 1905. Сейчас, очевидно, ранг всех этих таксонов должен быть повышен, и положение кинетопластид в системе протистов мы будем определять следующим образом:

царство Protista Haeckel 1866 тип Kinetoplastida Honigberg 1963 класс Kinetoplastidea Honigberg 1963 отряд Bodonida (Buutschli 1893) отряд Cryptobiida (Buutschli 1893) отряд Trypanosomatida Kent 1880 Определение места той или иной группы организмов в макросистеме неизбежно сопряжено с выявлением их филогенетических связей с другими организмами. В отношении кинетопластид существует достаточно обоснованная точка зрения на то, что их ближайшими родственниками являются эвгленовые жгутиконосцы (Карпов, 1990; Cavalier Smith, 1993; Kiwik, Walne, 1984 и др.). Наиболее убедительными аргументами в пользу этого являются высокая степень сходства в организации ряда клеточных структур и гомологичность белков, формирующих параксиальные тяжи их жгутиков.

Система семейства Trypanosomatidae не претерпевала серьезных изменений на протяжении многих десятилетий. К числу последних наиболее крупных систематических акций можно отнести описание двух родов гомоксенных трипаносоматид - Bfastocrithidia и Proteomonas, выполненные с интервалом в 30 лет (Laird, 1959; Подлипаев, Фролов, Колесников, 1990), а также выделение подродов в рамках родов Trypanosoma и Leishmania (Ноаге, 1964; Сафьянова, 1982). Основной же костяк семейства, представленный 7 родами жгутиконосцев, сохранился в неизмененном виде сначала века (Wenyon, 1926).

Гомоксенные трипаносоматиды, паразиты насекомых, представлены 6 родами: Blastocrithldia Laird, 1959; Crithidia Leger, 1902; Herpetomonas Kent, 1880; Leptomonas Kent 1880; Proteomonas Podlipaev, Frolov et Kolesnikov, 1990; Rhinchoidomonas Patton, 1910. •

Гетероксенных паразитов растений и клопов фитофагов объединяют в род Phytomonas Donovan, 1909, а гетероксенных кровепаразитов позвоночных животных и кровососущих беспозвоночных распределяют между тремя родами Leishmania Ross, 1903; Endotrypanum Mesnil et Brimont, 1908 и Trypanosoma Gruby, 1843.

ГЛАВА 2. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР

Поскольку многие представители трипаносоматид паразитируют в человеке, домашних животных и культурных растениях, зачастую вызывая их серьезные заболевания, эта группа кинетопластид всегда была в центре внимания ученых, являясь предметом многочисленных и разносторонних исследований. В этой главе диссертации рассмотрены основные этапы изучения трипаносоматид от ранних работ середины XIX века до наших дней, а также условия и предпосылки возникновения классической гипотезы происхождения трипаносоматид.

Trypanosoma

Схема 1. Филогенетическое древо трипаносоматид по: Baker, 1974

Впервые вопрос о происхождении и эволюции трипаносоматид встал на повестку дня в начале XX столетия. Тогда в острой полемике были рождены, а затем отвергнуты практически все возможные варианты гипотез происхождения Trypanosomatidae и эволюции их отдельных групп. В 1904 году в работе, посвященной изучению морфологии трипаноплазмы (-Cryptcbia), французский зоолог Л.Леже высказал предположение, что эти двужгутиковые простейшие являются предками трипаносом (Leger, 1904а). Однако уже в том же 1904 году, в другой своей работе, Леже частично отказывается от этой гипотезы (Leger, 1904b). Он заключает, что только небольшая часть видов связана в своем происхождении стрипаноплазмами, тогда как большинство представителей семейства филогенетически связаны с моногенетическими жгутиконосцами из кишечника насекомых, такими, как Leptomonas и Crifhidia (=Blastocrithidia). Альтернативная гипотеза была предложена в 1908 году немецким зоологом Минхиным (Minchin, 1908). По его мнению, предки трипаносоматид могли обитать в кишечнике древних Vertebrata, откуда периодически попадали в кровеносную систему хозяев. Когда они уже вполне адаптировались к кровепаразитизму и могли переживать в крови хозяев достаточно долго, в циклы их развития смогли включиться в качестве переносчиков кровососущие беспозвоночные (Minchin, 1908). Эта гипотеза была категорически отвергнута шесть лет спустя самим автором (Minchin, 1914), причем произошло это под влиянием новой гипотезы, предложенной ЛЛеже (Leger, Duboscq, 1910). К этому времени Леже окончательно утвердился во мнении, что предками кровяных жгутиконосцев моти быть только го-моксенные паразиты кишечного тракта насекомых. Именно эта гипотеза, причем с минимальными изменениями (Схема 1), и дошла до наших дней, найдя поддержку в трудах многих протозоологов (Wenyon, 1926; Догель, 1947; 1962; Ноаге, 1964; 1966; 1972; Baker, 1974; Vickerman, 1976) и заняв соответствующее место во всех без исключения учебниках и справочниках по паразитологии и протозоологии. Каковы же факты, на которых долгое время базировалась эта гипотеза?

Вопервых, как писал С. Гоар: "Все гипотезы, объясняющие филогению трипаносом млекопитающих, основываются на родстве некоторых их стадий развития в насекомых-переносчиках с моногенетическими трипаносоматидами специфичными к насекомым, особенно c"Blastocrithidia." (Ноаге, 1972; р. 81).

Во-вторых, трипаносоматиды, способные развиваться в кишечнике позвоночных животных, до недавнего времени не были известны.

И, в третьих, очевидно, что становление гематофагии у насекомых носило вторичный, по отношению к другим типам питания, характер (Ноаге, 1972).

Итак, первый довод указывает на родство "высших" и "гомоксенных" трипаносоматид и предполагает монофилетическое происхождение группы, а второй и третий говорят в пользу первичности насекомых, как хозяев гомоксенных трипаносоматид. Традиционно слабым местом данной гипотезы остается вопрос о происхождении "гомоксенных" трипаносоматид - паразитов кишечного тракта насекомых. Эта роль явно не подходит бодонидам и криптобиям, поскольку ни те, ни другие не освоили в качестве хозяев насекомых (Vickerman, 1976). Ранее вопросне стоял так остро, так как в литературе имелось описание "свободноживущей трипаносоматиды" Proleptomonas faecicola (Woodcock, 1916). Однако, после того, как стало ясно, что описанный Вудкокком жгутиконосец не относится к кинетопластидам (Le Ray, Vickerman, 1977), образовавшуюся брешь сторонникам Лежа пришлось закрывать введением в филогенетические построения гипотетического предка (Схема 1). Эволюция собственно "высших" гетероксенных трипаносоматид рассматривается сторонниками классической гипотезы, главным образом, в контексте широко известных построений С. Гоара (Ноаге, 1964,1972). В наиболее полном виде современная гипотеза происхождения трипаносоматид изложена в работе Бакера (Схема 1), специально посвященной этому вопросу (Baker, 1974). Как это не парадоксально, результаты применения многих прогрес-

сивных методов исследований современной зоологии долгое время не находили своего отражения в развитии гипотезы происхождения и эволюции трипаносома-тид. Признавая ту важную прогрессивную роль, которую гипотеза Леже-Гоара-Ба-кера играла на протяжении многих десятилетий, мы, однако, считаем, что сейчас уже накоплен достаточный фактический материал, который позволяет по-новому подойти к решению данной проблемы (Фролов, 1993).

ГЛАВА 3. КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ ГИПОТЕЗЫ ЛЕЖЕ-ГОАРА-БАКЕРА.

Авторы классической гипотезы происхождения трипаносоматид и ее сторонники в своих доказательствах используют три главных направления:

1 - Анализ особенностей распределения трипаносоматид по различным группам хозяев.

В контексте данного вопроса обычно рассматриваются следующие факты и предположения: а) предками трипаносоматид были свободно-живущие одножгутиковые простейшие (Woodcock, 1916; Hoare, 1972; Baker, 1974); б) существуют лептомонас-подобные организмы в моллюсках и нематодах (Baker, 1974); в) гомоксенные трипаносоматиды широко представлены в различных группах насекомых, в том числе у насекомых, не питающихся кровью позвоночных животных (Leger, Dubosq, 1910; Hoare, 1972).

2 - Сравнение морфологии гомоксенных и гетероксенных трипаносоматид^

Здесь, как правило, обсуждается морфологическое сходство стадий развития

трипаносом и лейшманий в переносчиках, и гомоксенных трипаносоматид в насекомых (Leger, Dubosq, 1910; Hoare, 1972; Baker, 1974; Vickerman; Preston, 1976).

3 - Сравнение способов развития гетероксенных и гомоксенных трипаносоматид в переносчиках - насекомых

Основные положения этого направления разработаны С.А. Гоаром (1925; 1966; 1972). Считается, что раз гомоксенные трипаносоматиды развиваются в задней кишке насекомых, то такое же развитие должно быть присуще и наиболее древним представителям гетероксенных трипаносоматид (Hoare, 1972; Сафьянова, 1982).

В этой главе мы анализируем объективность и достаточность основных положений гипотезы Леже, основываясь на том фактическом материале, которым располагает современная наука, включая и наши собственные исследования.

Учитывая, что в эволюции эукариот возникновение паразитизма носит вторичный характер, и что трипаносоматиды - облигатные паразиты, мы должны попытаться определить, какие группы свободноживущих организмов могут рассматриваться в качестве общих, и какие - в качестве непосредственных предков этих паразитов.

Анализируемая гипотеза предполагает, что предок трипаносоматид имел единственный жгутик (поскольку все трипаносоматиды одножгутиковые простейшие) и обладал лептомонас-подобной организацией. Последний вывод основан на том, что до недавнего времени роль предка трипаносоматид отводилась свободноживущему Proleptomonas faecicola, в названии которого без труда угадывается филогенетическое предназначение данного организма. Другой причиной служили и служат имеющиеся в литературе описания лептомонасов в моллюсках и нематодах - потенциально древнейших хозяевах гомоксенных трипаносоматид. Однако мы не можем не считаться с теми фактами, что в настоящее время Proleptomonas faecicola выведен за рамки типа Kinetoplastida, а находки лептомонасов в моллюсках и нематодах до сих пор так и не нашли подтверждения (Le Ray, Vickerman, 1977; Подлипаев, 1990).

320

га

á-

309 %

190 НЯ1 ч к

i ■Т>

Й.1

н Й

■Л ГА

UJ <

ъ-

£ s

- Ii -

Попробуем, однако, рассмотреть вопрос о вероятных предках трипаносоматид основываясь на реальных фактах, которыми сегодня располагает наука. Кинетопластиды принадлежат к числу "надежных" таксонов протистов, границы которых очерчены достаточно четко (Honigberg, 1983, Vickerman, Preston, 1976; Frolov, Karpov, 1995). В настоящее время к кинетопластидам относят три хорошо дифференцируемые группы протистов: бодонид, криптобий и трипаносоматид. Бодониды и криптобии обладают двумя гетеродинамными жгутиками, а трипаносоматиды одним, направленным вперед жгутиком. Сегодня мы знаем, что эти три группы объединяет единый план строения, центральным признаком которого является кине-топласт.

Все известные свободноживущие кинетопластиды - двужгутиковые, и это дает достаточные основания полагать, что предки трипаносоматид также имели два жгутика. В ходе адаптации к паразитическому образу жизни двужгутиковые кинетопластиды, главным образом криптобии, смогли освоить в качестве хозяев плоских и кольчатых червей, моллюсков, позвоночных животных, однако в насекомых эти жгутиконосцы не паразитируют. Поэтому предположение, что насекомые были первич-

нымими хозяевами предков трипано-соматид (Leger, Dubosq, 1910; Догель, Hoare, 1972), кажется нам весьма уязвимым.

Леже и его последователи в своих схемах постоянно использовали в качестве предков трипаносоматид свободноживущих жгутиконосцев. Однако, учитывая, что все известные трипаносоматиды - облигатные эндопаразиты (в широком смысле, включая и кровепаразитоа), нельзя, по крайней мере, не допускать возможности того, что эта группа исходно паразитическая. Иными словами, нет запрета на то, что предками трипаносоматид могли быть двужгутиковые кинетопластиды, которые уже вели паразитический образ жизни. Важно, что среди современных кинетопластид такие организмы реально существуют, это хорошо известные паразиты позвоночных и беспозвоночных животных - криптобии (Фролов, 1993).

С позиций гипотезы Леже-Гоара-Бакера очень трудно объяснить (это так и не было сделано) причину предпочтения гомоксенными трипаносоматидами насекомых из отрядов Díptera, Hemiptera и Siphonaptera. К группам хозяев, в которых получила развитие гематофагия, приурочено более 90% известных на сегодня видов гомоксенных трипаносоматид. Здесь уместно заметить, что в число остальных 10% входят не подтвержденные и довольно сомнительные находки этих жгутиконосцев в Orthoptera и Trichoptera среди насекомых, а также описания лепто-монад в моллюсках и нематодах. Анализ распределения трипаносоматид по различным группам их хозяев показал, что трипаносоматиды наиболее широко освоили в качестве хозяев (смотри Схему 2) насекомых, пиявок и позвоночных животных. На схеме хорошо видно, что число видов гетероксенных трипаносоматид, описанных из насекомых - переносчиков (на схеме помечены **), не только не уступает, но и существенно превосходит численность гомоксенных трипаносоматид из насекомых (там же *), а число видов жгутиконосцев, освоивших позвоночных животных, почти в три раза больше чем число видов гомоксенных трипаносо-

Схема 2. Распределение трипаносоматид по основным группам хозяев; -к - гомоксенные и -К -К - гетероксенные трипаносоматиды (по разным авторам).

1947;

289

матид из беспозвоночных животных. Таким образом, ссылки на то, что кровепара-зитические трипаносоматиды это молодая группа, еще не вполне освоившая своих хозяев - позвоночных животных (Baker, 1974), не имеют под собой никакой фактической основы.

Жизненные циклы гетероксенных и гомоксенных трипаносоматид реально пересекаются в клопах, двукрылых, вшах, блохах и клещах (смотри Схему 3). Таким образом, если следовать логике сторонников гипотезы Леже, именно с этими группами хозяев нужно связывать происхождение гетероксенных трипаносоматид.

Вероятно, из этого списка следует исключить вшей и клещей. Находки гомоксенных трипаносоматид в них редки и требуют подтверждения. Таким образом, в сфере нашего внимания остаются представители трех отрядов насекомых: Díptera, Hemiptera и Siphonaptera. Кровососущие виды клопов и блохи, за редкими исключениями, трофически связаны с гомотермными животными. Попытка связать происхождение кро-вепаразитизма у трипаносоматид с эволюцией гомоксенных паразитов этих насекомых должна привести нас к выводу, что самой 180 древней группой трипано-сом являются трипаносо-мы гомотермных животных, а самой молодой -трипаносомы рыб. Действительно, переход трипа-носом от паразитирования в теплокровных животных к рыбам, вероятнее всего мог бы происходить через последовательную смену как основных хозяев, так и переносчиков. Промежуточным звеном здесь должны были быть двукрылые насекомые, которые могут питаться и кровью гомотермных живот-и кровью пойкило-

Ч 280-

У-

го

t- 180'

о ч 160'

ш 140

л 120'

X га too'

s 80

с:

о 60'

5 40'

т 20'

610 й дсГДшп

020 11 1 0 1 0 3 2 о

t о

INSECTA

Схема 3. Сравнение распределения гомоксенных-в и гетероксенных - в трипаносоматид по различным группам ных хозяев-беспозвоночных животных (по разным авторам).^^ '(^ф7бий'"и""реп-

тилий). В свою очередь

пиявки, питаясь на амфибиях или рептилиях, могли бы способствовать дальнейшему переходу трипаносом в кровь рыб. Сложнее объяснить, с рассматриваемых позиций возможный путь возникновения лейшманий. Эти жгутиконосцы паразитируют в крови рептилий и млекопитающих, а в качестве переносчиков используют только москитов (Phlebotominae). Ни москиты, ни их ближайшие родичи бабочни-цы (Psychodidae), не имеют собственной фауны гомоксенных трипаносоматид, а никакие другие беспозвоночные не способны переносить'лейшманий. Таким образом, найти "лептомонас-подобного" гомоксенного предка лейшманий не представляется возможным.

Если допустить, что возникновение кровепаразитизма у трипаносоматид связано с гомоксенными жгутиконосцами из двукрылых насекомых, а не с паразитами клопов или блох, то высказанные выше предположения претерпят определенные изменения. Несмотря на то, что отряд Díptera относительно более молодой, чем отряд клопов (Основы палеонтологии, 1962), возраст паразитарных систем, фор-

мировавшихся при участии этих насекомых, мог быть старше, чем в рассмотренных выше случаях. Предки современных кровососущих двукрылых насекомых известны с ранней юры, и этим временем можно условно датировать возможность формирования паразитарных систем, включавших трипаносом, рептилий и/или амфибий и их переносчиков подобных, например, Prostoglossinae (Lambrecht, 1980). Переход трипаносом к паразитированию в крови рыб с одной стороны и их адаптация к паразитированию в гомотермных животных происходили тогда примерно в одно время, в конце мезозоя. Если следовать этим рассуждениям, то трипаносомы рыб и теплокровных животных представляют более молодые в филогенетическом отношении группы, чем трипаносомы амфибий и рептилий. Вопрос о происхождении лейшманий по указанным выше соображениям остается открытым.

Итак, мы рассмотрели вопрос об особенностях распределения трипаносома-тид по различным группам хозяев с точки зрения сторонников классической гипотезы происхождения трипаносоматид. В своих построениях нам не удалось преодолеть ряд основных противоречий, с которыми сталкивается данная гипотеза при обосновании происхождения собственно трипаносоматид и отдельных их групп. Более того, наши рассуждения вскрыли новое противоречие в казалось бы удовлетворительном объяснении возможных путей освоения трипаносоматидами позвоночных хозяев. Ни в одной из известных нам работ по филогении трипаносоматид, трипаносомы рыб не рассматриваются в качестве наиболее молодой группы этих паразитов. Однако этот вывод неизбежен, если принимать, что предками трипаносом были гомоксенные паразиты насекомых.

Между тем, большинство из противоречий, обнаруживаемых в гипотезе Леже-Гоара-Бакера, могут быть, с нашей точки зрения, преодолены, если отказаться от основного постулата этой гипотезы, утверждающего, что первичными хозяевами трипаносоматид были насекомые (Leger, 1904b; Hoare, 1972; Baker, 1974; Догель, 1962). В своих дальнейших построениях мы будем руководствоваться тремя основными положениями, которые частично уже были рассмотрены выше. Согласно первому из них - основными претендентами на роль предков трипаносоматид являются двужгутиковые кинетопластиды. Согласно второму - трипаносоматиды могут рассматриваться как исходно паразитические организмы. Согласно третьему - рыбы появились в истории земли намного раньше насекомых, они имеют богатую фауну трипаносом, переносчиками которых служат не кровососущие арт-роподы, а пиявки.

Переход к паразитизму у кинетопластид не ограничивается примером семейства Trypanosomatidae. Это явление широко представлено и в жизненных циклах многих криптобиид. Однако в отличии от трипаносоматид, криптобии имеют и сво-бодноживущих представителей (Procryptobia, Dimastigella, Phanerobia). На Схеме 4 показано распределение паразитических криптобиид по различным группам их хозяев. Гомоксенные криптобии паразитируют в репродуктивных органах моллюсков, в пищеварительной системе плоских червей и пиявок. Подавляющее же

X X

■е

па

№

■3 В 2

о.

о. <u (К

Схема 4. Распределение паразитических криптобий по различным группам хозяев (по разным авторам).

большинство криптобий (смотри Схему 4) являются паразитами рыб (Lorn, 1979; Woo, 1987). Среди них есть и экто-, и эндо-, и кровепаразиты. В отличие от трипа-носоматид, становление кровепаразитизма у криптобий может быть прослежено на примере современных представителей семейства довольно подробно (Фролов, 1993; Woo, 1987).

Жизненные циклы ныне существующих криптобий демонстрируют все те переходные этапы от свободноживущих форм к облигатным кровепаразитам, которые на протяжении почти 100 лет сторонники гипотезы Леже пытались отыскать у три-паносоматид. Сравнивая распределение по хозяевам криптобий и трипаносома-тид, легко заметить, что обе группы одинаково хорошо освоили связку рыбы - пиявки, в определенной мере отдавая ей предпочтение перед другими двухозяин-ными системами. Следовательно, если принимать высказанные нами ранее положения о возможных предках трипаносоматид, то именно гетероксенные крипто-бии более всего подходят на эту роль.

Если наше предположение верно, тогда вся дальнейшая эволюция трипаносоматид - паразитов рыб должна была быть связана с освоением наземного комплекса хозяев. Вероятно, на начальных этапах этого процесса основную роль переносчиков играли, по-прежнему, пиявки, среди которых мы находим достаточно примеров питания кровью различных пойкилотермных позвоночных. Для шести видов трипаносом амфибий и одной трипаносомы из рептилий наличие переносчиков - пиявок доказано, в том числе и экспериментальными методами (Bardsley, Harmsen, 1973). Двукрылые кровососущие насекомые, кроме того, связывают и комплексы трипаносоматид из пойкилотермных и гомотермных позвоночных хозяев. Представители таких родов Díptera, как Phlebotomus, Glossina, Culex, переносят паразитов и холоднокровных, и теплокровных животных, отдавая, впрочем, последним заметное предпочтение (Балашов, 1982). В целом, эволюционный переход трипаносоматид от паразитирования в крови рыб к паразитированию в амфибиях и рептилиях, и далее к птицам и млекопитающим кажется весьма вероятным. Надо заметить, что и с точки зрения преодоления физиологических барьеров, таких как иммунитет и температура тела позвоночных животных, освоение их трипаносоматидами именно в таком порядке кажется более естественным.

Рассмотрим теперь возможность вторичного, по отношению к трипаносомам, формирования фауны гомоксенных трипаносоматид насекомых. Такая возможность действительно существовала, а, весьма вероятно, существует и в настоящее время. Мы рассматриваем следующие факторы, способствующие становлению у трипаносоматид гомоксенности: наличие смешенного типа питания у обли-гатных гематофагов и присутствие в близкородственных группах насекомых и ге-матофагов, и хищников, и фитофагов. Первые гомоксенные трипаносоматиды вполне могли появиться в насекомых - переносчиках трипаносом. С одной стороны, гетероксенные жгутиконосцы, как правило, хорошо адаптированы к обитанию в насекомом переносчике, с другой, во многих случаях, они регулярно выводятся во внешнюю среду с экскрементами насекомого (Ноаге, 1972). При наличии определенных механизмов питания, например, регулярной копрофагии у хозяев гематофагов, вполне возможно предположить, что некоторые особи жгутиконосцев не погибали в экскрементах, а, вновь попадая в хозяина, включались в обычный цикл своего развития. При высокой скорости размножения жгутиконосцев и относительно длительных перерывах в их контактах с позвоночными животными вполне можно ожидать появление форм паразитов, способных регулярно передаваться между своими беспозвоночными хозяевами, и дальнейшее их обособление в гомоксенные популяции. Таким образом могли возникнуть, например, гомоксенные трипаносоматиды блох. При этом надежность копрофагии как способа передачи гомоксенных трипаносоматид наглядно иллюстрируется целой группой видов леп-томонад, сосуществующих в блохах стрипаносомами группы lewtsi (Wallace,

1966; Ноаге, 1972).

Сходный механизм возникновения гомоксенных трипаносоматид мог реализоваться и в популяциях трипаносом, переносчиками которых служат клопы. Однако в этой группа насекомых передача гетероксенных трипаносом между переносчиками (в обход позвоночного животного) может осуществляться наряду с копрофа-гией и путем каннибализма. Оба эти способа реализуются в системе клопы реду-вииды - T.cruzi (Marinkelle. 1965; Schaub et al., 1989). Подобно вышеописанному примеру с блохами и лептомонадами, надежность обоих способов передачи гомоксенных паразитов в популяциях клопов гематофагов подтверждается реальным существованием таких жгутиконосцев, в частности, в рассматриваемом примере - это Blastocrithidia triatomaa (Cerisola et al., 1971). Дальнейшее расселение гомоксенных трипаносоматид легко объяснить, исходя из особенностей биологии их современных хозяев. Практически все полужесткокрылые насекомые -хозяева гомоксенных трипаносоматид и многие двукрылые могут быть отнесены к числу факультативных копрофагов, при этом подавляющее большинство гомоксенных жгутиконосцев передается от одного хозяина к другому через конта-минированный feces субстрат (McGhee, Cosgrow, 1980). Другой путь связан с хищными насекомыми, которые, поедая переносчиков, несущих гетероксенных жгутиконосцев, регулярно вступая с ними в контакт, в конце концов, становились их хозяевами. Интересно, что сейчас накоплено уже немало фактов ошибочного описания жгутиконосцев - паразитов Díptera из хищных клопов (Подлипаев, 1990), которые приобрели их от своих жертв.

Несомненно, здесь можно было бы рассмотреть и другое примеры, однако в данном разделе мы не стремились, да и не смогли бы, доказать безусловную справедливость того или иного пути формирования отдельных групп трипаносоматид. Ограничимся поэтому приведенными примерами, достаточными, с нашей точки зрения, для обоснования чисто теоретической возможности иного, чем предполагают сторонники гипотезы Л еже, взгляда на освоение трипаносоматида-ми различных групп их хозяев.

Теперь попытаемся проследить, каким образом особенности организации морфологических форм трипаносоматид могут использоваться применительно к вопросу о возможной филогенетической связи гетеро- и гомоксенных трипаносоматид. Учитывая, что в современной литературе вопрос с терминологией, касающейся морфологии трипаносоматид, крайне запутан, мы были вынуждены пересмотреть существующую классификацию морфологических форм трипаносоматид. Основные результаты этой работы отражены на Схеме 5.

Закономерность распределения определенных морфологических форм в различных группах трипаносоматид широко используется сторонниками гипотезы Леже в обосновании эволюционных отношений между гетероксенными и гомок-сенными трипаносоматидами. Основная причина этого кроется в наблюдаемом сходстве между промастиготами и эпимастиготами гомоксенных жгутиконосцев из родов Leptomonas и Blastocrithidia, и соответствующими формами трипаносом и лейшманий, развивающимися в переносчиках. Наиболее ортодоксальная точка зрения, которой придерживался сам Леже (Leger, 1904b), предполагала прямую филогенетическую связь между соответствующими родами гомоксенных и гетероксенных жгутиконосцев. Однако сейчас уже ясно, что морфологическое сходство "высших" трипаносоматид из переносчиков и "гомоксенных" трипаносоматид насекомых, используемое как одно из доказательств первичности гомоксенных жгутиконосцев из насекомых, при более объективном анализе не столько подтверждает, сколько серьезно компрометирует рассматриваемую гипотезу (Фролов, 1993; Vickerman, 1994). Между тем, если сравнить разнообразие морфологических форм у трипаносом и всех остальных представителей семейства, можно заметить одну особенность, которая, по непонятным причинам, не рассматривалась нашими предшественниками. Многие признаки, которые "рассеяны" среди представи-

телей отдельных родов гомоксенных трипаносоматид и лейшманий, собраны воедино у жгутиконосцев, объединенных в род Trypanosoma. Так, жгутиконосцы из родов Herpetomonas и Proteomonas имеют кинетопласты, которые в ходе морфогенеза способны менять свое положение относительно ядра, подобно тому, как это происходит при смене эпи- и трипомастигот в цикле развития трипаносом. Однако у этих жгутиконосцев нет форм, обладающих ундулирующей мембраной. Ундулирующая мембрана есть у эпимастигот Blastocrithidia, однако, их кинетопласты не мобильны, и в циклах бластокритидий, как было показано выше, отсутствуют промастиготы. Промастиготы являются основной морфологической формой представителей родов Leptomonas и Leishmania, но эти жгутиконосцы не имеют форм сундулирующей мембраной, и их кинетопласты не могут мигрировать относительно ядра. Единственная форма, которая представлена в циклах развития всех перечисленных выше родов трипаносоматид, это эндомастиготы. Естественно поэтому предполагать, что эндомастиготы принадлежат к числу анцестральных морфологических форм трипаносоматид. Важным моментом для понимания филогении трипаносоматид, с нашей точки зрения, может служить тот факт, что схождение всех основных морфологических форм приходится на жизненные циклы трипаносом, паразитирующих в крови пойкило-термных позвоночных животных, главным образом, в амфибиях. Кровяные стадии этих жгутиконосцев представлены триломастиготами, а в пищеварительной системе переносчиков - кровососущих насекомых и пиявок наблюдается весь спектр вышеперечисленных морфологических форм (Bardsley, Harmsen, 1973). Интересно, что если в пиявках, как правило, наблюдается чередование трех форм: эндомастигот, промастигот и эпимастигот, то в москитах эпимастиготы, как правило, не формируются (Ayala, 1971). Следовательно, происхождение трипаносоматид, не имеющих в циклах своего развития форм, обладающих ундулирующей мембраной, могло быть связано с древней паразитарной системой москиты - амфибии. Перенос трипаносом из такой системы в кровь рептилий и утрата при этом живущих в кровяном русле трипомастигот - это возможный путь обособления группы лейшманий. Утрата позвоночного хозяина, например, при поедании москитов хищными клопами, могла привести к появлению гомоксенных лептомонад и критидий. Если следовать логике этих рассуждений далее, то появление современных Blastocrithidia, вероятно, надо отнести ко времени освоения трипаносомами млекопитающих, сопряженному со вторичной сменой переносчиков. При включение в жизненные циклы трипаносом клопов и различных двукрылых насекомых, в кишечнике которых развиваются эпимастиготы, создавались благоприятные условия для радиации этих форм в насекомых хищников, копрофагов, а, затем, и в фитофагов.

Как уже было показано, пиявки и насекомые являются основными группами беспозвоночных животных, с которыми связано развитие трипаносоматид. В пияв-

Морфологические формы

Мастиготы | (жгутик выходит эо жгутиковый карман) J I Эндо- j мастиготы (жгутик • не выходит) А- мастиготы (жгутик отсутствует}

А п <•> V ПрО-мааиготы 1 I описто- МЭСТИГОТЫ У) г/ эпимастиготы трипо-1 мастиготы | |(1 №

.Схема 5. Классификация основных морфологических форм трипаносоматид (по: Фролов, 1994)

ках паразитируют только гетероксенные трипаносомы из водных позвоночных животных: рыб, амфибий и рептилий (Vickerman, 1976). Независимо от вида позвоночного хозяина, в переносчиках пиявках трипаносомы претерпевают сходное развитие. Жгутиконосцы концентрируются в желудке пиявок, где трипаносомы интенсивно делятся, часто со сменой морфологических форм. В желудке и других частях средней кишки пиявок трипаносомы могут прикрепляться к щеточной каемке кишечного эпителия, заякориваясь расширенным кончиком своего жгутика среди микроворсинок энтероцитов (Lewis, Ball, 1979). Ряд трипаносом формируют мета-циклические стадии непосредственно в желудке пиявок. Другие мигрируют в передние отделы кишечника, и их метациклические стадии локализуются во влагалище хоботка (Molyneux, 1977). Здесь они могут прикрепляться к его кутикулярной выстилке за счет внедрения в нее кончика жгутика (Jones, Woo, 1991), в котором формируются полудесмосомы. Единственным примером формирования метацик-лических стадий в слюнных железах пиявок до сих пор остается T.barbari, паразитирующая в тритонах Triturus torosus. В пиявке Actinobdella sp. метациклические стадии этих жгутиконосцев найдены в слюнных железах и во влагалище хоботка хозяина (Lehmann, 1952). Однако тонкие механизмы развития этих трипаносом в слюнных железах неизвестны.

Более 90% трипаносоматид, развитие которых протекает в насекомых, приурочено к двум отрядам Insecta; Díptera и Hemiptera. В двукрылых насекомых пищевой комок, содержащий проциклические стадии трипаносоматид, обычно сразу изолируется от стенки кишечника перитрофической оболочкой, имеющей форму мешка или трубки (Жужиков и др., 1971). Развитие африканских трипаносом группы T.btvcei связано с инвазией эктоперитрофического пространства мух це-це и с преодолением перитрофической оболочки.

Лейшмании в москитах сталкиваются с похожей проблемой. У некоторых видов москитов перитрофический мешочек сохраняет свою целостность вплоть до момента дефекации насекомых. В этом случае, хотя лейшмании и могут претерпевать определенное развитие в перевариваемом пищевом комке, тем не менее, они лишены возможности завершить его должным образом. У других видов москитов, еще до попадания пищевого комка в задние отделы кишечника, перитрофиче-ская оболочка фрагментируется, и лейшмании оказываются в просвете кишки, где и приступают к реализации цикла своего развития. У клопов классическая лерит-рофическая оболочка отсутствует. Однако для морфологии пищеварительной системы полужесткокрылых насекомых характерно наличие дополнительной внеклеточной мембраны, покрывающей плазмалемму апикальных концов энтероцитов, включая и микроворсинки (Чайка, 1979). Снаружи от дополнительной мембраны в кишке клопов располагаются внеклеточные мембранные образования, часто формирующие мощные, упорядоченные слои. Такие экстраклеточные, мембранные структуры топографически и, очевидно, функционально соответствуют настоящей перитрофической оболочке насекомых. Жгутиконосцы Trypanosoma cruzi, например, не могут преодолеть барьер из экстраклеточных мембран, проходят среднюю кишку хозяев транзитом и приступают к реализации цикла своего развития лишь в задних отделах кишечника триатомовых клопов (Dyrce, Jacenier, 1984). В задней части средней кишки хозяев определяются основные пути дальнейшего развития жгутиконосцев. Т.cruzi и некоторые виды лейшманий приступают здесь к формированию метациклических стадий. Трипаносоматиды, формирующие расселительные стадии в передних отделах кишечника, мигрируют из средней кишки к ротовому аппарату своих хозяев, где они локализуются на кутикулярной выстилка эпителия. Жгутиконосцы, формирующие расселительные стадии в слюнных железах хозяев, например T.brucei или T.rangeli, проникают в них через гемолимфу. В процессе продвижения к слюнным железам жгутиконосцам приходится активно проникать в клетки и ткани различных органов насеко-

мых. Дифференцировка метациклических стадий у этих видов происходит в просвете слюнных желез хозяев.

Заражение насекомых гомоксенными трипаносоматидами происходит при попадании в пищеварительную систему хозяев расселительных стадий жгутиконосцев. Дальнейшее развитие этих трипаносоматид связано с заселением различных отделов пищеварительной системы и некоторых других органов и тканей хозяина.

Среди гомоксенных трипаносоматид нами обнаружен пока единственный вид, Leptomorias nabicula, который в качестве основного места питания и размножения выбрал задний отдел пищевода (передняя кишка) и границу последнего с желудком у клопа Nabicula flavomarginata. В этом отделе кишечника жгутиконосцы L. nabicula прикрепляются к эпикутикуле кончиком своего жгутика, который набухает и распластывается по субстрату. При этом жгутик теряет двигательную и приобретает прикрепительную функцию. Кроме L. nabicula пока неизвестны другие случаи специфической адаптации и закрепления гомоксенных трипаносоматид в передних отделах кишечника насекомых. Однако в двукрылых переносчиках представители гетероксенных трипаносоматид, например, лейшмании, заселяют пищевод и глотку, прикрепляясь к их кутикулярной выстилке после питания, размножения и дифференцировки в средней и задней кишках москитов (Molyneux, Ashford, 1983).

Подобно большинству других паразитов пищеварительной системы животных, трипаносоматидам для успешного развития необходимо прочно закрепиться в средней кишке хозяев, чтобы не быть вынесенными с переваренными пищевыми массами во внешнюю среду. Нами исследованы особенности паразити-рования в средней кишке клопов трипаносоматид из родов Leptomonas, Blastocrithidia, Crithidia и Phytomonas.

Если внеклеточные мембранные образования в средней кишке клопов не образуют мощных упорядоченных слоев , то доступ трипаносоматид к щеточной каемке энтероцитов облегчается, и паразиты закрепляются в ней, используя свои жгутики. При этом степень адаптации жгутиков трипаносоматид к новой для них функции - прикреплению - сильно варьирует в зависимости. от видовой принадлежности паразита и хозяина. Наши исследования также показали, что среднюю кишку своих хозяев насекомых в полной мере смогли освоить только гомок-сенные трипаносоматиды, паразитирующие в полужесткокрылых насекомых. В двукрылых насекомых, за редким исключением (жгутиконосцы Herpetomonas ampelophilae в Drosophila melanogaster), трипаносоматиды не способны проникать в эктоперитрофическое пространство и задерживаться в этом отделе пищеварительной системы. На границе средней и задней кишки у насекомых обычно открываются протоки мальпигиевых сосудов. Среди гомоксенных трипаносоматид, -развитие в мальпигиевых сосудах хозяев ранее была отмечена у Crithidia flexonema в водомерках (сем. Gerridae) и у Blastocrithidia triatomae в представителях сем. Reduviidae (Schaub, Schnitker, 1988; Tieszen, Molyneux, 1989). Так как упомянутые виды жгутиконосцев обнаружены и в других отделах пищеварительной системы полужесткокрылых, где проходит их основное развитие, их не следует рассматривать в качестве специфичных паразитов этих секреторных органов. Нами исследованы еще два вида гомоксенных трипаносоматид (S. gerridis и L pyrrhocoris), развитие которых связано с инвазией мальпигиевых сосудов полужесткокрылых насекомых. Установлено, что Blastocrithidia gerridis образуют значительные скопления в просвете мальпигиевых сосудов водомерок Gerris lacustris. Длинные клетки трипаносоматид переплетаются друг с другом, формируя массивные клубки. Плазмалемма этих паразитов формирует протяженные трубчатые выросты - филоподии - диаметром 50-70 нм . До сих пор наличие филоподий считалось уникальным признаком кровяных форм африканских трипаносом. У В. gerridis филоподии, переплета-

ясь друг с другом и с микроворсинками, могут играть существенную роль в заякоривании паразитов в мальпигиевых сосудах. Обычно В. gerridis внедряют в щеточную каемку клеток мальпигиевых сосудов целиком всю ундулиподию, а не ее часть, как это имеет место у С. flexonema и В. triatomae. Складки и выросты расширенной ундулиподии охватывают отдельные микроворсинки или даже целые их группы, надежно заякоривая паразитов на железе. Представители другого вида гомоксенных трипаносоматид - Leptomonas pyrrhocoris, обнаруженные нами в мальпигиевых сосудах Pyrrhocoris apterus, локализуются в цитоплазме или под базальной мембраной эпителиальных клеток мальпигиевых сосудов. В отличие от С. flexonema, инвазия клеток мальпигиевых сосудов L. pyrrhocoris носит не спорадический, а массовый характер. Ранее показано, что лептомона-ды через эпителий железы мигрируют в гемолимфу, где завершают цикл своего развития (Фролов, 19866, 1987а).

Задняя кишка насекомых заселяется многими видами гомоксенных и гетероксенных трипаносоматид. Наружный слой кутикулярной выстилки этого отдела кишечника - эпикутикула - служит субстратом для прикрепления паразитов. Способ прикрепления весьма сходен у разных видов трипаносоматид. Кончик жгутика простейшего расширяется, и под его плазмалеммой в месте контакта с кутикулярной выстилкой формируется полудесмосома. Задняя кишка является основным местом локализации гомоксенных трипаносоматид, паразитирующих и в клопах, и в двукрылых насекомых. Здесь развиваются все изученные представители родов Crithidia, Blastocrithidia и большинство Herpetomonas (Molyneux, 1977; Wallace, 1966).

Среди некровепаразитических трипаносоматид развитие в слюнных железах хозяев пока отмечено только у представителей рода Phytomonas. Среди трипано-сом Trypanosoma rangeli обнаружена в слюнных железах триатомовых шопов. Нами механизм инвазии слюнных желез насекомых исследован на примере Ph. nordicus в клопе Т. lurldus. На первом этапе жгутиконосцы проникают из гемолимфы под базальную мембрану железистого эпителия слюнных желез. Здесь они приобретают U-образную форму и локализуются среди мышечных клеток и трахей. В дальнейшем гигантские промастиготы проходят через базальную мембрану и плазмалемму секреторных клеток и локализуются в их цитоплазме в паразитофорных вакуолях. Внутри последних жгутиконосцы претерпевают серию делений. Паразитофорные вакуоли перемещаются к апикальному концу клеток, где открываются в просвет слюнных желез, выпуская туда трипаносоматид. Развитие трипаносоматид в просвете слюнных желез завершает инвазию органа. При этом жгутиконосцы Ph. nordicus заякориваются на щеточной каемке клеток железы посредством вклинивания укороченных и расширенных жгутиков между микроворсинками.

Рассмотренные в этой главе примеры адаптаций трипаносоматид к паразитированию в пищеварительной системе их хозяев позволяют заключить, что и гомоксенные, и гетероксенные трипаносоматиды в равной степени успешно освоили в качестве хозяев насекомых, а гетероксенные трипаносомы, кроме того, и пиявок. Механизмы адаптации трипаносоматид к паразитированию в беспозвоночных животных во многом уникальны и это позволяет предполагать общность их происхождения в обеих группах жгутиконосцев. Как кровепаразитические, так и некровепаразитические виды трипаносоматид смогли освоить все органы пищеварительной системы беспозвоночных животных, включая сопутствующие железы.

Основные выводы по главе 3

Анализ основных групп организмов, претендующих на роль предков трипаносоматид, а также особенностей распределения трипаносоматид по различным группам хозяев, показали, что:

а - все известные в настоящее время свободноживущие кинетопластиды -двужгутиковые организмы. Одножгутиковые "проллептомонасы" в природе не найдены и использование их в качестве предка трипаносоматид в филогенетических построениях неолравдано.

б - распределение трипаносоматид по различным группам беспозвоночных животных показывает, что эти жгутиконосцы в процессе эволюции смогли освоить пиявок (около 30% из общего числа описанных видов трипаносоматид); насекомых (около 70%); инфузорий и клещей (менее 1% от числа известных видов). К последней группе могут быть отнесены жгутиконосцы, описанные в моллюсках и нематодах, однако факты их обнаружения до сих пор не подтверждены, и использование этих организмов в филогенетических построениях (Baker, 1974) мы считаем недопустимым.

в - утверждение о том, что трипаносоматиды широко представлены в беспозвоночных животных, не связанных с питанием кровью позвоночных животных, используемое как аргумент для обоснования того, что предки трипаносоматид были исходно паразитами кишечного тракта некрвососущих насекомых (Ноаге, 1972) или других беспозвоночных (Baker, 1974), мы считаем ошибочным, поскольку:

• из всего количества видов трипаносоматид, описанных в беспозвоночных животных (смотри Схемы 2 и 3), 80% (около 500 видов) паразитируют непосредственно в животных гематофагах.

• из числа остальных 20% (около 130 видов) более 90% приходится на жгутиконосцев, паразитирующих в группах беспозвоночных животных, в которых гематофагия получила широкое распространение (блохи, клопы и двукрылые насекомые), и лишь оставшиеся 10% (менее 15 видов) паразитируют в беспозвоночных, эволюция которых не связана с переходом к гематофагии (Hymenoptera, Trchoptera, Lepidoptera среди насекомых, инфузории и неподтвержденные находки в моллюсках и нематодах).

г - В отличие от трипаносоматид, переход к кровепаразитизму хорошо прослеживается в другой группе кинетолластид - у криптобий. Среди современных криптобий мы имеем целый ряд примеров перехода этих простейших от свободного образа жизни к паразитизму, причем последний встречается у них практически во всех известных формах. Среди позвоночных животных криптобии освоили в качестве хозяев рыб, отдавая предпочтение пресноводным Osteichthyes. Причем, за единичными исключениями, все эти криптобии -кровепаразиты. В качестве переносчиков криптобии используют пиявок. Именно эта связка - преесноводные Osteichthyes - Hirudinea - широко представлена и в жизненных циклах гетероксенных трипаносоматид (около 33% от общего их числа или более 170 видов). Таким образом, если предков трипаносоматид искать среди двужгутиковых кинетолластид, то на эту роль в первую очередь могут претендовать криптобии, а трипаносоматиды тогда должны рассматриваться как группа исходно гетеросенных кровепаразитов рыб.

Сравнение морфологии стадий развития гомоксенных и гетероксенных трипаносоматид в беспозвоночных животных показало, что целый ряд их форм, считавшихся раньше гомологичными, на самом деле таковыми не являются. В первую очередь это касается промасгигот и амастигрт в паре Leptomonas -Lelshmania и эпимастигот в паре Blastocrithidla - Trypanosoma. Это указывает на необоснованность выделения промастиготных и эпимастиготных ветвей в эволюции трипаносоматид (Leger, Dubosq, 1910; Baker, 1974). Кроме того, при уточнении распространения морфологических форм среди представителей различных родов трипаносоматид, было показано, что в жизненных циклах бластокритидий отсутствуют промастиготы, а в жизненных циклах трипаносом пойкилотермных животных представлены практически все морфологические

формы, (кроме цистоподобных амастигот). Эти данные показывают, в частности, что рассеивание макро признаков (признаков, характеризующих морфологические формы трипаносоматид) из трипаносомного цикла (с полным их набором) в циклы представителей других родов трипаносоматид легче поддается объяснению и встречает меньше противоречий, чем, например, попытки объяснить схождение всех этих признаков в жизненном цикле жгутиконосцев рода Trypanosoma (Hoare, 1972; Baker, 1974; Vickerman; Preston, 1976).

Наконец, сравнение способов развития гетероксенных и гомоксенных трипаносоматид в беспозвоночных животных показало необоснованность распространения гипотезы Гоара об эволюции паразит-хозяинных отношений трипаносом млекопитающих и их переносчиков - насекомых на трипаносоматид в целом (Ноаге, 1972; Сафьянова, 1982; Molyneux, Ashford, 1983).

Из всего вышеизложенного мы хотим сделать два основных вывода:

• первый - гипотеза происхождения трипаносоматид Леже-Гоара-Бакера в действительности сталкивается с большим числом внутренних противоречий, разрешить которые подчас не представляется возможным.

• второй - если отказаться от основного постулата этой гипотезы, предполагающего, что переход трипаносоматид к паразитизму был связан с освоением их одножгутиковым, гипотетическим, свободноживущим предком кишечника насекомых, то совершенно очевидно выявляется другой возможный путь их эволюции. В этом случае на роль предков трипаносоматид претендуют, прежде всего, их ближайшие родственники - криптобии, переход которых к кровепаразитизму в позвоночных животных выглядит достаточно очевидным.

Для того, чтобы окончательно определить свою позицию относительно обеих гипотез, воспользуемся теперь одним из наиболее широко используемых в филогенетических построениях методов - сравнительно-морфологическим.

ГЛАВА 4. СРАВНИТЕЛЬНАЯ МОРФОЛОГИЯ КИНЕТОПЛАСТИД

План рассмотрения материала, который мы приняли для этой главы, основан на ставшем уже традиционным последовательном рассмотрении основных клеточных компартментов протистов: от покровов, ротового и двигательного аппаратов вглубь клетки - к митохондриону, ядру и эндомембранным системам.

У трофозоитов двужгутиковых свободноживущих Bodonidae покровы обычно представлены чередующимися участками плазмалеммы и тубулеммы. На поверхности плазмалеммы бодонид могут обнаруживаться два типа структур. Для ряда жгутиконосцев (Bodo saltans) характерно наличие мастигонем на плазма-лемме жгутиков и цитостомальной воронки. Другим атрибутом поверхностных структур бодонид может являться развитый слой поверхностных гликопротеинов (Mylnikov, 1986), обнаруженный, например, у некоторых Rhynchobodo i-Phyllomitus).

Особый интерес для нас представляет степень развития тубулеммы у различных представителей семейства Bodonidae. Под тубулеммой принято понимать комплекс поверхностных структур, формирующийся за счет плазмалеммы и подстилающих ее упорядоченных рядов субмембранных микротрубочек (Карпов, 1990). Фрагментированная и слабо развитая тубулемма Bodo designes принимает участие в организации покровов только на апикальном конце тела. Один из фрагментов тубулеммы формируется за счет 13-15 дорсальных (далее ДМТ) субмембранных микротрубочек, приуроченных к покровам фронтального и дорсального участков поверхности жгутиконосцев. Большинство этих микротрубочек заканчиваются на уровне кинетопласта, лишь незначительно заходя за уровень дна жгутикового кармана. Лента из 4-10 вентральных субмембранных микротрубочек (далее ВМТ), являющаяся производной вентрального кинетосомального корешка, также принимает участие в формировании небольшого фрагмента тубулеммы на

вентральной стороне тела Bodo designes. Третий фрагмент тубулеммы Bodo designes формируется за счет 20 - 23 микротрубочек (далее ФАС), закладывающихся у дна цитостомальной воронки. Армируя плазмалемму дистальной части клеточной глотки, эти микротрубочки далее продолжаются под плазмалеммой на дорсальной стороне тела бодонид.

Жгутиконосцы Bodo cauda tus, Bodo saltans и Parabodo nitrophilus по организации своих покровов очень напоминают Bodo designes. Отличия носят частный характер и касаются либо численности микротрубочек в отдельных группах, либо их протяженности.

В отличие от всех рассмотренных выше бодонид покровы жгутиконосцев Bodo curvifilus практически целиком формируются за счет неармированной плазмалем-мы. Микротрубочки основных лент ФАС и ДМТ, армируя соответственно стенки цитостома и жгутикового кармана, практически сразу погружаются в цитоплазму, не подходя к поверхности клетки. Единственный очень короткий фрагмент тубулеммы в покровах Bodo curvifilus формируется за счет 4 микротрубочек ВМТ. Лента ВМТ Bodo curvifilus не заходит за уровень середины тела жгутиконосцев.

Известно, что некоторые виды свободноживущих бодонид могут образовывать настоящие цисты. Однако достоверно цисты описаны и изучены только у Bodo caudatus (Brooker, Ogden, 1972) и некоторых штаммов В. designes (Frolov, Karpov, 1995). У свободноживущих гетеротрофных бодонид процесс инцистирования связан с формированием внеклеточной оболочки - стенки цисты. Материал, из которого построена стенка цисты, имеет тонко-фибриллярную структуру. Защитная оболочка формируется над плазматической мембраной. На поздних этапах инцистирующиеся жгутиконосцы втягивают жгутики внутрь клетки и округляются. Никаких существенных изменений в морфологии субмембранной зоны у инцисти-рованных особей бодонид выявить не удается.

На значительном своем протяжении покровы свободноживущей криптобии Dimastigella mimoza представлены плазмалеммой. В формировании ее слабо развитой тубулеммы не принимают участие микротрубочки из ДМТ и ВМТ групп. Небольшой по протяженности участок тубулеммы формируется у этих жгутиконосцев лишь за счет цитостомальных ФАС микротрубочек! Покровы задней половины тела жгутиконосцев Dimastigella mimoza целиком представлены неармированной плазмалеммой. Покровы Dimastigella trypaniformis на значительном своем протяжении, напротив, представлены хорошо развитой тубулеммой (Breunig et al., 1993). На апикальном конце клетки в ее формировании принимают участие микротрубочки из ФАС, ДМТ и ВМТ лент. Однако покровы заднего конца тела жгутиконосцев представлены практически неармированной плазмалеммой. Покровы кровепаразита лососевых рыб Cryptobia salmositica, подобно покровам Dimastigella trypaniformis, представлены фрагментированной тубулеммой. В передней трети тела ленты ДМТ и ВМТ формируют два полукольца тубулеммы, разделенных на дорсальной стороне тела преоральным гребнем, а на вентральной стороне - участком неармированной плазмалеммы дистальной части вентральной бороздки. Преоральный гребень Cryptobia salmositica сильно развит и может доходить почти до середины тела жгутиконосцев. После погружения преорального гребня в стенку цитостома, ленты ДМТ и ВМТ соединяются, формируя единое полукольцо, разомкнутое теперь лишь в области вентральной бороздки. Покровы задней лоловины тела Cryptobia salmositica представлены полукольцом тубулеммы. Организация покровов Cryptobia borreli практически не отличается от таковой Cryptobia salmositica.

Как показали наши исследования, поверхность цистоподобных стадий D. mimoza покрыта плазмалеммой, несущей на своей поверхности лишь тонкий слой гликокапикса. Под плазмалеммой располагается слой субмембранной цитоплазмы средней электронной плотности. Этот слой у некоторых цистоподобных стадий разделен на две части: прозрачную, которая располагается под плазмалеммой, и

более плотную, которая граничит с основной цитоплазмой. Содержимое цистопо-добных стадий D. mimoza отличается высокой электронной плотностью. Однако ряд клеточных структур могут быть идентифицированы и здесь. Субмембранная цитоплазма подстилается мощным (до 200 нм и более) слоем, сформированным каналами шероховатого эндоплазм'атического ретикулума и плотно упакованными дискретными рибосомами, а под этим слоем располагается ядро.

Покровы изученных видов гомоксенных трипаносоматид представлены тубу-леммой, то есть включают плазмалемму и подстилающие ее продольные субмембранные микротрубочки. На поверхности плазмалеммы у ряда трипаносоматид располагается выраженный слой гликокаликса. По степени выраженности и структуре гликокаликса, а также по особенностям организации кольца субмембранных микротрубочек, мы выделяем до 5 типов организации покровов у гомоксенных трипаносоматид.

A. Покровы без выраженного слоя гликокаликса с относительно ригидным кольцом субмембранных микротрубочек. К этой группе мы относим покровы Leptomonas pyrrhocoris, L.jaculum, Blastocrithidia miridarum, Crithidia roitmani, Cr. oncopelti, Herpetomonas muscarum, Phytomonas nordicus.

Б. Покровы без выраженного слоя гликокаликса с нестабильным кольцом субмембранных микротрубочек. К этому типу мы относим покровы Lrigidus и Crithidia oncopelti.

B. Покровы с компактным слоем гликокаликса и относительно ригидным кольцом субмембранных микротрубочек. К этому типу мы относим покровы Blastocrithidia familiaris., Leptomonas oncopelti и Phytomonas serpens.

Г. Покровы с гипертрофированным слоем рыхлого гликокаликса и относительно ригидным кольцом субмембранных микротрубочек. Этот тип покровов обнаружен нами впервые у крупных эндомастигот жгутиконосцев рода Proteomonas. Его отличает наличие необычного "амебного" гликокаликса на поверхности клеток жгутиконосцев.

Д. Покровы Blastocrithidia gerridis. По основным своим параметрам поверхностные структуры В.gerridis в полной мере соответствуют покровам, которые мы относим к типу В. Оказалось, однако, что плазмалемма B.gerridis может формировать длинные, трубчатые выросты - филоподии. До настоящего времени

ПМ

ДМТ

ФАС

ДМТ

смт

вмт

Схема 6. Схема организации покровов у различных представителей кинетоплас-тид, представленная в виде эволюционного ряда, отражающего степень развития тубулеммы (по: Рго1оу, Кагроу, 1995).1 - неармированная плазмалемма некоторых ЕЫопйае; 2 - септированная тубулемма ряда представителей Вос1опЫае и СгуркэЫИае; 3 - септированная тубулемма Сгур1оЬнс1ае; 4 - неполная тубулемма кровепаразитических представителей Сгур1оЬНс1ае и Тгурапозота\ 5 - полная тубулемма ТгурапозотаИае. ВМТ - вентральные микротрубочки; ДМТ - дорсальные микротрубочки; ПМ - плазмалемма; СМТ - субмембранные микротрубочки.

такие структуры были найдены только у кровяных стадий африканских трипано-сом (Vickerman, Preston, 1976; Molyneux, Ashford, 1983).

Гомоксенные трипаносоматиды из родов Leptomonas и Blastocrithidia могут формировать расселительные цистоподобные стадии. Основными элементами поверхностных структур таких стадий являются: плазмалемма (которая может иметь, а может и не иметь на своей наружной поверхности выраженный слой гликокаликса), субмембранные микротрубочки и слой специализированной субмембранной цитоплазмы, в которую погружаются субмембранные микротрубочки. В отличие от настоящих цист большинства протистов наружным барьером, защищающим "цисты" гомоксенных трипаносоматид от воздействия различных факторов внешней среды, является плазматическая мембрана. Только у некоторых бластокритидий она несет на своей наружной поверхности достаточно мощный слой гликокаликса. У расселительных стадий большинства других видов этот дополнительный барьер развит очень слабо или отсутствует вовсе, как, например, у Leptomonas rigidus. Вероятнее всего, основная защитная функция у расселительных стадий гомоксенных трипаносоматид возложена на субмембранную зону. Здесь формируется массивный слой электронно-плотной, гомогенной цитоплазмы. У свободноживущих расселительных стадий трипаносоматид, переживающих неблагоприятные условия в воде, соке растений и т.п., этот слой развит очень слабо и лишь частично маскирует субмембранные микротрубочки.

Покровы кровепаразитических трипаносоматид представлены развитой тубулеммой (Vickerman, Preston, 1976). В этой группе жгутиконосцев мы выделяем три основных типа организации поверхностных структур.

A. Покровы со слабо выраженным слоем гликокаликса и полным, относительно ригидным, кольцом субмембранных микротрубочек. К этому типу относятся покровы лейшманий, а также поверхностные структуры Endotrypanum.

Б. Покровы со слабо выраженным гликокаликсом и незамкнутым кольцом субмембранных микротрубочек. Такого типа покровы характерны для трипаносом из пойкилотермных позвоночных животных, например, для Trypanosoma danilewskiy из крови рыб или Т. rotatoríum из амфибий, а также для трипаносом млекопитающих, объединяемых в секцию Stercoraria (Vickerman, Preston, 1976).

B. Покровы с филлоподиями, развитым слоем структурированного гликокаликса и незамкнутым кольцом субмембранных микротрубочек. Покровы этого типа являются характерной чертой строения трипаносом, относящихся к секции Salivaría, обитающих в крови хозяев - млекопитающих. Стадии развития этих трипаносом в переносчиках и в лабораторных культурах лишены гликокаликса и филлоподий ( Molyneux, Ashford, 1983).

Рассмотренные нами типы покровов, встречающиеся у тофозоитов различных представителей кинетопластид, демонстрируют очевидную общность организации и формируются за счет одних и тех же структур. Это дает основание представить все их многообразие в виде определенного эволюционного ряда (Схема 6). Первую позицию в данном ряду мы отводим покровам части свободноживущих бодонид. Главная их особенность - это очень слабое развитие тубу-леммы. В случае исследованного нами Bodo curvifilus, практически вся поверхность клетки жгутиконосца представлена неармированной плазмалеммой. Вторую позицию мы отводим покровам части свободноживущих бодонид и крип-тобий. Эти • покровы представлены сильно фрагментированной тубулеммой, формирующейся за счет 2-3 групп микротрубочек, представленной, как правило, только в передней половине тела жгутиконосцев. Следующую позицию занимают покровы, которые формируются за счет хорошо выраженных полуколец тубу-леммы, разделенных значительными пространствами неармированной плаз-малеммы. Такой тип покровов представлен у некоторых свободноживущих и паразитических криптобиид. Далее в данном ряду мы рассматриваем покровы

криптобий (многие из которых являются кровепаразитами рыб) и трипаносом. Этот тип покровов отличает сильно развитая тубулемма, в которой обнаруживается единственная брешь. Причем у криптобий в преоральной области закладываются два полукольца тубуллемы, которые в дальнейшем могут сливаться при разростании дорсальной группы субмембранных микротрубочек. Четвертая позиция отведена нами покровам Leishmania, Endotrypanum и гомоксенных трипаносоматид. Они довольно разнообразны, особенно в последней группе, однако все их отличает полностью замкнутый ряд субмембранных микротрубочек. Анализ строения покровов трофических стадий кинетопластид показывает, что дистанция между двужгутиковыми кинетопластидами и гомоксенными трипаносоматидами из беспозвоночных выражена гораздо отчетлевее, чем между двужгутиковыми кинетопластидами и трипаносомами.

Большинство кинетопластид - подвижные органризмы. Они могут свободно плавать в толще жидкости или ползать по субстрату. Основную роль в движении кинетопластид играют жгутики. Это покрытые плазмалеммой цитоплазматические выросты, отходящие от дна жгутикового кармана. Тонкое строение жгутика кинетопластид в целом типично, в нем можно выделить три основных отдела: кинето-сому, переходную зону и свободную часть жгутика или ундулиподию.

В неделящихся клетках бодонид и криптобий обнаруживаются две кинетосомы, стенки которых сформированы за счет девяти триплетов микротрубочек. И у бодонид, и у криптобий обе кинетосомы являются "рабочими", то есть связаны с функционирующими жгутиками. В наиболее общем случае у бодонид и криптобий выявляют три микротрубочковых корешка: один связан с кинетосомой двигательного (направленного вперед) жгутика, два других - с кинетосомой рекуррентного жгутика. Первый состоит из 3-4 микротрубочек, он проходит под дорсальной стенкой жгутикового кармана и принимает участие в формировании группы субмембранных микротрубочек ДМТ. Этот корешок называется дорсальным кинетосомапьным корешком. Около кинетосомы рекуррентного жгутика закладывается микротрубочковый корешок, связанный с микротрубочками группы ВМТ. Третья лента микротрубочек закладывается у стенки жгутикового кармана, иногда довольно близко от кинетосомы рекуррентного жгутика. Эти микротрубочки армируют стенку жгутикового кармана и плазмалемму орального комплекса. Однако в отличии от Бружеролля с коллегами мы не считаем эту группу микротрубочек (далее МТР) кинетосомальным корешком (Brugerolle et al., 1979), и подробно рассмотрим ее закладку в главе, посвященной строению ротового аппарата.

Переходная зона жгутиков бодонид и криптобий характеризуется наличием двух поперечных структур, получивших название базальной и терминальной пластинок. Организация базальной пластинки выглядит крайне неопределенно. Обычно это цилиндр или шайба, построенные из рыхлого материала средней электронной плотности, располагающиеся в основании переходной зоны. Терминальная структура переходной зоны жгутиков бодонид содержит поперечную пластинку и добавочный элемент. Чаще всего - это диск, диаметр которого близок к внутреннему диаметру кольца периферических дублетов переходной зоны. На уровне терминальной пластинки, между периферическими дублетами и плазма-леммой жгутика, находится параксиальная пластинка, от которой берет начало параксиальный тяж. Оба жгутика обращены друг к другу параксиальными пластинками, и их гшазмалеммы плотно прилегают друг к другу.

Терминальная структура переходной зоны жгутиков криптобий с одной стороны очень похожа на таковую бодонид. Здесь также имеется параксиальная пластинка, и жгутики взаимодействуют друг сдругом аналогичным образом. Однако у кровепаразитических криптобий терминальная пластинка отсутствует. Терминальная структура этих жгутиконосцев представлена толстостенным фибрилляр-

ным "стаканом", дно которого обращено к устью жгутикового кармана. От стенок этого "стакана" к денеиновым ручкам дублетов микротрубочек отходят лучевидные филаменты. От дна "стакана" берут начало центральные микротрубочки аксонемы, следовательно, есть все основания рассматривать этот элемент как аксосому.

Ундулиподии обоих жгутиков двужгутиковых кинетопластид характеризуются наличием в их внутрижгутиковом матриксе двух основных элементов: аксонемы и параксиального тяжа. Аксонемы обоих жгутиков бодонид и криптобий имеют классическое (9+2) строение. Нумерация периферических дублетов в аксонемах подчиняется правилу Афцелиуса (ДЬеНиэ, 1959), это позволяет, в частности, определить, что в передних, двигательных жгутах бодонид и криптобий параксиальный тяж морфологически связансвязан с 4 и 7 дублетами аксонемы, а в рекуррентных он связан с 3 и 5 дублетами.

Все изученные виды гомоксенных трипаносоматид имеют один, направленный вперед, двигательный жгутик. Жгутик отсутствует лишь у ряда их специализированных (расселительных) стадий.

В неделящихся клетках гомоксенных трипаносоматид обнаруживаются две кине-тосомы. Они располагаются под произвольным углом друг к другу. Одна из ки-нетосом является основанием двигательного жгутика, ее называют рабочей ки-нетосомой. Другая в неделящихся клетках не связана со жгутиком, эту кинетосому называют покоящейся или сателлитной. Субструктура рабочей и сателлитной кинетосом однотипна. Рабочая кинетосома гомоксенных трипаносоматид формирует единственный микротрубочковый корешок, состоящий из 4-х сближенных микротрубочек.

Переходная зона жгутиков гомоксенных трипаносоматид представляет собой полый цилиндр, стенки которого сформированы девятью дублетами микротрубочек У этих жгутиконосцев в переходной зоне выявляются две поперечные структуры. Базальная структура - это низкий цилиндр или кольцо, состоящие из рыхлого фибриллярного материала. Терминальная пластинка у всех изученных видов гомоксенных трипаносоматид отсутствует. Вместо нее обычно формируется сложная структура, состоящая из 2-х или 3-х элементов. Центральный элемент - аксосома - обычно представляет собой плотную фибриллярную глобулу. Другой элемент терминальной структуры располагается между аксосомой и кольцом периферических дублетов переходной зоны. В простейшем случае - это полый цилиндр или кольцо плотного, фибриллярного материала, окружающие центральный элемент.

Основными элементами ундулиподии являются аксонема и параксиальный тяж. Аксонема в жгутиках гомоксенных трипаносоматид имеет типичное строение. Пара центральных микротрубочек берет начало от хорошо выраженной аксосомы. Аксонема пронизывает всю ундулиподию, заканчиваясь субтерминально. Параксиальный тяж начинается у гомоксенных трипаносоматид либо на уровне терминальной структуры переходной зоны, либо ближе к переднему концу клетки, но всегда в пределах жгутикового кармана. Параксиальная пластинка в жгутиках трипаносоматид отсутствует. В ундулиподии параксиальный тяж всегда располагается против 4-7 дублетов аксонемы. В дистальной части жгутика он заканчивается прежде, чем центральная пара микротрубочек. Характерной чертой жгутиков трипаносоматид является их структурная пластичность, которая отчетливо проявляется при смене их функций. Двигательные жгутики мало подвержены морфологическим преобразованиям, лишь изредка их плазмалемма может формировать различного рода складки или небольшие выросты. Жгутики, перестающие, выполнять двигательные функции демонстрируют удивительное разнообразие форм. При этом, как правило, преобразования затрагивают большую часть ундулиподии, но не касаются строения кинетосомы и переходной зоны жгутика. В месте контакта жгутика с субстратом плазмалемма ун-

дулиподии может формировать пиноцитозные пузырьки, которые затем транспортируются в основную цитоплазму клетки, а от поверхности жгутиков в окружающую среду могут отшнуровываются окруженные плазматической мембраной экскреторные пузырьки (Фролов, Скарлато, 1990а). Плазмалемма ундулиподий способна формировать функциональные контакты с субстратом, к которому происходит прикрепление. В цитоплазме клеток гомоксенных трипаносоматид иногда удается обнаружить "голые" аксонемы с параксиальными тяжами или без них. У изученных нами видов кровепаразитических трипаносоматид морфология базальной части жгутика и ассоциированных с ней структур оказалась, в целом, схожа с морфологией жгутика гомоксенных трипаносоматид.

Таким образом, базальная часть жгутикового аппарата кинетопластид выглядит следующим образом. Кинетосома единственного жгутика трипаносоматид, так же, как и кинетосома двигательного (переднего) жгутика бодонид и криптобий, формирует один микротрубочковый корешок из трех или четырех микротрубочек. Этот корешок связан с субмембранными микротрубочками. У трипаносоматид - с их общим рядом, а у бодонид и криптобий - с дорсальной их группой. Сателлит-ная кинетосома трипаносоматид в неделящихся клетках лишена корешковой системы. Кинетосома рекуррентного жгутика бодонид и криптобий ассоциирована с одним микротрубочковыми корешком, принимающим участие в формировании вентрального фрагмента тубулеммы.

Переходная зона жгутиков кровепаразитических трипаносоматид, как и у гомоксенных трипаносоматид, представляет собой цилиндр, формирующийся за счет 9 дублетов микротрубочек, в просвете которого выявляются две поперечные структуры. Базальная "пластинка" обычно представлена тонким фибриллярным диском или кольцом, располагающимися чуть ниже уровня дна жгутикового кармана. Терминальная структура переходной зоны жгутика высших трипаносоматид, как и у гомоксенных, состоит из двух элементов. Как правило, это хорошо оформленная аксосома и периферический цилиндр или спираль.

Таким образом, бодониды, криптобии и трипаносоматиды хорошо отличаются по особенностям организации переходной зоны их жгутиков. При этом криптобии занимают промежуточную позицию. У ряда их видов, как и у бодонид, имеются базальная терминальная и параксиальная пластинки. Однако у кровепаразитических криптобий отсутствует характерная для бодонид терминальная пластинка, а соответствующая ей терминальная структура с выраженной аксосомой более всего схожа с аналогичными структурами трипаносоматид.

Ундулиподии жгутиков гетероксенных трипаносоматид по своему строению подобны ундулиподиям гомоксенных видов. Собственно, сходное же строение имеют и удулиподии двужгутиковых кинетопластид. Однако если в ундулиподиях их двигательных (передних) жгутиков параксиальный тяж также, как и у трипаносоматид жестко ассоциирован с 4-м и 7-м дублетами аксонемы, то в рекуррентных жгутиках он морфологически связан либо с 3-м и 6-м, либо, чаще, с 5-м и 8-м дублетами.

И трипаносоматиды, и некоторые криптобии способны преобразовывать свои двигательные жгутики из органов движения в специализированные органы прикрепления. При этом способы прикрепления жгутиконосцев к разнокачественным субстратам очень похожи. В зависимости от типа субстрата кинетопластиды используют либо принцип заякоривания (это характерно для жгутиконосцев закрепляющихся на эпителиях, формирующих микроворсинки), либо принцип присоски - при закреплении на кутикулярных выстилках эпителия (Molyneux, 1977; Фролов, Скарлато, 1995).

У целого ряда кинетопластид удается наблюдать наличие в цитоплазме клеток "голых" аксонам или аксонем с параксиальными тяжами. Мы нашли такие аксонемы в цитоплазме клеток Т. danilewskyi, Endotrypanum sp., Cryptobia borreli и в инцистированных Вос/о designes. (Frotov, Karpov, 1995). Обращает на себя вни-

мание тот факт, что среди трипаносоматид этот феномен присущ, в основном, видам, развитие которых связано с внутриклеточным паразитированием. Вполне возможно, что такие аксонемы каким-то образом принимают участие, например, в передвижении паразитов внутри клеток хозяина. В этой среде передвижение простейших затруднено, а наличие внутренней аксонемы может усиливать метаболию тела жгутиконосца. В этом случае мы, видимо, имеем дело с формированием как бы "внутренней ундулирующей мембраны".

Завершая рассмотрение организации двигательного аппарата кинетопластид, можно сделать следующие выводы (Схема 7). По своему строению жгутики кине-топластид образуют очевидный морфологический ряд, в котором крайние позиции занимают бодониды и некоторые криптобии с одной стороны, и трипаносоматиды с другой, а промежуточную - кровепаразитические криптобии. С бодонидами криптобий сближает: наличие двух гетеродинамных жгутиков, однотипная организация кинетосомальных корешков, наличие параксиальной пластинки, расположение параксиальных тяжей в обоих жгутиках и формирование межжгутиковых контактов на уровне дисгальной части переходных зон. Часть криптобий и трипаносоматид сближает отсутствие в переходных зонах их жгутиков терминальной пластинки, наличие обособленной аксосомы, способность к трансформации двигательных жгутиков в органелпы прикрепления.

Наличие единственного 3-х или 4-х микротрубочкового кинетосомального корешка, ассоциированного с субмембранными микротрубочками, и жесткая связь параксиального тяжа с 4-м и 7-м дублетами аксонемы позволяют рассматривать единственный жгутик трипаносоматид и двигательные (передние) жгутики бодо-нид и криптобий, как гомологичные структуры.

Потребление питательных веществ клетками кинетопластид может происходить различными способами. У многих кинетопластид этим целям служат, в частности, специализированные клеточные структуры, формирующие сложные цитостом-цитофарингеальные комплексы. Под цитостом-цитфарингеальным комплексом мы далее будем понимать клеточный компартмент, включающий воронку клеточного рта (цитостом) с глоточным каналом (цитофаринксом), отходящим от дна воронки вглубь клетки, и ассоциированные с ними микротрубочковые и фибриллярные элементы орального цитоскелета. В настоящее время такие комплексы описаны у всех изученных представителей бодонид, криптобий и у многих трипа-

Схема 7. Схема организации базальной части жгутиков различных кинетопластид, представлнная в виде эволюционного ряда их переходных зон (А - продольный и Б -поперечные срезы). 1 - Вос)опк1ае; 2 - Сгури>Ьпс1ае; 3 - ТгурапоэотаМае. АК - аксосо-ма с сопутствующими элементами; БП - базальная пластинка; ПД - периферические дублеты переходной зоны; ПМ - плазмалемма; ПП - параксиальная пластинка; ПТ -параксиальный тяж; ТП - терминальная пластинка; ЦП - центральная пара микротрубочек (по: Рго!оу, Кагроу, 1995, с изменениями).

носоматид. И только среди трипаносоматид, как мы покажем далее, имеются жгутиконосцы, у которых ротовой аппарат полностью редуцирован.

Наиболее развиты и сложно организованы полные цитостом-цитофарингеальные комплексы свободноживущих бодонид. У этих жгутиконосцев они приспособлены для заглатывания крупных пищевых частиц, например, бактерий. Наружный диаметр цитостома бодонид часто равен или превышает диаметр наружного отверстия жгутикового кармана. Плазмалемма ротовой воронки обычно подстилается плотным войлокоподобным материалом, который часто имеет сложную пространственную организацию, и с которым связаны основания нескольких (до 4-5) групп микротрубочек, ассоциированных с данным комплексом. Общими для всех изученных видов свободноживущих бодонид являются две основные ленты микротрубочек, одна из которых - МТР, закладывается в плотном материале у стенки жгутикового кармана, другая - ФАС, в аналогичном материале у стенки цитостомальной воронки. 5-6 микротрубочек группы МТР по восходящей спирали армируют стенку жгутикового кармана, проникают в цитоплазму переднего конца клетки, где делают поворот на 180 градусов и затем армируют последовательно стенку цитостомальной воронки и цитофаринкс. Отличительной чертой этой группы является связь ее микротрубочек с плазмалеммой жгутикового кармана, цитостома и частично цитофаринкса посредством электронно-плотных мостиков. Группа микротрубочек ФАС закладывается в плотном материале под плазмалеммой цитостома. Эта лента по широкой спирали огибает воронку цитостома и проксимальную часть цитофаринкса, часто на значительном протяжении локализуясь непосредственно под плазмалеммой клетки и принимая участив в формировании септированной тубулеммы. В массивах плотного материала, подстилающего плазмалемму цитостома, берут начало 4-5 так называемых цитосто-мальных микротрубочек, которые закладываются по отдельности и не формируют компактную ленту. Эти микротрубочки обозначаемые далее ЦМТ, армируют стенки цитостома и цитофаринкса вместе с микротрубочками группы МТР. Кроме перечисленных элементов, в формировании цитоскелета цитостом-цитофарингеального комплекса ряда бодонид могут принимать участие так называемые "микротрубочковые призмы" или "немадесмы". Это компактные группы, насчитывающие по 10-20 и более микротрубочек, которые берут начало в электронно-плотном материале у дна цитостома. Взаимное расположение микротрубочек таково, что на поперечном срезе "призмы" их профили образуют правильный треугольник (Bodo designes) или трапецию (Rhynchobodo). Микротрубочки в призме связаны друг с другом мостиками. Микротрубочковая призма сопровождает цитофаринкс на всем его протяжении. Однако непосредственной связи между этими структурами нет, и функции таких "призм" пока неясны.

Для криптобий, как свободноживущих, так и паразитических, так же характерно наличие развитых цитостом-цитофарингеальных комплексов. Наиболее близка к бодонидному типу организация цитостом-цитофарингеального комплекса свободноживущих Dimastigella. Цитоскелет хорошо развитого орального аппарата этих жгутиконосцев включает все три основные группы микротрубочек: МТР, ФАС и ЦМТ. У большинства криптобий, обитающих в крови рыб, цитостом-цитофарингеальные комплексы, по сравнению с бодонидами, как бы миниатю-ризованы. Цитостом открывается на вентральной поверхности тела этих жгутиконосцев. Его наружный диаметр несколько меньше диаметра жгутикового кармана. От дна цитостомальной воронки отходит трубчатый цитофаринкс. Его диаметр существенно меньше, чем у свободноживущих бодонид. Армирующие клеточную глотку микротрубочки имеют ■ двоякое происхождение. 5-6 микротрубочек группы МТР прослеживаются от стенки жгутикового кармана, с которой каждая из них связана "бляшками" плотного, войлокоподобного материала. Достигая вентральной поверхности тела жгутиконосца, они поворачивают на 180°, локализуясь в гребневидном выпячивании тела жгутиконосца, получившего название

"преорального гребня". Внутри гребня микротрубочки сопровождают две пластинки, расположенные по обе стороны от ленты. Они состоят из плотного войло-коподобного материала и ассоциированы с 2-3 дополнительными микротрубочками, представляющими группу ЦМТ. Достигая отверстия цитостома, "оральный гребень" встраивается в его стенку. Теперь микротрубочки группы МТР и ЦМТ групп армируют цитостомальную воронку и далее канал цитофаринкса. Ближе к центру клетки часть из этих микротрубочек исчезает, и здесь цитофаринкс армируется всего 3-5 микротрубочками.

23 вида гомоксенных трипаносоматид были исследованы нами на наличие цитостом-цитофарингеальных комплексов. Оказалось, что в той или иной степени развитым ротовым аппаратом обладают представители 11 видов, относящихся к родам Crithidia, Herpetomonas, Leptomonas и Proteomonas. Ротовые комплексы не обнаружены нами у жгутиконосцев из родов Blastocrithidia и Phytomonas, а также у ряда Leptomonas. У гомоксенных трипаносоматид цитостом всегда открывается в просвет жгутикового кармана и имеет вид неглубокой ямки или воронки с наружным диаметром около 100 нм, расположенной на вентральной стенке жгутикового кармана. Представляется возможным выделить два основных типа организации цитостом-цитофарингеальных комплексов, характерных для этих трипаносоматид. Полный цитостом-цитофарингеальный комплекс, впервые среди гомоксенных трипаносоматид, обнаружен нами у Leptomonas nabicula, паразитирующих в зобе хищного клопа Nabicula flavomarginata. Воронка цитостома располагается на вентральной стенке жгутикового кармана промастигот, в его передней трети. От дна воронки отходит клеточная глотка - цитофаринкс. На всем протяжении клеточную глотку L. nabicula сопровождают 7 микротрубочек глоточной группы. У промастигот L. nabicula из лабораторной культуры тоже имеется цитостом, габариты и локализация которого аналогичны описанным выше, однако оформленный цитофаринкс у них отсутствует. Вместе с тем, так же, как и у "диких" форм, возле цитостомальной воронки здесь закладываются 7 микротрубочек. С этими микротрубочками ассоциированы пузырьки диаметром 40-50 нм, отходящие от плазмалеммы дна цитостома. Такой цитостомальный аппарат, в отличии от описанного выше, мы относим к типу редуцированных цитостом-цитофарингеальных комплексов.

Редуцированные цитостом-цитофарингеальные комплексы обнаружены нами у всех изученных представителей родов Crithidia, Herpetomonas, Proteomonas, а также у ряда Leptomonas. Наличие этой структуры в клетках трипаносоматид легко выявляется на электроннограммах по присутствию в районе стенки жгутикового кармана дополнительных (помимо микротрубочек дорсального корешка) микротрубочек. Это микротрубочки глоточной группы (далее ЦМТ). У промастигот Proteomonas, в частности, 7 микротрубочек ЦМТ закладываются в плотном вой-локоподобном материале, подстилающем стенку жгутикового кармана. При участии этих 7 микротрубочек формируется "глоточный желоб", с которым связаны начальные этапы транспортировки пиноцитозных пузырьков, отходящих от дна цитостомальной ямки. Микротрубочковый "желоб", несомненно, является функциональным аналогом клеточной глотки, а точнее ее рудиментом, поскольку в его формировании принимает участие часть элементов, которые имеются в полном цитостом-цитофарингеальном комплексе кинетопластид. Организация редуцированных цитостомальных комплексов различается у'отдельных представителей гомоксенных трипаносоматид лишь по наборам микротрубочек в глоточной группе. Как уже отмечалось выше, все изученные на настоящий момент представители родов Blastocrithidia и Phytomonas, а также целый ряд Leptomonas, характеризуются отсутствием оформленного цитостома и ассоциированных с ним структур. У этих жгутиконосцев отсутствует и плотный войлокоподобный материал, подстилающий плазмалемму жгутикового кармана трипаносоматид, обладающих цитостомом.

У гетероксенных трипаносоматид цитостом-цитофаригеальные комплексы распространены не менее широко, чем у гомоксенных жгутиконосцев. Они не найдены лишь у трипаносом, относящихся к секции Salivaria, лейшманий и у жгутиконосцев из рода Endotrypanum, Как и у гомоксенных трипаносоматид, у трипаносом мы различаем полные и редуцированные цитостом-цитофарингеальные комплексы.

Полный цитостом-цитофарингеальный комплекс в настоящее время известен у трипаносом, паразитирующих в крови рыб, и у Shisotrypanum (Milder, Deane, 1969; Preston, 1969; Lom et al., 1980; Paterson, Woo, 1983). Нами его организация изучена у эпи- и трипомастигот Trypanosoma danilevskyi. Хорошо развитый, во-ронковидный цитостом этих жгутиконосцев имеет наружный диаметр 150-200 нм. Он открывается на поверхности тела, за пределами жгутикового кармана. Клеточная глотка Т. danilevsky армируется 6 микротрубочками. У стенки жгутикового кармана закладываются 4 микротрубочки, которые по пространственной организации их ленты и способу прикрепления к плазмалемме мы относим к группе МТР. Они идут вдоль стенки резервуара, под поверхностью клетки загибаются и, достигнув цитостома, поворачивают на 180°, далее сопровождая ци-тофаринкс. Возле стенки цитостома закладываются еще 2 микротрубочки. Полные цитостом-цитофарингеальные комплексы других трипаносом имеют похожую организацию. Различия в данном случае касаются лишь особенностей локализации цитостома и числа микротрубочек в глоточной группе.

Редуцированные цитостом-цитофарингеальные комплексы обнаружены у трипаносом, паразитирующих в крови амфибий, и у ряда трипаносом из млекопитающих (Steinert, Novikoff, 1960; Heywood et al., 1974 и др.). Нами организация цитостомального аппарата такого типа изучена на примере эпимастигот Т. rotatorium в лабораторной культуре. Отверстие цитостома у этих жгутиконосцев располагается вблизи внешней границы жгутикового кармана и либо смещено

1 2 3 4 5 6 7 8

Схема 8. Схема организации ротовых аппаратов кинетопластид (А - продольные и Б - поперечные срезы). Представленный ряд, демонстрирует последовательную утрату элементов цитостомального комплекса в эволюции кинетопластид. 1-2 -свободноживущие бодониды; 2-3 - криптобии; 4-5 - трипаносомы; 6-8 - трипаносомы и гомоксенные трипаносоматиды из насекомых.ЖК - жгутиковый карман, Ц - цитостом, ЦФ - цитофаринкс, МП - микротрубочковая призма, МТР, ЦМТ и ФАС - группы микротрубочек, ассоциированнные сротовым аппаратом, (по: Рго1оу, Кагроу, 1995, с изменениями).

на наружную поверхность тела, либо локализуется в стенке резервуара. В данном случае цитостом представляет собой перманентную инвагинацию плазмалеммы, наружный диаметр и глубина которой у разных особей могут варьировать от 100 до 200 нм. Плотный войлокоподобный материал подстилает плазма-лемму апикальной части жгутикового кармана и цитостома. С этим материалом связаны 4 микротрубочки МТР, закладывающиеся у стенки жгутикового кармана. Еще 1-2 микротрубочки закладываются таким же образом у основания цитостома. В результате формируется подобие воронки, горловина которой образована муфтой плотного войлокоподобного материала, заходящего за уровень дна цитостома, а ее расширенная часть представлена конусом из 5-6 микротрубочек. Вдоль микротрубочек осуществляется направленный транспорт пиноцитозных пузырьков в глубь клетки.

Сравнивая организацию ротовых комплексов у различных представителей кинетопластид (Схема 8), нетрудно заметить, что наиболее развиты и наиболее сложно организованы цитостом-цитофарингеальные комплексы свободножи-вущих бодонид. Оральный цитоскелет этих жгутиконосцев формируют 4-5 групп микротрубочек. В отдельных из них число микротрубочек может достигать 15-20 и более штук. Сходным образом организованы цитостом-цитофарингеальные комплексы криптобий, однако, они миниатюризованы, особенно у кровепаразитов. Диаметр цитостома уменьшается. Количество групп микротрубочек может сохраняться, но число микротрубочек в каждой из них обычно не превышает 5-6 штук. Наиболее значительные отклонения от "бодонидного" типа отмечены нами в цитостом-цитофарингеальных комплексах трипаносоматид, среди которых удается наблюдать последовательную картину упрощения, частичной, а затем и полной, редукции цитостомального аппарата (Фролов, 1993). Ротовые аппараты, более всего сходные с аналогичными структурами двужгутиковых кинетопластид, найдены только у трипаносом, паразитирующих в крови рыб (Фролов, 1993; Frolov, Karpov, 1995). Среди гомоксенных трипаносоматид из насекомых только у Leptomonas nabicuia нами обнаружен полный цитостом-цитофарингеальный комплекс. Наконец, именно среди трипаносоматид мы обнаруживаем множество видов, и даже целые рода жгутиконосцев, представители которых полностью утратили цитостом и ассоциированные с ним структуры. Таковы Blastocrithidia, Leishmania, Phytomonas, а также часть Leptomonas и Trypanosoma. Морфология ядерного аппарата бодонид ранее была изучена совершенно недостаточно. Причем, если какие-либо сведения на этот счет и имелись в литературе, то касались они исключительно организации интерфазных ядер этих жгутиконосцев. В своей работе мы постарались хотя бы отчасти заполнить этот пробел, впервые исследовав митоз у двух видов свободноживущих бодонид у Bodo curvlfllus и В. saltans.

Интерфазные ядра различных представителей свободноживущих бодонид имеют типичную и во многом сходную организацию. Их отличает наличие связанных с внутренней ядерной мембраной массивов конденсированного гетерохрома-тина. Уникальной особенностью исследованного штамма жгутиконосцев В. saltans является наличие в перинуклеарном пространстве прокариотных эндосимбион-тов.

В ранней профазе митоза в ядрах В. curvifilus исчезают массивы конденсированного гетерохроматина. Кариоплазма этих ядер более гомогенная, чем у интерфазных ядер. Ядрышковый материал разрыхляется, существенно увеличиваясь в объеме. На более поздних сроках в ядре формируется микротрубочковое веретено. Микротрубочковое веретено В. curvifilus, состоящее из 26-30 микротрубочек, имеет выраженную биполярную организацию. Центры организации микротрубочек не выявляются. В экваториальной плоскости делящегося ядра формируются 10 пар кинетохоров. В начале анафазы веретено начинает вытягиваться, большинство микротрубочек простираются между полюсами ядра,

которые занимают диаметрально противоположное положение. Кинетохоры движутся к полюсам формирующихся дочерних ядер и, достигнув их, исчезают. В обоих ядрах выявляются компактные ядрышки и пристеночные сгустки конденсированного гетерохроматина. После этого ядра окончательно обособляются.

Профаза митоза у В. saltans слабо выражена. Уже на ранних этапах в сферическом, лишенном конденсированного гетерохроматина, ядре жгутиконосцев формируется одно биполярно симметричное митотическое веретено. Оно содержит примерно 15-20 микротрубочек и ассоциировано с 4 парами кинетохоров, которые лежат в центре ядра. Однако в тот момент, когда это веретено уже формирует хорошо выраженные полюса, к которым направляются сестринские кинетохоры, в ядре появляется еще одно веретено, закладывющееся под углом к первому и ассоциированное с двумя парами кинетохоров. Его микротрубочки в числе 8-10 штук также занимают трансполярное положение, упираясь своими концами в ядерную мембрану и также формируя хорошо выраженные полюса. Ядро на этой стадии становится не би-, а квадриполярным! Сестринские кинетохоры в обоих веретенах расходятся к полюсам, причем еще до того как они их достигнут, ядро вновь становится биполярным. Соответствующие полюса обоих веретен совмещаются, формируя единую митотическую фигуру. На стадии поздней анафазы ядро имеет форму лимона, между полюсами которого простираются две ленты микротрубочек, одна из которых насчитывает около 20, а другая - около 10 микротрубочек. Ядрышковый материал распределяется вдоль веретен и мигрирует к обоим полюсам. К моменту расхождения дочерних ядер в них уже вполне восстановлена интерфазная организация и ядрышка, и гетерохроматина. Особый интерес представляет поведение симбионтов в процессе деления ядра. На начальных этапах, видимо предшествующих даже профазе митоза, происходит интенсивное размножение симбионтов. Части гипертрофированного пвринуклеарного пространства оказываются забиты десятками бактерий. Однако к моменту начала основных событий в митозе В. saltans, в перинуклеарном пространстве делящегося ядра жгутиконосцев вновь, как и в интерфазе, обнаруживаются только единичные бактерии. Судьба фрагментов ядерной оболочки, несущей десятки бактерий, также, как и судьба "лишних" симбионтов, пока неясны.

У представителя свободноживущих криптобиид - Dimastigella mimosa ядро в интерфазе также, как и у Bodo, имеет сферическую форму. Хорошо выраженное ядрышко располагается обычно в центре. Конденсированный гетерохроматин прилегает к внутренней ядерной мембране, не формируя, однако, сплошного слоя, так как множество каналов пронизывают его массивы.

В профазе митоза ядро Dimastigella mimosa сохраняет сферическую форму. В нем исчезают массивы пристеночного гетерохроматина и мелкие его включения, находившиеся в кариоплазме, из-за чего последняя приобретает более гомогенную структуру. Ядрышковый материал разрыхляется, существенно увеличиваясь в объеме. В дальнейшем деление ядра протекает у Dimastigella по совершенно необычному сценарию (Frolov, Skarlato, 1998). Процесс начинается с появления вблизи ядерной оболочки 6 пар кинетохоров. От их полюсов (перпендикулярно расположению слоев) отходят по 3 микротрубочки протяженностью 150-200 нм. Одна из групп обращена к ядерной оболочке (но никогда с ней не контактирует), а другая обращена к центру ядра. В отличие от других кинетопластид, у D. mimosa сдвоенные кинетохоро-подобные бляшки никогда не локализуются в экваториальной зоне. В дальнейшем, в делящемся ядре D. mimosa формируются 6 самостоятельных микротрубочковых веретен, лежащих под разными углами друг к другу. Каждое веретено содержит 3-8 микротрубочек, формирующих компактный пучок. При этом с каждым из сестринских кинетохоров контактируют по 3 микротрубочки, а в центре веретена их насчитывается 8. Митотические веретена D.mimosa остаются в кариоплазме во взвешенном и относительно свободном (по крайней ме-

ре, от контакта с ядерной оболочкой) состоянии. На следующем этапе ядро несколько вытягивается в длину и начинает перешнуровываться посередине. Веретена по прежнему несут на своих концах кинетохоры, так, что из центрального канала в каждое из дочерних ядер свешивается "букет" из 6 половин веретен, каждую из которых венчает кинетохор. На этой стадии митоза, как и на предыдущих, ядерная оболочка D. mimosa сохраняет свою целостность, а микротрубочки веретен не контактируют с внутренней ядерной мембраной. Вскоре ядра обособляются.

Для клеток гомоксенных трипаносоматид характерно наличие в клетке одного пузырьковидного ядра. Ядра мелкие, величина их наибольшей оси редко превышает 2-2.5 мкм. Ультраструктура интерфазных ядер гомоксенных трипаносоматид весьма типична. Наиболее характерной их чертой является конденсированный гетерохроматин, основная масса которого располагается по периферии ядра, прилегая к внутренней поверхности ядерной оболочки.

Совершенно особой организацией отличаются ядра цистоподобных амастигот, выполняющих функции расселительных стадий в жизненных циклах гомоксенных трипаносоматид из родов Leptomonas и Blastocríthidia. Эти ядра имеют мелкие размеры (< 2 мкм) и, часто, неправильную форму. Оболочка ядра построена из двух мембран, однако, перинуклеарное пространство не выражено, а поры отсутствуют, при этом обе мембраны как бы слипаются. Другая характерная черта в организации ядер цистоподобных амастигот - это гиперконденсация хроматина. У всех изученных Blastocríthidia, у Leptomonas oncopeiti и L. rigidus ядерный хроматин формирует так называемую "лабиринтовидную структуру". Основными элементами этой структуры являются тонкие (3-5 нм) фибриллы, которые организуются в трубчатые фибриллы диаметром 20-25 нм. Последние формируют единую извитую ленту, тесно прилегающую к ядерной оболочке и занимающую большую часть внутриядерного пространства. В ядрах зрелых "цист" этих видов тонкая структура конденсированного хроматина не дифференцируется. Хотя ядра предшественников цистоподобных амастигот, уже обладающие лабиринто-видными структурами, претерпевают серию делений, мы не обнаружили у них ни характерной для митоза трипаносоматид деконденсации хроматина, ни оформленного микротрубочкового веретена, так, что вопрос о способе деления таких ядер пока остается открытым.

Вступление ядер гомоксенных трипаносоматид в фазу митотического деления сопровождается тремя основными морфологическими событиями: деконденсаци-ей хроматина, дубликацией ядрышка и формированием микротрубочкового веретена. Полная деконденсация гетерохроматина предваряет два других процесса и по времени, вероятно, соответствует ранней профазе. Микротрубочки веретена не выходят за пределы интактной ядерной оболочки. Кинетосомы жгутиков не принимают участие в формировании этой структуры, ЦОМТы других типов также не выявляются ни внутри ядра, ни в непосредственной близости от него. Лишь к анафазе формируется моноаксонно симметричное веретено. Максимальное число профилей микротрубочек, которые удается выявить на поперечных срезах делящихся ядер, не превышает 20 -25 штук. В тесной связи с микротрубочками веретена находятся кинетохоры. Нами исследована структура и количественный состав кинетохоров у жгутиконосцев из рода Proteomonas, штамма С-4 и, фрагментарно, у Blastocríthidia gerridis. На тонких срезах эти структуры имеют слоистое строение, причем все слои располагаются перпендикулярно к микротрубочкам веретена. Микротрубочки веретена контактируют с латеральной поверхностью кинетохоров. В метафазе около каждой пары кинетохоров обнаруживаются 3-4 микротрубочки. Как удалось показать на сериях срезов делящихся ядер, у обоих видов Proteomonas и у жгутиконосцев штамма С-4 число кинетохоров равняется четырем. Таким образом, вероятно, 7-10 микротрубочек веретена не связаны с кинетохорами. У Blastocríthidia gerridis число профилей микротрубо -

чек в экваториальной плоскости равняется 28-30, а у Crithidia sp. из водомерок Gerris lacustris их всего 13-16. Как свободные, так и взаимодействующие с кинето-хорами микротрубочки, по крайней мере часть из них, доходят до полюсов делящегося ядра, где они упираются в его внутреннюю мембрану. На конечных этапах деления веретено сильно удлиняется, ядро принимает гантелевидную форму, вслед за этим происходит обособление дочерних ядер.

Мы исследовали также митоз у Phytomonas sp. - паразита растений семейства Euphorbiacea. Форма митоза, которую мы обнаружили у этих жгутиконосцев, более всего напоминала митоз Blastocrithidia gerridis. В интерфазе ядро Phytomonas sp. имеет сферическую форму, одно крупное ядрышко располагается в центре. Пристеночный гетерохроматин покрывает внутреннюю поверхность ядерной оболочки. В профазе митоза происходит практически полная деконденсация ядерного гетерохроматина. И ядро, и ядрышко делящихся фитомонад начинают принимать эллипсоидальную форму, при этом ядрышковый материал слегка разрыхляется, существенно увеличиваясь в объеме. Позднее внутри ядрышкового материала выявляется митотическое веретено, насчитывающее около 30 микротрубочек и кинетохоры. Нужно отметить, что и кинетохоры, и микротрубочки в значительной степени маскируются плотным ядрышковым материалом. Метафаза выражена довольно отчетливо. На этой стадии в центральной части ядра Phytomonas sp. выстраиваются четыре сдвоенных кинетохора. Микротрубочковое веретено имеет биполярно симметричную организацию. В анафазе кинетохоры из каждой пары расходятся к противоположным полюсам. На завершающих этапах деления ядро все больше вытягивается вдоль оси митотического веретена. Кинетохоры расходятся к полюсам ядра, в центральной части которого начинает формироваться перетяжка. Ядро постепенно принимает гантелевидную форму, и вскоре дочерние ядра обособляются.

Интерфазные ядра трипаносом и лейшманий морфологически не отличаются от ядер гомоксенных трипаносоматид. Подобно последним, их характерной чертой являются пристеночные массивы конденсированного гетерохроматина.

Основные особенности делящихся ядер "высших" трипаносоматид мы рассмотрим на примере оригинальных данных, полученных нами при исследовании ультраструктуры культуральных форм Leishmania tarentolae и Endotrypanum sp. Четкая профаза в ядрах этих видов нами не обнаружена. Всегда в ядрах, лишенных гетерохроматина, мы обнаруживали микротрубочки веретена, ассоциированные с кинетохорами. В метафазе ядра обоих видов жгутиконосцев имели широкоовальную форму и были окружены типичной оболочкой. Все ядра имели хорошо выраженные полюса, между которыми простирались микротрубочки митотического веретена. Число профилей микротрубочек варьировало на срезах ядер у £ monterogei от 13 до 30, а у L tarentolae - от 24 до 30. Ранее столь немногочисленные группы микротрубочек отмечались только в митотиче-ских ядрах гомоксенных трипаносоматид. Напротив, у Trypanosoma cruzi веретено формировали 120 микротрубочек, а у Leishmania из млекопитающих - 60 микротрубочек (Solan, 1980а; Urena, 1986). В отличие от всех других видов трипаносоматид, в митотических ядрах промастигот L tarentolae деконденсация гетерохроматина, по-видимому, не происходит. Однако, имеет место его пространственное перераспределение. Если в интерфазных ядрах этого вида конденсированный гетерохроматин практически полностью покрывает поверхность внутренней мембраны, то в ядрах, находящихся на экваториальной стадии, он формирует массивные тяжи, направленные к центру ядра, а значительные по протяженности участки внутренней поверхности ядерной оболочки, приуроченные главным образом к полюсам ядра, оказываются свободными от гетерохроматина. На экваториальной стадии митоза L tarentolae в центре ядра выявляются 6 сдвоенных кинетохоров. Они формируют 2 сета, по 3 кинетохора в каждом, располагающихся по периферии развитого веретена. Подобным образом на экваториаль-

ной стадии митоза ведут себя и 6 кинетохоров в ядрах лейшманий млекопитающих (Urena, 1986). На серийных срезах четко просматривается связь тяжей гетерохроматина со всеми шестью кинетохорами и отсутствие гетерохроматина в районе полюсов делящегося ядра.

У промастигот Endotrypanum monterogei к каждому из полюсов ядра отходят по шесть кинетохоров. По мере продвижения к полюсам ядра, кинетохоры постепенно утрачивают слоистую структуру, приобретая вид электронно-плотных сферических масс. В ядрах Endotrypanum и Leishmania tarentolae на стадии удлинения уже хорошо выражены массивы пристеночного гетерохроматина.

Выявленные в процессе наших исследований и при анализе литературных данных специфические черты строения интерфазных и митотических ядер у различных представителей кинетопластид позволяют говорить об уникальной организации их ядерного аппарата и существовании особой "кинетопластидной" формы митоза. В качестве основных признаков отличающих митоз кинетопластид можно перечислить следующие:

а. ядерная оболочка остается интактной в процессе деления ядра;

б. на ранних этапах митоза происходит практически полная деконденсация гетерохроматина;

в. ЦОМТы митотического веретена, имеющего биполярную организацию, морфологическими методами не выявляются;

г. конденсация хромосом в процессе митоза не происходит;

д. к полюсам делящегося ядра расходятся кинетохоры, ассоциированные с микротрубочками веретена.

Число кинетохоров прогрессивно убывает от 10-6 до 4-3 в ряду Bocfo сurvifilus, Cryptobia borreli, Trypanosoma cruzl - Dimastigella, Leishmania и Endotrypanum - остальные трипаносоматиды (включая всех гомоксенных паразитов насекомых и Phytomonas).

Сходство организации ядерного аппарата различных представителей кинетопластид еще раз подчеркивает прямые филогенетические связи, существующие между свободноживущими бодонидами, криптобиями и трипаносоматидами. При анализе признаков, характеризующих митоз кинетопластид (количество микротрубочек веретена и число кинетохоров), выявляется все тот же эволюционный ряд, который мы уже неоднократно рассматривали выше. Полярные позиции в нем занимают свободноживущие кинетопластиды и гомоксенные трипаносоматиды из насекомых, а в центре ряда располагаются криптобии и гетероксенные трипаносоматиды.

Уникальным признаком в организации кинетопластид является наличие в их клетке единственной гигантской митохондрии со специализированным ДНК содержащим участком - кинэтопластом (Каллиникова, 1977; Vickerman, 1977). С точки зрения характеристики всей группы кинетопластид в целом, разностороннее исследование кинетоппастов, в том числе и изучение их морфологии, представляет безусловный интерес (Vickerman, 1991; 1994). Однако для целей, которые мы преследовали при написании данного раздела, результаты изучения морфологии этого клеточного компартмента у различных представителей кинетопластид оказались относительно мало информативны.

Митохондрии двужгутиковых кинетопластид имеют простую форму удлиненного эллипсоида, с несколько вздутым передним концом, в котором располагается кинетопласт. В отличие от этих жгутиконосцев, у трипаносоматид, как правило, митохондрион представлен сетью кольцевых и продольных рукавов, которые могут ветвиться и анастомозировать друг с другом. Как и у большинства других эукариот, внутренняя мембрана митохондрий кинетопластид формирует особые складки - кристы. Как правило, морфология митохондриальных крист очень консервативна и, в ряде случаев, характеризует рамки таксонов высокого ранга (Серавин, 1980; Старобогатов, 1986; Карпов, 1990; Taylor, 1978). Большинство

кинетопластид, казалось бы, подтверждают это правило, демонстрируя наличие пластинчатых, тарелковидных крист в своих митохондриях. Однако, как оказалось, некоторые кинетопластиды и нарушают его, причем примеры отклонения от общего правила есть во всех их группах. Мы обнаружили хорошо развитые трубчатые (ворсинчатые) кристы в митхондриях инцистированных Bodo designis и у культуральных форм Cryptobia borreli, Trypanosoma danilewskyi и Proteomonas brevicula. Как известно, у африканских трипаносом морфологические перестройки митохондриального аппарата (в том числе и смена формы крист) сопровождают изменение метаболизма клетки. При этом стадии развития в крови позвоночных-животных имеют трубчатые кристы, а в переносчиках - тарелковидные.

Ключевым признаком в морфологии кинетопластид является наличие у них ки-нетопласта. Эта органелла представляет собой расширенный участок митохонд-риона, располагающийся у основания кинетосом жгутиков, в котором сосредоточена вся, или почти вся, митохондриальная ДНК. Митохондриальную ДНК, сосредоточенную в кинетопласте, называют кинетопластной или кДНК.

В строении кинетопласта выделяют организацию капсулы кинетопласта, то есть специализированного участка мигохондриона, и организацию собственно нуклеоида (Каллиникова, 1977; Vickerman, 1977). Капсула кинетопласта представляет собой мешковидное вздутие митохондриона. У бодонид и криптобий она ориентирована параллельно продольной оси клетки и представляет собой дис-тальную часть их простого колбасовидного митохондриона. У трипаносоматид капсула кинетопласта чаще располагается поперек клетки и в ретикулярных ми-тохондрионах обычно представляет собой мешковидный анастомоз, соединяющий латеральные рукава митохондрии. Капсула имеет типичное митохондриаль-ное строение, а ее внутренняя мембрана формирует кристы. Нуклеоид представляет собой особым образом организованную совокупность молекул кДНК. (Каллиникова, 1977; Vickerman, 1977). Выполненные нами сравнительные исследования морфологии кинетопласт-митохондриальных комплексов во всех трех гуппах кинетопластид оказались малоинформативными для нашей работы. Они лишь подтвердили общеизвестную тенденцию усложнения оргаганизации митохондриона кинетопластид в ряду Bodonidae - Cryptobiidae-Trypanosomatidae (Vickerman, Preston, 1976; Frolov, Karpov, 1995)

Отдельные элементы эндомембранной системы кинетопластид бедны морфологическими признаками и на фоне известной общей консервативности в организации этих структур, их исследование для эволюционно морфологических построений кажется мало перспективным. Наши исследования подтвердили это.

Цистерны и каналы цитоплазматического ретикулума обоих типов - гладкого (ЭР) и шероховатого (ШЭР) - пронизывают всю цитоплазму клеток кинетопластид. У Dimastigella mimosa каналы ШЭР часто локализуются под плазмалеммой, подстилая последнюю на значительном ее протяжении, так, что отдельные участки покровов димастигелл могут быть отнесены к группе пелликул (Карпов, 1990). Сеть гладкого плазматического ретикулума в клетках кинетопластид, как правило, хорошо развита. Его каналы встречаются во всех районах клетки, однако, в двух местах, вблизи комплекса Гольджи и в субмембранной зоне, они особенно многочисленны. В зоне цитоплазмы, лишенной рибосом, между ядром и кинетопластом, располагаются 3-5, реже до 10 цистерн аппарата Гольджи, полюса которых окружены многочисленными пузырьками. Типичным для бодонид и криптобий следует считать наличие в клетке единственной диктиосомы комплекса Гольджи. Однако у инцистирующихся Bodo caudatvs в клетке обнаруживаются множественные диктиосомы (Brooker, Ogden, 1972). Сходную полимеризацию дик-тиосом удается наблюдать у другого представителя двужгутиковых кинетопластид - Cryptobia salmositica. У трипаносоматид обычно имеется одна диктиосома, представленная стопкой из 5-10 уплощенных цистерн. Однако у Trypanosoma theilerl и Т. fallisi в клетке могут быть две и более диктиосом.

Пульсирующая или сократительная вакуоль является еще одним элементом эндомембранной системы клетки кинетопластид. Сократительные вакуоли найдены и у свободноживущих, и у паразитических кинетопластид. Морфология пульсирующих вакуолей и их деятельность изучены пока очень слабо. Интересной особенностью сократительных вакуолей кинетопластид является то, что их содержимое выводится в полость жгутикового кармана. Система пульсирующей вакуоли включает в себя собственно резервуар вакуоли и всю совокупность ветвящихся приводящих каналов. Сократительные вакуоли являются обязательным атрибутом клеток свободноживущих, пресноводных и населяющих почву видов бодонид. Причем число и расположение этих структур в клетке часто видоспецифичны. В отличие от пресноводных форм, бодониды, обитающие в морской воде, не имеют сократительных вакуолей. Однако при переводе этих жгутиконосцев в пресную воду, в их клетках появляются функционирующие сократительные вакуоли. У криптобиид хорошо развитая сократительная вакуоль с системой приводящих каналов располагается непосредственно у дна жгутикового кармана. Такая же локализация характерна и для сократительных вакуолей трипаносоматид. Среди последних существует множество видов, имеющих сократительную вакуоль, и виды, совершенно лишенные этой структуры. Причем и те, и другие отмечены во всех родах трипаносоматид.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В предыдущих разделах мы показали, что целый ряд данных, лежащих в основе классической гипотезы происхождения трипаносоматид, либо в значительной степени устарели, либо не нашли подтверждения в современных исследованиях (Фролов, 1993). В начале 90-х годов обозначились два направления, по которым начался поиск "нового решения старой проблемы". Разработка метода молекулярного сиквенса генов (особенно генов рибосомальной РНК малой субъединицы (SSU rRNA) дала реальный инструмент для определения генетических дистанций между организмами (Sogin, et al.,1986). С конца 80-х годов в круг объектов этих исследований последовательно включаются сначала трипаносоматиды (Lake et al., 1988), а затем и двужгутиковые кинетопластиды (Fernandes et al., 1993).

Другое направление представляет собой классический сравнительно-морфологический подход, позволяющий исследовать эволюционные преобразо-" вания плана строения организмов (Старобогатов, 1986). В нашем случае применение этого метода было основано, в значительной степени, на изучении ультратонкой организации кинетопластид (Vickerman, Preston, 1976; Brugerolle et al., 1979; Фролов, 1993; Frolov, Karpov, 1995). Теперь, опираясь на имеющиеся в нашем распоряжении факты, мы попытаемся ответить на главный вопрос - о происхождении трипаносоматид и определить наиболее вероятные пути их эволюции.

Перечислим все основные факты, на основании которых мы можем попытаться решить поставленный вопрос: а) исходной группой в эволюции кинетопластид были двужгутиковые, свободноживущие, гетеротрофные жгутиконосцы; б) сравнительно-морфологический анализ показывает, что наиболее близкими группами среди двужгутиковых и одножгутиковых кинетопластид являются криптобии и три-паносомы; в) наибольшее сходство наблюдается в организации криптобий и три-паносом, паразитирующих в крови рыб; г) среди кинетопластид переход к крове-паразитизму прослеживается у криптобий; д) криптобии и трипаносомы, паразитирующие в крови рыб используют в качестве переносчиков пиявок; е) все кровепа-разитические трипаносоматиды - гетероксенные паразиты; ж) строение трипаносоматид, особенно уникальная форма организации их кинетопласта и двигательного аппарата, говорят о монофилетическом происхождении этой группы кинето -

пластид. Перечисленные выше факты достаточно очевидно, с нашей точки зрения, указывают на то, что предками трипаносоматид являются двужгутиковые ки-нетопластиды - криптобии.

На основании сделанных выше выводов, мы предлагаем новую гипотезу происхождения трипаносоматид (Схема 8), согласно которой возникновение одножгу-тиковых кинетопластид - трипаносом произошло в уже сложившихся паразитарных системах, включавших криптобий, пресноводных рыб и пиявок. Утрата рекуррентного жгутика и ассоциированных с ним структур, формирование практически замкнутого ряда субмембранных микротрубочек, появление особого типа кинетопла-ста - вот перечень основных морфологических особенностей, отличающих трипаносоматид от их ближайших родственников криптобий. Из трех звеньев (рыбы-пиявки-трипаносомы) интересующих нас паразитарных систем только палеонтологическая летопись позвоночных животных документирована достаточно подробно, поэтому судить о хронологии эволюционных процессов, связанных с их формированием, можно лишь в самых общих чертах и со множеством оговорок. Если связывать основные события, происходившие в эволюции паразитических кинетопластид, с обитателями пресных водоемов (на что косвенно указывает и тот факт, что подавляющее большинство свободноживущих кинетопластид обитают именно в этих условиях, а немногочисленные морские виды легко адаптируются к пресной воде), можно предполагать, что в постоянных пресных водоемах каменноугольного периода уже могли существовать предки современных криптобий, дальнейшая эволюция которых была связана со становлением экто-, эндо-. а затем и кровепа-разитизма. Важным этапом в этом процессе, как мы ужа отмечали, стало включение в паразитарные системы переносчиков - пиявок, и переход от двухзвенных систем к трехзвенным. Палеонтология не может датировать время появления данной группы кольчатых червей. Можно лишь предполагать, что их обособление происходило уже в мезозое, когда, вероятно, и стало возможным появление гете-роксенных паразитических кинетопластид, сначала криптобий, а затем и трипаносоматид. Если принять наши предыдущие рассуждения и выводы то очевидно, что вся дальнейшая эволюция трипаносоматид так или иначе должна была быть связана с освоением ими наземного комплекса хозяев (Схема 8). Однако, прежде чем обратиться к вопросу о возможных путях эволюции трипаносоматид, нам необходимо сравнить результаты нашей работы с результатами уже упоминавшихся выше исследований молекулярных биологов. Первый результат, поставивший под сомнение правильность положений классической гипотезы происхождения трипаносоматид, был получен Фернандесом с коллегами (Fernandes et al., 1993). На их схеме использованный в качестве внешней группы Bodo caudatus оказывается связан непосредственно с трипаносомами, а все "низшие" трипаносоматиды из насекомых и лейшмании оккупируют "крону" реконструированного древа. Позднее молекулярными биологами был предложен свой вариант гипотезы происхождения трипаносоматид (Maslov, Simpson, 1995). Согласно Маслову и Симпсону, трипаносоматиды - первично гетероксенные паразитические организмы, причем основные группы современных гетероксенных трипаносоматид с высокой вероятностью имеют полифилетаческое происхождение. Что же касается гомоксенных трипаносоматид насекомых, то они надежно обосновались в кроне филогенетического древа. Таким образом, два практически независимых метода дали удивительно сходные результаты. Надо отметить, что это интересно и важно не только с позиций рассматриваемого здесь вопроса, но и с общебиологической точки зрения. Дело в том, что на рубеже 90-х годов результаты целого ряда исследований молекулярных биологов, выполненные на различных группах протистов, вошли в неразрешимое, казалось, противоречие с классическими представлениями об эволюции этих организмов (Cavllier-Smith, 1993; 1994: Seravin, 1994). Не избежали этого и кинвтопластиды. Однако согласие, достигнутое сегодня между сторонниками обоих методов по вопросу о происхождении трипаносоматид, пока

зывает, что причины противоречий, которые возникают подчас при использовании этих двух подходов, следует, прежде всего, искать в степени и полноте изученности конкретных групп протистов, а не в спорных преимуществах того или другого метода. Для получения компьютерной интерпретации филогенетического древа кинетопластид мы использовали ряд программ из пакета РИуНр 3.5, основанных на оценке дискретных (0-1) данных состояния признаков (Ре1зеп51е1п, 1993). Сразу отметим, что в отличие от ряда методов обработки результатов молекулярно-биологических исследований, данный метод не претендует на определение филогенетических дистанций между организмами. Длина отдельных ветвей в данном случае преследует единственную цель: сделать дерево наиболее "читаемым". Хорошо известен тот факт, что результаты такого рода обработки результатов в значительной степени зависит от качества и количества вводимых признаков. Мы использовали 47 признаков, отобранных по следующим критериям: признак до-

Схема 9. Схема филогенетических отношений кинетопластид, построенная по результатам сравнительно-морфологического анализа (по: Фролов, 1992; 1993 с изменениями).

лжен быть исследован у большинства анализируемых видов, состояние признака может быть оценено путем введения дискретных данных. В результате мы использовали 33 признака, характеризующих ультратонкую организацию кинетопластид, 6 морфологических признаков, доступных на светооптическом уровне, и 8 "разных" признаков. В первой группе представлены все основные признаки, рассмотренные в главе 4 нашей работы. Среди морфологических признаков, доступных на светооптическом уровне, мы рассматривали такие, как количество жгутиков, наличие ундулирующей мембраны, расположение кинетоппаста относительно ядра, способность к формированию стадий лишенных жгутика. Группа "разных" признаков объединила те из них, которые характеризуют образ жизни и среду обитания организма. Укорененное по Boclo caudatus, это "древо" выглядит следующим образом (Схема 9): в его основании расположились свободноживущие Bodo. Следующий уровень демонстрирует дивергенцию двух основных "ветвей" паразитических кинетопластид: трипаноплазменной (кровепаразитические криптобии) и трипаносомной (трипаносомы). Именно этот уровень, соответствующий дивергенции двужгутиковых и одножгутиковых кинетопластид, указывает на потенциальную монофилию кровепаразитизма в эволюции кинетопластид. Четыре вида трипаносом, использованных в данном тесте, формируют хорошо выраженный клад.

В кроне филогенетического древа трипаносоматид (Схемы 8 и 9) мы обнаруживаем те самые группы жгутиконосцев, которые еще недавно (Baker, 1974) располагались в его основании. Среди гетероксенных трипаносоматид - это паразитирующие в форменных элементах крови позвоночных Leishmania и Endotrypanum, использующие в качестве переносчиков москитов, и паразиты растений - Phytomonas с переносчиками растительноядными клопами. Лейшмании и эндотрипанум формируют обособленный от остальных трипаносоматид клад, вероятнее всего, характеризующийся монофилетическим происхождением. Целостность этой группы хорошо прослеживаются и на схемах, отражающих результаты молекулярно-биологических тестов. Все остальные позиции в кроне филогенетического древа трипаносоматид заняты некогда "низшими" трипаносома-тидами, гомоксенными паразитами насекомых. На исследуемом древе эти жгутиконосцы формируют как минимум 3 самостоятельных клада. Заслуживает внимания тот факт, что в них оказываются объединены представители разных родов гомоксенных трипаносоматид. Так, род Leptomonas на нашей схеме представлен в двух кладах в одном случае с критидиями, а в другом вместе с бластокритидия-ми. С похожими проблемами сталкиваются и молекулярные биологи в отношении представителей рода Crithidia, Вообще говоря, все эти факты указывают на то, что, по крайней мере, часть базовых таксонов трипаносоматид, таких, как роды Trypanosoma, Leptomonas, Crithidia, Biastocrithidia являются, по всей вероятности, сборными.

Анализ материала показывает, что схемы филогенетических отношений трипаносоматид, предложенные как на основании сравнительно-морфологических, так и молекулярно-биологических исследований филогении трипаносоматид, выявляют следующие основные уровни эволюции трипаносоматид: 1-формирование фауны трипаносом позвоночных животных; 2-формирование фауны других гетероксенных трипаносоматид (не трипаносом), паразитов позвоночных животных; 3-формирование фауны гетероксенных трипаносоматид, паразитов растений, 4-формирование фауны гомоксенных трипаносоматид насекомых.

В заключении нашей работы мы попытаемся ответить на вопрос о том, каким образом трипаносомы, согласно нашей гипотезе являющиеся исходно кровепара-зитами рыб, смогли завоевать новые группы хозяев, освоив, в конечном итоге, представителей всех классов позвоночных животных, пиявок, насекомых, простейших и даже растения. Прежде всего, определим общую стратегию наших рассуждений. Выше мы уже отмечали, что вероятнее всего основные события в эво-

люции трипаносоматид происходили в середине - конце мезозоя, когда все основные группы хозяев трипаносоматид (основных и переносчиков) были уже представлены и в водной, и в наземной фаунах. Следовательно, уже на начальных этапах эволюции гетероксенных паразитов захват новых групп хозяев мог осуществляться ими в двух направлениях: 1- смена основного хозяина при сохранении переносчика и 2- смена вектора при сохранении основного хозяина. Первое направление могло быть связано с освоением трипаносомами в качестве хозяев различных представителей рыб, амфибий, водных и земноводных рептилий. В данном случае процесс был сопряжен с расширением трофических связей переносчиков пиявок, современные их представители, во всяком случае, демонстрируют множество примеров такого рода (смотри Главу 3). Второе направление становится реальным с момента освоения трипаносомами животных, периодически покидающих водную среду, ставших мишенью для наземных кровососов. В настоящее время мы имеем достаточно примеров переноса одного вида паразитов двумя различными переносчиками, как правило, пиявками и двукрылыми насекомыми (Фролов, 1993). По нашим представлениям, этот момент (включение насекомых в качестве переносчиков в цикл развития трипаносом) стал одним из определяющих моментов в эволюции ТгурапозотаМае. Трипаносомы, с одной стороны получили возможность осваивать вместе с кровососущими насекомыми различных наземных позвоночных животных, вплоть до млекопитающих и птиц, а с другой, оказались перед возможностью захвата новой и очень выгодной ниши, которой является организм насекомых. Эти направления и определили, вероятно, дальнейшую эволюцию группы. Включение в цикл развития трипаносом - парази-

Схема 10. Максимально согласованная модель филогенетического древа кинетоплас-тид, построенная с использованием алгоритма Polymorphism parsimony v. 3.5. □- кровепаразиты позвоночных животных, О - гомоксенные паразиты насекомых, D- паразиты растений. Древо укоренено по признакам свободноживущего жгутиконосца Bodo caudatus.

сЕ

СЕ £

Leptomonas jaculum BlaslocriUudia gerriciis Blastooithidia miridarum Leptomonas oncopelti Proteomonas inoonstans Herpetornonas muscarum Crithidia oncopelti

Crithidia fasciculata Leptomonas nation laa Crithidia sp. CA

Riytomoiias nordicus Fhytomonas sp. (из Eufoiaia) Leishmania mexlcsna Leishmania tsrentolaa

Endcirypinum monterogsi

Trypanosoma trucsi Trypanosoma ddniljw$kyl Trypanosoma rotatorium Trypanosoma cruzi Cryptobla borrsli Bodo caudatus

тов пойкилотермных позвоночных животных, переносчиков - москитов совершенно отчетливо связано с формированием "промастиготной" ветви эволюции, объединившей часть трипаносом, Endotrypanum и Leishmania. Независимо от того, кто является их основным хозяином, все эти жгутиконосцы в кишечнике москитов развиваются в форме промастигот, что за рамками данной группы переносчиков отмечено только у паразитов амфибий, с которыми, вероятно, и следует связывать их происхождение. С переносчиками насекомыми связано освоение трипаносо-мами гомотермных позвоночных животных - млекопитающих и птиц Как и в других случаях, своих паразитов эти животные могли получить "по наследству" от пред-ковых групп пойкилотермных животных, однако, вполне вероятно и то, что паразиты проникли в кровь теплокровных "инокулятивным путем" в ходе появления переносчиков, сочетающих питание на обеих группах хозяев. Становление и развитие комплексов норных и тездовых паразитов позвоночных животных (Балашов, 1982), безусловно, способствовало расширению круга потенциальных переносчиков трипаносоматид. Так, у трипаносом птиц в качестве переносчиков появляются, наряду с двукрылыми насекомыми, клопы и клещи, а у трипаносом млекопитающих - клопы и блохи. По-видимому, немаловажен вывод о том, что освоение представителей различных классов позвоночных животных (кроме рыб) трипано-соматидами могло происходить в несколько этапов и различными путями. На это указывают, например, различия в круге используемых трипаносомами переносчиков (например, Гоаровские "подроды1' трипаносом млекопитающих (Ноаге, 1972) явно тяготеют к разным отрядам насекомых, формируя устойчивые пары: Herpetosoma-Siphonaptera, Shisotrypanum-Hemiptera, Trypanozoon-Diptera), и различный уровень патогенности по отношению к основному хозяину.

Наряду с освоением позвоночных животных, трипаносоматиды осваивали и своих переносчиков. Механический перенос не получил широкого распространения в этих паразитарных системах, и даже на примере развития трипаносом в пиявках мы видим высокий уровень адаптаций паразитов к беспозвоночным животным. В насекомых трипаносоматиды осваивают, главным образом, пищеварительную систему с сопутствующими железами и гемолимфу. Часть жизненного цикла гетероксенных трипаносоматид, реализующаяся в насекомых, дифференцируется на ряд стадий, закономерно сменяющих друг друга и адаптированных к определенным условиям различных отделов пищеварительного тракта переносчиков. Учитывая, что многие, если не большинство, насекомых-переносчиков трипаносоматид пространственно связаны с позвоночными прокормителями очень непродолжительное время (Балашов, 1982; Molyneux, Ashford, 1983), можно представить, что трипаносоматиды, кроме всего прочего, "учились" длительное время обходиться без основного хозяина. При этом они нормально развивались в пищеварительной системе вектора и постоянно выводились во внешнюю среду с экскрементами. Вероятно, важную роль в этих процессах сыграло сочетание разных способов питания переносчиков. Так, в цикле развития блох гематофагия сочетается с облигатной копрофагией на личиночной стадии (Балашов, 1982). Но это создает все условия для реинвазии насекомого без участия позвоночного животного! Более того, если трипаносоматиды попадают в кишку блохи таким путем, то они развиваются без присутствия свежей крови основного хозяина. Иными словами, создаются благоприятные условия для утраты основного хозяина. Возможен и другой механизм, приводящий к сходному результату. У клопов, например, мы видим сочетание таких способов питания, как гематофагия и хищничество или каннибализм. В случае, когда насекомые долгое время не находят прокормителя, они нападают на себе подобных. Известно, что в популяциях триатомовых клопов Т. cruzi может годами циркулировать таким образом, без участия основного хозяина!

Наконец, еще один путь становления моногенетического цикла развития у трипаносоматид может быть связан с включением в круг постоянных жертв хищных

насекомых (например, клопов), переносчиков гетероксенных трипаносоматид. Косвенно на эту возможность указывает тот факт, что среди хозяев гомоксенных трипаносоматид хищные насекомые представлены очень широко (Подлипаев, 1990).

В наших гипотезах, объясняющих возможные пути становления моногенетических циклов у трипаносоматид, самым слабым звеном является передача паразитов между насекомыми - хозяевами. Действительно, гетероксенные трипаносома-тиды не способны существовать во внешней среде даже непродолжительное время или, во всяком случае, такие примеры пока неизвестны. Отметим, однако, что и большинство известных гомоксенных трипаносоматид решают эту проблему на очень примитивном уровне. В наиболее простом случае (многие Crithldla, Leptomonas, Herpetomonas) во внешнюю среду выводятся кишечные стадии паразитов, которые некоторое время выживают в подсыхающей капле фекалий. В зависимости от условий среды, время их выживания может исчисляться минутами или часами. Необходимая эффективность передачи паразитов, в данном случае, достигается за счет огромной численности особей паразитов, выводящихся при каждой дефекации, и либо благодаря высокой плотности популяции хозяев, либо отсутствию выраженной специфичности паразитов. Многие гомоксенные трипаносоматиды используют в качестве среды для передачи инвазии воду или различные органические среды, что существенно увеличивает продолжительность выживания их расселительных стадий (Малышева, Фролов; 1993). Именно с такими группами гомоксенных трипаносоматид мы связываем формирование паразитарных систем, включающих в качестве хозяев простейших и растения. Нами показано, что большинство трипаносоматид, паразитирующих в водных беспозвоночных, способны выживать в воде длительное время, до суток и более (Малышева, Фролов; 1993). Естественно, как и любые обитатели водоемов, эти мелкие жгутиконосцы включаются в существующие пищевые цепи, становясь добычей различных беспозвоночных. Однако, будучи паразитическими организмами, эти трипаносоматиды способны воспринимать хищников как потенциальных хозяев. При достаточно частом контакте этих трипаносоматид с той или иной группой водных беспозвоночных животных и иных благоприятных условиях, вполне вероятно, возникновение новых паразитарных систем. Именно так мы можем объяснить появление трипаносоматид, паразитов инфузорий, или описание трипаносоматид из моллюсков, нематод, ручейников и т.д. (Wallace, 1966). Необходимо учитывать, что такие взаимоотношения могут находиться еще только в стадии становления, а сами паразитарные системы носить характер нестабильных или временных. Такая интерпретация удобна, в частности, для объяснения спонтанности обнаружения гомоксенных трипаносоматид в различных группах водных беспозвоночных животных. В соке растений, в частности в их плодах, гомоксенные жгутиконосцы выживают длительное время, сохраняя способность к размножению (McGhee, Cosgrov, 1980). Именно с адаптацией к длительному существованию в соках растений мы связываем появление в эволюции трипаносоматид гетероксенных (вторично гетероксенных!) паразитов растений и растительноядных клопов, жгутиконосцев, ныне объединяемых в род Phytomonas. Но контаминированные рассели-тельными стадиями гомоксенных трипаносоматид богатые органикой растворы и соки растений служат пищей для многих насекомых, в т;ом числе и не имеющих собственную фауну трипаносоматид. Весьма вероятно, что этим путем идет в настоящее время освоение трипаносоматидами новых для них групп хозяев, таких как Lepidoptera, Hymenoptera или Ortóptera, в представителях которых эти жгутиконосцы периодически обнаруживаются исследователями (Wallace, 1966).

Наконец, особое место в "кроне" реконструированного нами филогенетического древа трипаносоматид занимает клад, объединяющий таких казалось бы разных жгутиконосцев, как, например, Leptomonas oncopelti, LJaculum и Blastocrithidia miridarum или В.gerridis (Схема 9). Главное, что объединяет этих жгутиконосцев,

это их уникальные по строению и способу формирования расселительные стадии, устойчивые к воздействию неблагоприятных факторов внешней среды, так называемые "жгутиковые цисты". Тот факт, что одинаковые цистоподобные стадии образуют и бластокритидии, и лептомонасы говорит о том, что они имели общего предка, обладавшего таким типом расселительных стадий. До последнего времени вопрос с данной группой гомоксенных трипаносоматид не вызывал особых сложностей. Однако исследование нами "цист" свободноживущей криптобии йта^двПа ттога, показавшее идентичность уникальной организации покровов у этих стадий и "жгутиковых цист" гомоксенных трипаносоматид, может в дальнейшем серьезно отразиться на представлениях об эволюции трипаносоматид в целом. Дело в том, что коль скоро сходные стадии обнаружены у криптобий и у гомоксенных трипаносоматид, то возможны только два объяснения этого феномена. Оба в настоящее время выглядят фантастическими. Первое объяснение - это предположение о том, что данная группа гомоксенных трипаносоматид в своем происхождении связана непосредственно со свободноживущими криптобиями. Вероятно, эту гипотезу надо отвергнуть. Учитывая монофилетическое происхождение трипаносоматид, такой вывод предполагает, что именно эти гомоксенные жгутиконосцы дали начало всем остальным группам гомо- и гетероксенных трипаносоматид. Однако, как мы показали ранее (смотри главу 4), именно эти лептомонасы и бластокритидии полностью лишены признаков, присущих двужгутиковым кинетопластидам и целому ряду гомо- и гетероксенных трипаносоматид. Следовательно, данное предположение допускает исчезновение у предков трипаносоматид всего анцестрального комплекса признаков, а затем его независимое возникновение в их отдельных группах. А вот специализированные стадии, приспособленные для длительного пребывания жгутиконосцев во внешней среде, должны тогда были быть утрачены в процессе эволюции основными группами гомоксенных трипаносоматид, осваивавшими в качестве хозяев наземных насекомых. Естественно, ни то, ни другое предположение не могут быть приняты.

Другим и, с нашей точки зрения, пока единственно здравым объяснением связи существующей между свободноживущими криптобиями и гомоксенными трипа-носоматидами служит предположение о наличии связующего звена между обеими группами жгутиконосцев. Это предположение вполне соответствует нашей гипотезе происхождения трипаносоматид и, совершенно ясно, что таким звеном должны были быть трипаносомы... Однако, признавая этот факт, мы должны признать и то, что существует или в недалеком прошлом существовала группа трипаносом, в жизненных циклах которых имелись цистоподобные стадии, гомологичные таковым 0/тагйде//а и гомоксенных трипаносоматид. Ранее мы уже отмечали, что в настоящее время имеется, пожалуй, единственная группа слабо изученных трипаносом - это жгутиконосцы, обитающие в крови тропических амфибий и рептилий, с которыми и можно связывать надежду разрешить данную загадку. Нельзя исключить и того, что "феномен Т. ЬгисеГ и "феномен цистообразующих гомоксенных трипаносоматид" имеют общие корни. На это может указывать, например, тот факт, что Т. Ьшсе/ также, как и "цистообразующие" трипаносоматиды, полностью лишена комплекса анцестральных признаков (Рго1оу, Кагроу, 1995), а на некоторых схемах молекулярных биологов бластокритидии могут формировать один клад с Т. Ьшсе/ (МэбЫ е1 а1., 1996).

В заключение хочется еще раз отметить, что жгутиконосцы трипаносоматиды представляют собой одну из процветающих групп паразитических протистов, которые находятся в настоящее время в активном поиске новых групп потенциальных хозяев. Эта мало известная сторона биологии трипаносоматид не должна забываться исследователями. И, несмотря на то, что трипаносоматиды постоянно находятся в центре внимания ученых, надо признать, что в наших представлениях об этой группе кинетопластид все еще существует множество белых пятен.

ВЫВОДЫ

1. Анализ эволюционных изменений плана строения кинетопластид и особенностей формирования паразитарных систем в этой группе протистов позволяют предложить новую гипотезу происхождения трипаносоматид, согласно которой одножгутиковые гетероксенные кинетогшастиды - трипаносомы произошли от криптобий - двужгутиковых гетероксенных паразитов рыб и пиявок.

2. Переход к кровепаразитизму в эволюции кинетопластид произошел, согласно нашей гипотезе, только один раз - у криптобий. Среди кинетопластид эта единственная группа, объединяющая свободноживущих жгутиконосцев, экто-, эн-до- и кровепаразитов.

3. Уникальная организация кинетопласт-митохондриального комплекса, двигательного аппарата и покровов надежно отличают трипаносоматид от других кинетопластид и указывают на их монофилетическое происхождение.

4. Постепенная утрата анцестральных признаков в процессе эволюции основных групп трипаносоматид отчетливо прослеживается в ряду: трипаносомы рыб - трипаносомы амфибий - трипаносомы млекопитающих из секци Sfercoraria (виды близкие к Trypanosoma cruzi) - гомоксенные трипаносоматиды насекомых. Полная утрата анцестральных признаков характерна для кровепаразитов рептилий и млекопитающих из родов Leishmania и Endotrypanum, трипаносом млекопитающих из секции Salivaria (виды близкие к Trypanosoma brucei), для паразитов растений из рода Phytomonas и для гомоксенных паразитов насекомых из родов Blastocrithidia и, частично, Leptomonas.

5. Переходы от гетероксенных жизненных циклов к гомоксенным, также как и переходы от гомоксенных жизненных циклов к гетероксенным, в эволюции трипаносоматид могли происходить неоднократно, в разное время и в разных их группах.

6. Сравнение особенностей жизненных циклов и морфофункциональной организации основных стадий развития гомоксенных и гетероксенных трипаносоматид показали, что считавшиеся ранее "низшими" гомоксенные паразиты насекомых на самом деле представляют наиболее молодую, в эволюционном плане, группу трипаносоматид. В настоящее время эти жгутиконосцы переживают период "эволюционного подъема", продолжая поиск и попытки освоения новых хозяев..

7. Показано, что для переживания неблагоприятных условий, некоторые сво-бодноживущие бодониды могут формировать настоящие цисты, секретируя защитную, экстраклеточную оболочку. Для переживания неблагоприятных условий некоторые свободноживущие криптобии и ряд гомоксенных трипаносоматид из родов Blastocrithidia и Leptomonas также способны формировать специализированные цистоподобные стадии, которые, однако, не имеют внешних защитных оболочек и покрыты обычно только плазмалеммой.

8. Уникальная организация цистоподобных стадий криптобий и гомоксенных трипаносоматид (специализированные слои формируются под плазмалеммой, а внешние, защитные оболочки отсутствуют) позволяет рассматривать данные стадии как гомологичные в эволюции этих кинетопластид и предполагать существование между ними (в настоящее время или недалеком прошлом) связующего звена -трипаносом, в жизненных циклах которых также имелись подобные стадии.

9. Предлржена новая классификация морфологических форм трипаносоматид. Уточнены диагнозы основных форм, обладающих жгутиком, выходящим за пределы жгутикового кармана: промастигот, эпимастигот, опистомастигот и трипомастигот, при определении которых рекомендуется учитывать положение кинето-пласта относительно задней границы ядра. Предложено упразднить такие термины как сферомастигота, хоаномастигота и парамастигота, поскольку в их диагнозах не учитываются признаки основных форм; к амастиготам предложено относить только те формы трипаносоматид, которые полностью лишены жгутика,

а формы, имеющие жгутик, целиком расположенный в жгутиковом кармане, рекомендуется называть эндомастиготами.

10. Описаны новый для науки род и 6 новых видов трипаносоматид, а также новый вид свободноживущих криптобий.

11. Впервые изучены тонкие механизмы митоза у свободноживущих кинето-пластид. Деление ядер у жгутиконосцев из родов Bodo (Bodonidae) и Dimastigella (Cryptobiidae) протекает по типу закрытого внутриядерного митоза, без конденсации хромосом. Поскольку подобная форма митоза отмечена и для всех изученных ранее паразитических криптобий и трипаносоматид, следует признать, что перечисленные выше признаки соответствуют форме митоза, характерной для кинетопластид в целом.

12. У двух видов свободноживущих кинетопластид на ранних стадиях митоза происходит формирование нескольких (двух у Bodo saltans и шести 7 Dimastlgella mimosa) митотических веретен, которые располагаются под разными углами друг к другу, причем каждое из веретен участвует в сегрегации ассоциированных с ним кинетохоров. Такая закладка митотических веретен не имеет примеров в других группах протистов: Возможно, обнаруженная нами форма митоза имеет общие корни с митозом эвгленовых жгутиконосцев и принадлежит тогда к одной из древних форм сегрегации генома у эукариот.

МАТЕРИАЛЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Серавин Л.Н., Фролов А.О. Метаболирующее движение как одна из основных форм клеточного движения // Цитология. 1983. Т. 25, № 12, с. 1343-1352.

2. Крылов М.В., Подлипаев С.А., Хаецкий A.C., Белова Л.М., Фролов А.О., Ни-язбекова Б.Я. Один ли вид содержится в культуре Crithidia oncopeltl (Kinetoplastmonada, Trypanosomatidae)? II Зоол. журн. 1985. Т. 64, вып. 2, с. 165171.

3. Фролов А.О. Жизненный цикл Leptomonas nabiculae (Kinetoplastida Trypanosomatidae) в клопах Nabicula flavomarginata (Hemiptera, Nabidae) II В кн.: Матер. 10-й конф. Укр. об-ва паразитологов, Ч. 2. Киев, Наукова думка. 1986. с. 289.

4. Подлипаев С.А., Фролов А.О. Описание и лабораторное культивирование Blastocríthidía mirídarum sp. п. (Mastigophora, Trypanosomatidae) II Паразитология. 1987. Т. 21, вып. 4. с. 545-552.

5. Фролов А.О. Жизненные циклы низших трипаносоматид - паразитов полужесткокрылых насекомых. Автореф. канд. дис. Ленинград. 1987а. 19 С.

6. Фролов А.О. Жизненный цикл Leptomonas pyrrhocoris Z. (Kinetoplastida, Trypanosomatidae) II Зоол. журн. 19876. Т. 66, № 1, с. 5-11.

7. Фролов А.О. Жизненный цикл Blastocríthidía mirídarum (Kinetoplastida, Trypanosomatidae) II Зоол. журн. 1987в. Т. 66, вып. 5, с. 655661.

8. Фролов А.О., Скарлато С.О. Свето- и электронно-микроскопические исследования Leptomonas pyrrhocoris Z. (Trypanosomatidae) II Паразитология. 1987. Т. 21, вып. 1, с. 3-9.

9. Скарлато С.О., Фролов А.О. Необычный способ деления у трипаносоматид II ДАН СССР. 1988. Т. 298, № 3, с. 729-731.

10. Фролов А.О., Скарлато С.О. Локализация и способы закрепления жгутиконосцев Blastocrithidia mirídarum в пищеварительном тракте клопов Adelphocoris quadripunctatus II Паразитология. 1988а. Т. 22, вып. 6, с. 481-487.

11. Фролов А.О., Скарлато С.О. Электронно-микроскопическое исследование жгутиконосцев Blastocríthidía mirídarum (Trypanosomatidae) в кишечнике клопов

Adelphocoris quadhpunctatus (Miridae) //Тез. докл. XIII Всесоюз. конф. по электронной микроскопии. Звенигород, 19886, с. 103..

12. Подлипаев С.А., Фролов А.О., Малышева М.Н. Культивирование низших три-паносоматид // В кн.: Экология морских и пресноводных простейших. Тез. докл. II Всесоюзн. симп. протозоологов. Ярославль. 1980, с. 55.

13. Фролов А.О., Малышева М.Н. Crithidia allae sp. п. и Crithldia brevicula sp.n. (Protozoa, Trypanosomatidae) из клопа Nabis brevis П Зоол. журн. 1989. Т. 68, вып. 7, с. 5-10.

14. Фролов А .О., Малышева М.Н. Цикл развития паразитического жгутиконосца Crithidia brevicula (Trypanosomatidae) в лабораторной культуре II Цитология. 1989. Т. 31, №8, с. 971-975.

15. Фролов А.О., Скарлато С.О. Электронно-микроскопическое исследование жгутиконосцев Leptomonas ¡acutum из средней кишки клопа Nepa cinerea II Паразитология. 1989. T. 23, вып. 5, с. 383-389.

16. Подлипаев С.А., Фролов А.О., Колесников A.A. Proteomonas inconstans п. gen., n.sp. (Kinetoplastida: Trypanosomatidae) паразит клопа Caiocoris sexgutatus (Hemiptera: Miridae) I/ Паразитология. 1990. T. 24, вып. 4, с. 339-346.

17. Фролов А.О., Малышева М.Н. Электронно-микроскопическое исследование эндомастигот Crithidia allae (Trypanosomatidae) И Зоол. журн. 1990. Т. 69, вып. 6, с. 5-10.

18. Фролов А.О., Скарлато С.О. Структура розетковидных клеточных ассоциатов у низших трипаносоматид II Цитология. 1990. Т.32, № 5, с. 445-461.

19. Фролов А .О., Скарлато С.О. Дифференцировка цистоподобных клеток паразитического жгутиконосца Leptomonas mycophiius in vitro II Цитология. 1990. T. 32, № 10, с. 985-992,

20. Скарлато С.О., Паршкова Т. А., Фролов А.О. Электронно-микроскопическое и молекулярно-биологическое исследование ядра у низших трипаносоматид Blastocrithidia miridarum и Crithidia brevicula // Цитология. 1990. T. 32, № 4. с. 317324.

21.Skarlato S.O., Frolov А.О. Rosette-like cell associations in the lower trypanosomatids // Bulletin de la Société de Parasitologie. 1990. T. 8, suppl.1, p. 202.

22. Марахова H.В., Скарлато С.О., Фролов А.О., Цуладзе A.M. Полиморфизм молекулярных кариотипов низших трипаносоматид // Цитология. 1991. Т. 33, № 10, с. 59-66.

23. Фролов А.О., Скарлато С.О. Описание Leptomonas mycophiius sp.n. (Trypanosomatidae) - паразита клопа Phytocoris sp. (Miridae) II Паразитология. 1991. T. 25, вып. 2, с. 99-103.

24. Фролов А.О., Скарлато С.О., Шаглина Е.Г. Морфология цистоподобных клеток жгутиконосцев Leptomonas jacuium II Цитология. 1991. T. 33, N10. С. 960-969.

25. Фролов А.О., Малышева М.Н. Эндомастиготы - особый тип расселительных стадий трипаносоматид рода Proteomonas II Паразитология. 1992. Т. 26, вып. 4, с. 351-354.

26. Шаглина Е.Г., Фролов А.О., Скарлато С.О. Ультраструктура трипаносоматид Leptomonas jacuium в кишечнике клопа Nepa cinerea II Цитология. 1992. T. 34, № 4, с. 166-167.,

27. Марахова Н.В., Скарлато С.О., Фролов А.О. Молекулярные кариотипы низших трипаносоматид II Кариосистематика беспозвоночных животных. Санкт-Петербург, 1993. Т. 2. с. 104-106.

28. Малышева М.Н., Фролов А.О. Свободноживущие расселительные стадии трипаносоматид из водных насекомых // Паразитология. 1993. Т, 27, вып. 4, с. 337-340.

29. Фролов А.О. Морфофункциональная организация трипаносоматид // Biologija. 1993. № 1, с. 30.

30. Фролов А.О. Происхождение трипаносоматид II Паразитология. 1993. Т. 27, вып. 2, с. 97-107.

31. Фролов А.О., Малышева М.Н. Описание Phytomonas nordicus п. sp. (Trypanosomatidae) из хищного клопа Troilus lurldus (Hemiptera: Pentatomidae) // Паразитология. 1993. Т. 27, вып. 3, с. 227-232.

32. Фролов А.О. Классификация морфологических форм жгутиконосцев семейства Trypanosomatidae II Паразитология. 1994. Т. 28, вып. 4. С. 261-269.

33. Малышева М.Н., Фролов А.О. Цикл развития жгутиконосца Proteomonas brevicula (Trypanosomatidae) в хищных клопах семейства Nabidae (Hemiptera) II Паразитология. 1995. Т. 29, вып. 4, с. 289-297.

34. Frolov A., Karpov S. The comparative morphology of the kinetoplastids II Europ. J. Protistology. 1995. V. 31, p. 111 8A

35. Frolov A.O., Karpov S.A. Comparative morphology of kinetoplastids II Cytology. 1995. T. 37, №11, p. 1072-1096.

36. Фролов A.O., Скарлато C.O. Тонкое строение и механизмы адаптации низших трипаносоматид в полужесткокрылых насекомых II Цитология. 1995. Т. 37, № 7, с. 539-560.

37. Шаглина Е.Г., Фролов А.О., Скарлато С.О. Ультраструктура паразитического жгутиконосца Leptomonas nabiculae из клопа Nabicula flavomarginata II Цитология.

1995. Т. 37, NS. с. 159-165.

38. Фролов А.О., Подлипаев С.А. Необычный способ формирования инвазионных стадий у Leptomonas rigidus (Kinetoplastida: Trypanosomatidae) И Паразитология.

1996. Т. 30, вып. 6, с. 473-477.

39. Сомова Н.В., Скарлато С.О., Фролов А.О. Элекгрофоретические кариотипы свободноживущих кинетопластид. В: Материалы XII Всероссийского симпозиума по структуре и функциям клеточного ядра.. С-т. Петербург. 1997. Цитология. Т. 39, № 1, с. 106-107.

40. Frolov А.О., Karpov S.A., Malysheva M.N. The ultrastructure of mitosis in the free-living kinetoplastid Bodo curvifilus II Europ. J. Protistology. 1996. V. 32, p. 498-505.

41. Фролов A.O., Малышева M.H., Подлипаев С.А. Необычный способ формирования цистоподобных стадий у бластокритидий (Kinetoplastida, Trypanosomatidae), паразитирующих в кишечном тракте клопов водомерок (Hemiptera, Gerridae) // Паразитология. 1997. Т. 31, вып. 4. с. 356-363

42. Фролов А.О., Малышева М.Н., Подлипаев С.А., Скарлато С.О. Электронно-микроскопическое исследование ядер промастигот трипаносоматид Endotrypanum monterogei, Leishmania tarentolae и Phytomonas sp. (Kinetoplastida, Trypanosomatidae) в интерфазе и митозе II Цитология. 1997. Т. 39, № 4/5, с. 278284.

43. Фролов А.О., Мыльников А.П., Малышева М.Н. Электронно-микроскопическое исследование нового вида свободноживущего жгутиконосца Dimastigella mimosa sp.n. II Цитология. 1997. Т. 39, №6, с. 442-448.

44. Frolov А.О., Skarlato S.O. Unusual pattern of mitosis in the free-living flagellate Dimastigella mimosa (Kinetoplastida) // Protoplasma. 1997. In press.

45. Сомова H.B., Скарлато C.O., Фролов А.О. Хромосомы свободноживущих жгу-тиконосцев-кинетопластид 11 ДАН. 1997. Т. 357, № 3.

БЛАГОДАРНОСТИ

• Диссертация подготовлена к защите при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 96-04-48124).

• Автор искренне признателен д.б.н., профессору М.В. Крылову, за многочисленные, полезные советы, высказанные в ходе дискуссии при обсуждении рукописи.

• Автор благодарен всем коллегам, принимавшим участие в совместных экспериментальных исследованиях кинетопластид, а также тем, чьей помощью и советами он пользовался в процессе своей работы: сотрудникам ЗИН РАН к.б.н. Л. М. Беловой, Е. В. Воробьевой, М. Ю. Долговской, М. Н. Малышевой, д.б.н. В. И. Михалевич, С. И. Сулягиной, д.б.н. И. М. Кержнеру, к.б.н. С. А. Подлипаеву, д.б.н. Янковскому, А. М. Игнатьеву, всем сотрудникам библиотеки Зоологического института РАН, сотруднику Института цитологии РАН к.б.н. С. О. Скарлато, сотрудникам С-Пб ГУ д.б.н. С. А. Карпову, к.б.н. Е. В. Сабанеевой и М. С. Карповой, сотруднику Института биологии внутренних вод РАН д.б.н. А. П. Мыльникову и к.б.н. В. П. Головину, сотрудникам ВНИИ Гриппа к.м.н. В. П Сухинину и А. К. Сироткину.

Информация о работе

Фролов, Александр Олегович
доктора биологических наук
Санкт-Петербург, 1997
ВАК 03.00.19

Автореферат

Похожие работы

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему Новая гипотеза происхождения трипаносоматид ВАК РФ 03.00.19, Паразитология

Автореферат диссертации по теме "Новая гипотеза происхождения трипаносоматид"

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Новая гипотеза происхождения трипаносоматид
ВАК РФ 03.00.19, Паразитология