Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Таксономия и филогения нематод инфраотряда Rhigonematomorpha из кишечника тропических Diplopoda

ВАК РФ 03.02.04, Зоология

Автореферат диссертации по теме "Таксономия и филогения нематод инфраотряда Rhigonematomorpha из кишечника тропических Diplopoda"

На правах рукописи

005060004

МАЛЫШЕВА Светлана Владимировна

ТАКСОНОМИЯ И ФИЛОГЕНИЯ НЕМАТОД ИНФРАОТРЯДА ІШЮО^МАТОМОІІРНА ИЗ КИШЕЧНИКА ТРОПИЧЕСКИХ ШРЬОРООА

03.02.04 - зоология 03.02.11 - паразитология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2013

МОСКВА 2013

005060004

Работа выполнена в лаборатории систематики и эволюции паразитов Центра паразитологии Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН

Научный руководитель:

доктор биологических наук Спиридонов Сергей Эдуардович Официальные оппоненты:

Защита диссертации состоится «20» мая 2013 г. в 15 ч. 30 мин. на заседании Диссертационного Совета Д 501.001.20 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» по адресу: 119991, Россия, г. Москва, Ленинские горы, дом 1, строение 12, Биологический факультет, ауд. М-1. Факс: 8(495)939-43-09; E-mail: irbeme@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке МГУ имени М.ВЛомоносова.

Автореферат разослан «/3» апреля 2013г. Ученый секретарь диссертационного совета

доктор биологических наук, профессор Чесунов Алексей Валерьевич

ФГБОУ ВПО Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, Биологический факультет, кафедра зоологии беспозвоночных

кандидат биологических наук Воронов Дмитрий Анатольевич

старший научный сотрудник, ФГБУН Институт проблем передачи информации имени A.A. Харкевича РАН

Ведущая организация:

ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт гельминтологии имени К.И. Скрябина Российской академии сельскохозяйственных наук

доктор биологических наук, профессор

И.Р. Бёме

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования. Нематоды (№та1ос1а) представляют собой один из наиболее многочисленных типов животного царства (НосМа, 2007). Одним из направлений эволюционного развития этой группы животных стало их проникновение внутрь других живых организмов, с формированием симбиотических отношений разной степени напряженности - от форезии до истинного паразитизма.

Объектом настоящего исследования были выбраны представители двух надсемейств инфраотряда Ю^опетаиппогрЬа: Ши§опета1о1с1еа (ригонематоидеи) и Капзотпета1о1с1еа (рансомнематоидеи), обитающие в половозрелом состоянии в кишечнике крупных тропических многоножек-диплопод. Диплоподы являются одними из наиболее древних обитателей суши, первые находки которых относятся к концу ордовикского периода (Головач, 1980). Некоторые из этих нематод (сем. Не(Ыс1ае) питаются исключительно бактериями просвета кишки хозяина, чему способствуют сложные структуры их головного конца. Для некоторых представителей (род 2а1орИога) доказано хищничество — питание другими нематодами, обитающими в том же просвете кишки хозяина. Особенности биологии подавляющего большинства других нематод этих двух надсемейств все еще остаются неизвестными. Филетические связи этих двух таксонов нематод и их место в эволюционной истории всего типа представляют значительный интерес в плане изучения путей становления паразитизма в пределах типа Ыетаизёа.

Цель и задачи исследования. Целью данного исследования было проведение ревизии системы нематод надсемейств Ши§опетаиж1еа и КапвотпетаКлска и определение филетических связей этих двух таксонов нематод кишечника многоножек. Определены следующие задачи:

1. Провести морфологическое изучение возможно большего числа родов нематод надсемейств КЫ£опетакис1еа и КашотпетаЫсЬа.

2. Получить нуклеотидные последовательности 2-х участков рибосомальной ДНК для нематод надсемейств Rhigonematoidea и Яапзотпетаиж1еа.

3. На основе полученных нуклеотидных последовательностей провести анализ филогенетических связей нематод надсемейств Ш^опетаКис1еа и Кашотпетаилс1еа и определить взаимоотношения между отдельными таксонами этих групп.

4. Подготовить и опубликовать описания новых для науки форм, выявленных в процессе проведения исследования.

Научная новизна. Впервые была исследована фауна нематод сем. Hethidae из многоножек Вьетнама и описаны четыре новых вида данного семейства, обнаружение которых явилось первым сообщением о нематодах этой группы из материковой Азии, также описан новый вид того же семейства из многоножек Австралии. Описан новый вид сем. Ichthyocephalidae, для которого приводятся морфологические и морфометрические данные по личиночным стадиям. Представлены дополнительные морфологические данные по уже описанному представителю надсемейства Rhigonematoidea - Xystrognathus phrissus. Описаны два новых вида и новый род нематод семейства Carnoyidae. Впервые описаны личинки первой стадии для одного представителя каждого из надсемейств. Для 16 видов нематод надсемейств Rhigonematoidea и Ransomnematoidea впервые с помощью сканирующего электронного микроскопа исследованы поверхностные структуры. Для 5 представителей надсемейства Rhigonematoidea и 8 представителей надсемейства Ransomnematoidea получены нуклеотидные последовательности 18S и 28S рибосомальной ДНК. Впервые проведен филогенетический анализ этих двух надсемейств по совокупности морфологических и молекулярно-таксономических признаков.

Теоретическое и практическое значение работы состоит в разработке таксономии нематод, обитающих в задней кишке многоножек. Тропические многоножки являются одними из наиболее важных деструкторов целлюлозы в тропических экосистемах. Их связь с нематодами надсемейств Ransomnematoidea и Rhigonematoidea позволяет использовать данные по этим паразитам при изучении биологии и экологии их хозяев. Изучение фауны нематод этих двух надсемейств дает дополнительный материал к познанию закономерностей формирования и расселения беспозвоночных в тропических экосистемах. Новые данные по строению ригонематоидей и рансомнематоидей дополняют существующие представления об организации нематод беспозвоночных и дают дополнительные признаки для систематики этого типа. Полученные нами нуклеотидные последовательности депонированы в ГенБанке (NCBI GenBank), что представляет собой часть работы по созданию всемирной базы данных, обеспечивающей надежное определение живых организмов.

Апробация работы. Материалы данного исследования были представлены и обсуждены на 5-м и 6-м Международных симпозиумах нематологов во Владивостоке в

2003 г. и в Москве в 2005 г., на Международной научной конференции паразитологов в Москве в 2006г., на 28-м международном симпозиуме Европейского общества нематологов в 2006 г. в Благоевграде (Болгария), 4-м Всероссийском съезде Паразитологического общества при РАН в С.-Петербурге в 2008 г., 5-м Международном нематологическом конгрессе в Брисбене, Австралия в 2008 г., конференции «Молекулярная Филогенетика» в Москве в 2012 г. и Международной научной конференции «Современные проблемы общей паразитологии» в Москве в 2012 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи в международных рецензируемых журналах, включенных в базу данных Web of Science, а также 9 публикаций в других изданиях (материалы научных совещаний и симпозиумов). Положения, выносимые на защиту.

- Монофилия Rhigonematomorpha не подтверждается ни морфологическими, ни молекулярными данными.

- Существует разрыв в уровне нуклеотидных различий по 28S рибосомальной ДНК между семействами и родами, входящими в состав Rhigonematoidea и Ransomnematoidea.

- В строении некоторых нематод надсемейства Ransomnematoidea сохраняется комплекс признаков строения, присущих возможным предковым формам.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 190 страницах текста и подразделена на введение, 5 глав, заключение и выводы. Диссертация иллюстрирована 62 графическими рисунками и схемами, а также фотографиями, полученными в сканирующем электронном микроскопе. В текст включено 22 таблиц.

Благодарности. Автор глубоко признателен своему научному руководителю Сергею Эдуардовичу Спиридонову за всестороннюю поддержку и ценные замечания при выполнении работы и подготовке рукописи. Особую благодарность за возможность работы по электронной микроскопии автор выражает Георгию Натановичу Давидовичу и Анатолию Георгиевичу Богданову, а также всем сотрудникам Межкафедральной лаборатории электронной микроскопии Биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. Огромную благодарность за помощь в сборе материала автор выражает сотруднику музея природы Вьетнамской Академии Наук и Технологий д-ру Фам Ван Лыку, а также сотруднику Биологического факультета МГУ им. М.ВЛомоносова Д.В. Карелину.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ НЕМАТОД НАДСЕМЕЙСТВ ИНЮОКЕМАТОГОЕА И 1ЪШ801УШЕМАТ0ЮЕА

В главе описывается развитие представлений о таксономии и классификации нематод надсемейств Ю^опетаЫёеа и 11ап80тпета1о1<1еа. Особое внимание уделено положению этих нематод в системе типа №та1ос!а.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Глава включает в себя пять разделов, посвященных сбору материала, методике приготовления глицериновых препаратов, исследованию нематод в световом и сканирующем электронном микроскопе, молекулярным методам исследования (выделение ДНК, постановка ПЦР, очистка ПЦР-продукта и т.д.), методам филогенетического анализа полученных нуклеотидных данных.

Объектом исследований были выбраны 19 видов нематод надсемейств Шп§опета1о1с1еа и ЯатотпетаШхёеа. Собранный материал представлен как разными личиночными стадиями, так и половозрелыми особями самцов и самок. Хозяевами изученных ригонематоморф являются многоножки 11 родов (таблица 1).

Многоножки были собраны в разные годы во Вьетнаме: национальный парк Ба Ви, провинция Ха Тай; Национальный Парк Би Дуп Нуй Ба, провинция Донг Най; Национальный Парк Кат Тьен, провинция Лам Донг; деревня Син Хо, провинция Лай Чау; национальный парк Чу Янг Син, провинция Дак Лак; подножие горы Ша Па, провинция Лао Чай. Также был собран материал по многоножкам в заповеднике Маунт Глориус, Квинсленд, Австралия. Небольшое количество материала было предоставлено кубинскими коллегами в виде фиксированных формалином особей. Часть вьетнамского материала (с острова Фу Куок, провинции Кьен Зянг) предоставлена сотрудником музея природы Вьетнамской Академии Наук и Технологий д-ром Фам Ван Лыком. Многоножки, собранные на о-ве Сумба, Индонезия, а также в Танзании, были предоставлены сотрудником Биофака МГУ им. М.В. Ломоносова д.б.н. Д. В. Карелиным. Электронно-микроскопические исследования проводились в Межкафедральной лаборатории электронной микроскопии Биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

Таблица 1. Список изученных видов, стадий развития, методов исследования и хозяев ригонематоморф, использованных в данной работе.

Вид Стадия развития Методы исследования Хозяин (Иіріороііа)

Саиіепа ІгасІіеІотє£аІі Половозрелые особи (<?/?) ММ, СМ, СЭМ АреШІїез ер.

Саиіепа /апяірапіз Половозрелые особи (с?/?) Личинки 2-й стадии (б1/?) Личинки 3-й стадии (с?/?) Личинки 4-й стадии ($) ММ, СМ, СЭМ СМ, СЭМ СМ, СЭМ СМ, СЭМ РєеисіозрігоЬоІеІІісІае gen. ер.

Іпхиіапета Іоп£І$рісиІит Половозрелые особи (б1/?) Личинки 4-й стадии ($) ММ, СМ, СЭМ СМ, СЭМ АреиЛея Бр.

Сагпоуа ер. Половозрелые особи (¿7$) ММ, СМ, СЭМ 5'аїрійоЬоїш ер.

Вгитріаетіїіш ]ш1іпі Половозрелые особи (с?/?) ММ, СМ, СЭМ АгскІБріговІгерШ Рйегэ 1855

НеЛ ІауЬасі Половозрелые особи (с?/?) ММ, СМ, СЭМ Harpagophoridae §еп. ер.

Нсік \ietnamensis Половозрелые особи (с?/$) СМ, СЭМ Еисагііа ер.

Неік Юпкіпепзін Половозрелые особи (с?/?) СМ, СЭМ РІШугІгасиз Бр.

НеЛ ¡ауп^уепі Половозрелые особи (с?/$) СМ, СЭМ АреиЛез ер.

НеЛ Ьаисііпі Половозрелые особи (с?/$) ММ, СМ, СЭМ Іи1отогр)ііс1ае деп. ер.

НеЛ ір. (Индонезия) Половозрелые особи (с?/?) ММ, СМ, СЭМ БаІрісІоЬоІш ер.

НеЛ ір.(Куба) Половозрелые особи (с?/$) СМ, СЭМ Якіпосгісш Бр.

Лачхотпета ер. Половозрелые особи (6У§) СМ, СЭМ Шііпосгісих Бр.

Юіі%опета іп%еги Половозрелые особи (с?/$) мм, см ТІіугору%из Бр.

Шіікопета 1 Половозрелые особи (с?/9) ММ, СМ, СЭМ АреиЖея ер.

Шіі%опета ¡р. 2 Половозрелые особи (с?/2) ММ, СМ, СЭМ ІерИгопіа ер.

ІсМкуосерЬаІоійез зитЬаІиз Половозрелые особи (с?/?) Личинки 2-й стадии ($) Личинки 3-й стадии ($) ММ, СМ, СЭМ СМ см ЗаІрісІоЬоІиї ер.

ІсМіуосерІїаІиз ер. Половозрелые особи (с?/?) СЭМ Якіпосгісиз єр.

ХуяІго^раЛиз ркгшш Половозрелые особи (с?/?) Личинки 3-й стадии (2) ММ, СМ, СЭМ см АреиЛеї эр.

Примечание. ММ — молекулярные методы; СМ - световая микроскопия; СЭМ -сканирующая электронная микроскопия.

Для филогенетического анализа были использованы последовательности 13 ригонематоморф (таблица 2), а также 38 последовательностей из базы 1МСВ1 ОепВапк (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/). В качестве внешней группы был выбран РксШэ тиггау1. Выравнивания получали с помощью программы С1из1а1Х, с использованием

программ GenDoc и FORCON их переводили в Nexus-формат и анализировали в программах PAUP* 4.0Ь 10, MEGA5 и MrBayes (Swofford, 1998; Tamura et al., 2011; Huelsenbeck, Ronquist, 2001). Для построения кладограмм применяли методы максимальной экономии (Maximum Parsimony - MP), связывания ближайшего соседа (Neighbor Joining - NJ), максимального правдоподобия (Maximum Likelihood - ML) и Байесов анализ (Bayesian Inference - BI). Для повышения надежности выделения отдельных эволюционных линий помимо анализа 18S и D2-D3 последовательностей р-ДНК нами проводился анализ так называемых сомкнутых последовательностей -concatenated sequences. При этом последовательности D2-D3 и 18S рибосомальной ДНК, уже приведенные к единой длине у сравниваемых видов, объединялись для каждого вида между собой.

Таблица 2. Список депонированных последовательностей ригонематоморф.

Список видов Участок рДНК Номер в NCBI GenBank (LSU) Участок РДНК Номер в NCBI GenBank (SSU)

Brumptaemilius justini D1-D3 JX999732 18S JX999733

Cattiena trachelomegali D1-D3 JX419378 18S JX982117

Cattiena fansipanis D1-D3 JX436470 18S JX982118

Insulanema longispiculum D1-D3 JX436471 18S JX982119

Carnoya sp. D1-D3 JX946703 18S JX982120

Heth taybaci D1-D3 JX946704 18S JX987085

Heth baudini D1-D3 JX443484 18S JX987086

Heth sp. D1-D3 JX443483 18S JX987087

Rhigonema sp.l D2-D3 JX155275 18S JX 106453

Rhigonema sp.2 D2-D3 JX155276 18S JX 106455

Rhigonema ingens D2-D3 JX131616 18S JX069475

Ichthyocephaloides sumbatus D2-D3 JX155273 18S JX101958

Xystrognathus phrissus D2-D3 JX 155274 18S JX101957

ГЛАВА 3. ОПИСАНИЯ ВИДОВ НЕМАТОД ЗАДНЕЙ КИШКИ МНОГОНОЖЕК

3.1. Описания новых видов нематод семейства Hethidae

Приводятся данные по 5 описанным автором работы видов рода Heth из Вьетнама и Австралии (Квинсленд). Для каждого из видов дано описание морфологии, графические рисунки, отражающие особенности морфологии взрослых особей, и результаты изучения каждого из видов в сканирующем электронном микроскопе.

3.2. Описания новых видов нематод семейства Carnoyidae

Раздел включает описания вида Cattiena fansipanis Malysheva et Pham Van Luc, 2011 из провинции Лао Кай (северный Вьетнам) и нового вида и рода карнойид -

Insulanema longispiculum Malysheva et Spiridonov, 2012 с острова Фукуок на южной оконечности Вьетнама. Первоописания этих таксонов были опубликованы в 2011 и 2012 гг. Для каждого из этих двух таксонов приводится описание морфологии, графические рисунки, отражающие особенности морфологии взрослых особей и личиночных стадий, а также результаты изучения каждого из видов в сканирующем электронном микроскопе.

В этом же разделе диссертации представлено описание нового вида рода Сагпоуа из диплопод рода Salpidobolus Silvestri, 1897 (Spirobolida: Rhinocricidae), собранных на острове Сумба в Индонезии. Поскольку диссертация и автореферат не могут быть местом опубликования нового вида данный новый вид представлен в работе как Сагпоуа sp.

3.3. Описания новых видов нематод семейства Ichthyocephalidae

Приводятся сведения по виду Ichthyocephaloides sumbatus Malysheva, Pham Van Luc et Spiridonov 2013, первоописание которого прошло рецензирование и принято к печати в журнале "Nematology" и будет опубликовано в 2013 году. Этот вид был обнаружен в диплоподах Salpidobolus sp. (Spirobolida: Rhinocricidae), собранных на острове Сумба, Индонезия.

Также в этом разделе диссертации приведены новые сведения об уже известном виде ихтиоцефалид - Xystrognathus phrissus Hunt, Pham Van Luc & Spiridonov, 2002. Приводятся новые данные по морфологии данного вида, в том числе описано строение личиночных стадий этих нематод.

3.4. Описания новых видов нематод семейства Rhigonematidae

Приводятся морфологические описания (полностью подготовленные

первоописания) двух видов рода Rhigonema. Поскольку текст диссертации не может рассматриваться как описание, виды обозначены как Rhigonema spl., от диплопод Apeuthes sp. (Spirobolida: Trigoniulidae), собранных в Национальном парке Би Дуп-Нуй Ба, провинция Донг Най, Вьетнам, и вид Rhigonema sp 2. от диплоподы Zephronia sp. (Sphaerotheriida: Zephroniidae), собранной в том же национальном парке.

ГЛАВА 4. МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И НУКЛЕОТИДНЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ В ТАКСОНОМИИ РИГОНЕМАТОМОРФ

4Л. Особенности морфологии ригонематоморф 4ЛЛ. Особенности организации К1^опета1о1(1еа

В разделе описывается организация представителей всех трех семейств (Сагпоу1с1ас, НеАШае и Ransomnematidae), относящихся к надсемейству Ю^опета(хмс1еа. Приводится сравнительно-морфологический анализ этих нематод. Основное внимание уделено строению переднего конца тела, симметрии головного конца, форме ротового отверстия (Рис. 1). Описываются структуры поверхности кутикулы, строение фаринкса в разных семействах (Рис. 2), экскреторная система (Рис. 3), организация половой системы у самок и самцов. Раздел проиллюстрирован графическими рисунками, а также фотографиями, полученными при изучении представителей этих двух семейств в сканирующем электронном микроскопе.

Рис. 1. Форма ротового отверстия и головной капсулы представителей надсемейства Rhigonematoidea. А, Б, В: представители рода Rhigonema Cobb, 1898; Г: Ichthyocephalus sp.; Д: Xystrognathus phrissus Hunt, Pham Van Luc & Spiridonov, 2002; E: Ichthyocephaloides sumbatus (in litt.).

Рис. 2. Схема, иллюстрирующая относительные пропорции отделов фаринкса в пределах надсемейства Rhigonematoidea. А: род Ichthyocephaloides Hunt & Sutherland, 1984; Б: род Rhigonema Cobb, 1898; В: род Zalophora Hunt, 1994 (по Hunt, 1994); Г: род Glomerinema van Waerebeke, 1985 (no van Waerebeke, 1985); Д: род Trachyglossus Hunt, 2002 (no Hunt, 2002).

Рис. 3. Строение терминального участка экскреторной системы представителей надсемейства Rhigonematoidea. А: латерально; Б: вентрально.

В разделе описываются морфологические особенности и организация представителей трех семейств (Rhigonematidae, кИЛуосерИаШае и Xustrostomatidae), входящих в состав надсемейства Ransomnematoidea. Даны примеры полового диморфизма в строении переднего конца тела и кутикулярном вооружении (Рис. 4) представителей семейств Сагпо^ае и Неййс1ае. Описана морфология головного конца самок семейства НеЙ^ае. Для представителей каждого семейства приводятся данные по симметрии головного конца, форме ротового отверстия и разнообразию

4.1.2. Особенности организации Ransomnematoidea

кутикулярных структур, находящихся в ротовой полости. Описывается морфология фаринкса (Рис. 5) и экскреторной системы в пределах этой группы (Рис. 6). Приводится строение половой системы самок и самцов. Раздел проиллюстрирован графическими рисунками, а также фотографиями, полученными при изучении представителей этих семейств в сканирующем электронном микроскопе.

Рис. 5. Схема, иллюстрирующая форму и соотношение отделов фаринкса у нематод надсемейства Ransomnematoidea. А, Б: самка и самец рода Cattiena Hunt & Spiridonov, 2001; В: самка рода Heth Cobb, 1898; Г: самка рода Ransomnema Artigas, 1926.

Рис. 4. Разнообразие кутикулярных структур представителей надсемейства Ransomnematoidea. А, Б, В, Г: кутикулярное вооружение самок семейства Не11^ае; Д, Е, Ж, 3: кутикулярное вооружение представителей семейства Сагпо^ае.

Рис. 6. Схема, иллюстрирующая строение экскреторной системы представителей каждого семейства Ransomnematoidea. А, Б: самка Carnoya sp. (Индонезия), вентрально и латерально, соответственно; В: самец Heth taybaci Malysheva & Spiridonov, 2010; Г: самка Ransотпета sp. (Куба).

4.2. Молекулярно-таксономические признаки в систематике ригонематоморф

Приводятся результаты анализа нуклеотидных различий по 18S и D2-D3 участку 28S рибосомальной ДНК для представителей Rhigonematoidea и Ransomnematoidea и по D1-D3 участку 28S рибосомальной ДНК представителей Ransomnematoidea. Описывается уровень различий по данным фрагментам ДНК, и возможность использования фрагмента D1-D2 28S рибосомальной ДНК в таксономии и систематике нематод данной группы. Данные представлены в виде таблиц нуклеотидных различий.

ГЛАВА 5. ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РИГОНЕМАТОМОРФ И ИХ ПОЛОЖЕНИЕ В СИСТЕМЕ НЕМАТОД

5.1. Сравнительная морфология Rhigonematoidea и Ransomnematoidea и

проблема единства ригонематоморф

Обсуждается проблема единства Rhigonematoidea и Ransomnematoidea в свете полученных морфологических данных. Проводится сравнительный анализ структур, связанных с особенностями питания в просвете кишки хозяина: строения головного конца, структуры стомы и ее положения относительно тканей фарингеального корпуса, облик экскреторной системы и ее положение.

5.2. Сравнительный анализ онтогенетического развития представителей

надсемейств Rhigonematoidea и Ransomnematoidea

В данном разделе представлены данные по развитию яиц Rhigonema ingens (Rhigonematoidea) и Cattiena trachelomegali (Ransomnematoidea). Приводится описание

личинок первой стадии для представителей семейств Шидопетайёае и Сатоу1с1ае. Раздел проиллюстрирован фотографиями, сделанными со светового микроскопа, а также графическими рисунками.

5.3. Молекулярно-филогенетический анализ родственных отношений в пределах надсемейств Ши§опетаКн(1еа и ЛапзотпетаЫёеа

Масштабированное филогенетическое древо взаимоотношений между отдельными изученными в нашей работе нематодами и родственными формами из других групп представлено на Рис. 7. Здесь и далее приведены лишь результаты, полученные с

Г- Ptectus murrayi АВ649028 — Wilsotnema otophorum AYS93927

Metateratocephalus crassidens AY284686 — Euteratocephalus palustris AY284684

Cosmocercoides dukae FJ516753

Dracunculus medinensis AY947720 Camallanus cotti DQ442662 Spirocamallanus rarus JF803912.

I-Asct

iô|_|—sf ■65 ЧИ.

Ascarophis arctica DQ094172 Spirocerca lupi AY751497

Serratospiculum tendo AY702704 Dirofilaria immitis AF036638

r Krefftascarls sharpiloi GU245692 l—Heterocheilus tunicatus U94373

— Contracaecum microcephalum AY702702

- Pseudoterranova decipiens U94380 -AnguiUîcola crassus DQ490223

і- Ascaris lumbricoides U94366 |j. Iheringascaris inquies U94377 H Goezia pelagia U94372 Cattiena fansipanis JX982118 -Cattiena trachelomegaii JX982117 -Insulanema iongispiculum JX982119 і Brumptaemiiius justini JX999733 '«1Brumptaemilius justini AF036589 f—Carnoya sp. JX982120 I . Heth sp. JX 987087 Ы-ЯеГА taybaci JX 987085 \-Heth baudini JX987086 —Xystrognathus phrissus JX101957 —L— Rhigonema sp.l JX106453 801 Rhigonema ingens JX069475 Ichthyocephaloides sumbatus JX101958 Rhigonema sp.2 JX 106455

p ichthyo ;- jRhigoi 1—Rhii

Rhigonema thysanophora EF180067 Leidynemaportentosae EFI80073

Heterakis gallinarum DQ503462

Рис. 7. Филогенетические отношения между изученными нематодами-ригонематоморфами и другими группами нематод (аскаридоморфы, оксиуридоморфы) по результатам Байесова анализа последовательностей 18S рДНК (общее число признаков - 1630; модель эволюции GTR+G+I; 2000 000 генераций, 'burn-in'= 300 000). Шкала - вероятность 0.1 нуклеотидной замены на сайт.

помощью Байесова анализа (топологии деревьев, полученных тремя другими методами анализа, существенно не отличались). В этой филограмме Я1^опетаин(1еа, Кагаотпетаимска и аскаридоморфы образуют три части единого кластера. Надежного объединения двух из этих групп вместе не обнаруживается. С высоким уровнем под держки (100%) оксиуридоморфы оказываются вне этого единого кластера.

Pleclus murrayi AB649029

-Ditylenchus gigas HQ219216

-Anguillicola crassus JF805570

- Aspiculuris tetraptera EF46455I

■-Thelastom

¡3 і Leidynei locil-Crani/t

— Travassosinema sp. HM76976I Cameronia multiovata GQ368470 Thelastoma sp. GQ368468

Leidynema portentosae GQ401114 Crani/era cranifera EU365632

_Сагпоуа sp. JX946703

Heth taybaci JX946704 Heth sp. JX443483 Heth baudini JX443484 j—Brumptaentilius justinl JX999732 —p Insulanema longispiculum JX436471 loolr-Cattiena trachelomegali JX4I9378

10«L Cottienafmsipanis JX436470 P Rhigonema ingens JXI31616 Rhigonema sp.l JX155275

Xystrognathus phrisstts JX155274 I— Ichthyocephaloidts sumbatus JXI55273

IMil-Rhigonema sp.г JX15S276

-Spirocerca lupi AY751500

^ j— KrfJ]i4\C(irisparmenteri GU245689 "I—Heterocheitus runicatus AF226592

-Raphidascaris gigi AB558481

-Ascaris lumbricoides AY210806

logj— Phocascarisphocae AF226584 97 1— Contracaecum microcephaium AF226573 10ЛГ Anisakis simplex AY821754

•Pseudoterranova decipiens AY821762

Рис. 8. Филогенетические отношения между изученными нематодами-ригонематоморфами и другими группами нематод (аскаридоморфы, оксиуридоморфы) по результатам Байесова анализа последовательностей 28S рДНК (общее число признаков -753; модель эволюции GTR+G+I; 2000 000 генераций, 'bum-in' = 250 000). Шкала -вероятность 0.1 нуклеотидной замены на сайт.

В ГенБанке имеется лишь небольшое число последовательностей 28S рДНК для интересующих нас таксонов нематод. Результаты анализа по этому участку ДНК представлены на Рис. 8. Оксиуридоморфы на этом древе образуют независимую ветвь, к которой, хотя и при незначительном уровне поддержки, примыкает последовательность спируриды Anguillicola crassus. Нематоды надсемейства Rhigonematoidea объединяются с аскаридоморфами, но также с незначительной поддержкой. Таким образом,

Ю^опетаКпсІеа, КашотпетаЮісІеа и АзсагісІотогрЬа образуют три независимые

эволюционные линии.

Попыткой обойти недостаточную поддержку основных интересующих нас групп

нематод стало проведение анализа т.н. сомкнутых последовательностей. Результаты

такого анализа представлены на Рис. 9.

_РІесШа тиггауі

■ Leidynema portentosae

99

■ Heterocheilus tunicatus

100

■ Ascaris lumbricoides - Contracaecum microcephalum

99

1001

nt

Rhigonema ingens Rhigonema sp.l -Xystrognathus phrissus

100

- Ichthyocephaloides sumbatus Rhigonema sp.2

Carnoya sp. Heth sp.

Heth taybaci Heth baudini

-Brumptaemilius juslint

Insulanema longispiculum Cattiena trachelomegali Catiiena fansipanis

Anguillicola crass us

0.1

Рис. 9. Филогенетические отношения между изученными нематодами-ригонематоморфами и другими группами нематод по результатам Байесова анализа «сомкнутых» последовательностей (18S+28S) рДНК (общее число признаков - 2297; модель эволюции GTR+G+I; 2000 000 генераций, 'burn-in' = 300 000). Шкала -вероятность 0.1 нуклеотидной замены на сайт.

Использование «сомкнутых» последовательностей дает явное повышение поддержки основных ветвей, которая для ригонематоидей, рансомнематоидей и аскаридоморф составляет 99-100% (т.е. достоверна в Байесовом анализе). При этом взаимоотношения этих трех близких групп нематод не разрешены, т.е. мы не можем

сказать, какие две из них оказываются более близкими друг к другу, нежели к третьей группе.

5.4. Филогенетические отношения ригонематоморф и других групп паразитических нематод

В данном разделе приводится анализ взаимоотношений изучаемой группы нематод с представителями других таксонов паразитических нематод. «Молекулярный» анализ не имеет таксономического смысла вне связи с данными морфологических исследований. Поэтому, на филогенетическое древо, построенное методом Байесова анализа, были «нанесены» морфологические признаки. Целью был поиск морфологических синапоморфий, подтверждающих достоверность основных ветвей, выделенных по результатам молекулярно-филогенетического анализа. Выявление синапоморфий - появления новых признаков в эволюции - возможно лишь при определении гипотетических предковых признаков. Первый опыт выделения таких признаков был сделан М. Адамсоном и Д. Ван Веребеком (Adamson, van Waerebeke, 1985). В дополнение к признакам, предложенными данными авторами (шестиугольное ротовое отверстие с шестью губами, количество головных сенсилл 6+6+4), в качестве предковых мы рассматриваем также: копулятивный аппарат из двух спикул и рулька, наличие тонкой оболочки яиц, присутствие большого числа соматических сенсилл и «плектидный облик» экскреторной системы. На Рис. 10 на филогенетическое древо нами нанесены морфологические апоморфии для основных групп, выделенных по результатам молекулярно-филогенетического анализа. Морфологические апоморфии даны черными квадратами и отмечены порядковыми номерами. Узлы, характеризующиеся единственной или несколькими «молекулярными» синапоморфиями, отмечены знаком в виде волнообразной линии под соответствующим номером, а в Таблице 3 дан список этих синапоморфий и характер нуклеотидных замен.

Таким образом, на эволюционные линии «аскаридно-спируридно-оксиуридной» ветви нами нанесены синапоморфии и одна гомоплазия (белые квадраты). Каждая из синапоморфий характеризует лишь одну из исследованных групп и может использоваться как характеристика данного таксона. Выявленная гомоплазия (редукция соматических сенсилл) также отличает нематод «аскаридно-спируридно-оксиуридной» ветви от предковых форм, но появляется, по-видимому,

г Р1есШ$ тиггау'1

, Ье1(1упета роМеМояае

,Не1егосНеИи5 Штса1ия . А^иИИсо1а сгахяш

, АзсагЬ 1итЬпсоШе5

Соп1гасаесит писгосер1га1ит Сагпоуа ер.

НаА ер. НаА *ауЬаЫ

НеШ ЬашИт Вгитр1аетШи$ ¡ихйт

1ти1апета 1ощкр1си1ит

СаШепа trachelomegali

СаМепа /апя1рап1з Xystrognathus рИгнхт ■ Rhigonema врЛ . Rhigonema

. 1сМ1уосер!1а1о1(1ез яитЬМш Rhigonema ер.2

Рис. 10. Наложение морфологических признаков на кладограмму, полученную по результатам Байесова анализа «сомкнутых» последовательностей (188+288) рДНК -соответствует филограмме на Рис. 9. Синапоморфии в строении экскреторной системы: 1-е центральным пузырем и 4-мя кутикуляризованными каналами; 2 — одинарный продольный канал в латеральном валике; 3 - трубчатый терминальный проток с общим поперечным каналом и очень тонкими каналами, отходящими в латеральные валики; 4 - терминальный проток с пузыревидными стенками и 4-мя протоками, отходящими из общего поперечного канала; синапоморфии в строении оболочек яиц: 5-е толстой оболочкой и 2-мя маточными слоями; 6-е толстой оболочкой и 1-м маточным слоем из волокнистого гликопротеина; 7-е толстой оболочкой без маточных слоев, с утолщенным хитиновым слоем; гомоплазия: 8 -утрата соматических сенсилл; апоморфии: 9 - полное слияние спикул и редукция рулька; 10 - неполное слияние спикул (сохраняются две головки спикул).

независимо в нескольких рассматриваемых группах. Заметим также, что редукция соматических сенсилл и связанных с ними пор в кутикуле есть феномен, происходящий в самых разных эволюционных линиях «сецернентных» нематод (= Rhabditida De Ley, Blaxter, 2002). Ранее сам признак редукции соматических сенсилл рассматривался как свойство всех «сецернентов», однако обнаружение к настоящему времени многочисленных примеров сохранения соматических сенсилл или различных пор в кутикуле показывает, что этот признак не может быть синапоморфией для всех «сецернентов» (представителей отряда Rhabditida De Ley, Blaxter, 2002). Даже в пределах надсемейства Ransomnematoidea, у большей части которых сохраняются соматические сенсиллы, их редукция отмечена для рода Сагпоуа (гомоплазия 8). К апоморфным признакам, возникающим параллельно в нескольких эволюционных линиях исследованных нами нематод, следует отнести сокращение элементов копулятивного аппарата самцов - слияние или редукция спикул или рулька. Такие процессы характерны как для всех оксиуридоморф, так и для рансомнематоидей из сем. Hethidae. У некоторых Ichthyocephalidae наблюдается процесс уменьшения размеров одной спикулы при увеличении относительных размеров другой. У Rhigonematidae копулятивный аппарат самцов всегда состоит из двух равных или неравных спикул и рулька.

Больший интерес представляют синапоморфии, т.е. те новые признаки, что появились лишь в одной из эволюционных линий нематод «аскаридно-спируридно-оксиуридной» ветви и характеризуют таксоны ранга надсемейства или семейства. Анализ строения изученных нами нематод показывает, что такие признаки обнаруживаются как раз в тех органах нематод, что непосредственно обеспечивают их жизнедеятельность или способствуют завершению жизненного цикла. Так, у всех «сецернентных» нематод развивается более или менее разветвленная экскреторная система. При этом у оксиуридоморф - представителей надсемейств Oxyuroidea и Thelastomatoidea - экскреторная система всегда состоит из хорошо заметного пузыря, открывающегося на поверхность тела экскреторной порой, и 4-х каналов с кутикуляризованными стенками, отходящими в латеральные валики. Такое строение экскреторной системы является несомненной синапоморфией Oxyuridomorpha (1). До некоторой степени сходна с такой экскреторной системой ее организация у Rhigonematoidea, но у них стенки самого терминального канала образуют

пузыревидную структуру, а 4 протока, отходящие из общего поперечного канала, не имеют заметной кутикуляризации (синапоморфия 4). Для большинства аскаридоморф описана экскреторная система с одним продольным цитоплазматическим тяжом, залегающим в толще одного из латеральных валиков (2), а для Ransomnematoidea характерны экскреторные системы с трубчатым терминальным протоком, ведущим в общий изогнутый канал, от которого в латеральные валики отходят очень тонкие каналы меньшего сечения (4).

Изучение строения оболочек яиц у нематод «аскаридно-спируридно-оксиуридной» ветви позволило обнаружить ряд синапоморфий, характеризующих отдельные таксоны. Для инфраотряда Oxyuridomorpha (синапоморфия 5) характерны толстые оболочки яиц с 2-мя маточными слоями; для Ascaridomorpha (6) - толстые оболочки яиц с 1 -м маточным слоем из волокнистого гликопротеина, а для Rhigonematoidea (7) - толстые оболочки яиц без маточных слоев, с утолщенным хитиновым слоем.

Таблица 3. Положение молекулярных синапоморфий в выравнивании и характер нуклеотидных замен. (1-6: место расположения синапоморфий на древе; п: общее число синапоморфий для данного узла филогенетического древа; формат столбца: цифра -положение синапоморфии в выравнивании, буквы - нуклеотидная замена; общая длина выравнивания -2297 п.н.; с 1 по 1575 - 18S рДНК, с 1576-2297 - D2-D3 рДНК).

п 1 2 3 4 5 6

1 1265 С->Т 154 Т—»А 1639 G—>А 509 С->Т 39 С—G 124 G->A

2 1560 G—»А 2007 G—»А 537 G-+A 552 С-»Т 129 С—>Т

3 2204 Т—>А 542 Т—>G 1648 С—Т 144 G—»А

4 1744 Т—>С 1679 Т—»G 148 С->Т

5 1806 C-VT 1952 G—>С 162 G—>-А

6 386 С-*Т

7 466 Т—>С

8 508 A->G

9 544 G-»A

10 713 A—G

И 2172 С—>Т

Для некоторых изученных нами таксонов, а также для некоторых кластеров из родов, относящихся в соответствии с традиционной систематикой к разным семействам, находится неожиданно высокое количество «молекулярных» синапоморфий (Таблица 3). Максимальное число их характерно для узла, объединяющего Rhigonema ер Л, Я. епз и Xystrognaíhus рйпгаш (узел с пометкой 6

20

на Рис. 10). При этом для Rhigonematoidea, как единого таксона, обнаруживается лишь одна синапоморфия (узел с пометкой 3).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для каждого из 13 видов нематод надсемейств Rhigonematoidea и Ransomenmatoidea получен «набор» данных, состоящий из результатов изучения морфологии в световом и сканирующем электронном микроскопах и последовательностей двух участков рибосомальной ДНК: 18S и 28S. Эти два независимых массива данных (морфологические и молекулярные) были использованы для проведения филогенетического анализа. К основным результатам такого анализа можно в порядке убывания их таксономической важности отнести следующие: 1) «неподтвержденность» монофилии Rhigonematomorpha; 2) кластеризация между собой отдельных родов из надсемейств Rhigonematoidea и Ransomnematoidea вопреки существующей классификации и некоторым очевидным признакам морфологического сходства; 3) сохранение в пределах исследованных нами групп нематод форм с набором весьма «примитивных» признаков, непосредственно напоминающих гипотетические предковые признаки.

Проведенный молекулярно-филогенетический анализ не показывает монофилии ригонематоморф, как группы, объединяющей Rhigonematoidea и Ransomnematoidea. Если в филограммах, построенных по отдельным методам, эти группы и объединялись, то поддержка такого единства была заведомо низкой. Конечно, анализ по двум участкам рибосомальной ДНК не может считаться окончательным. Рибосомальные последовательности кодируют лишь РНК и не являются в полном смысле слова генами. Используемые в таксономии нематод морфологические признаки не связаны непосредственно с эволюцией рибосомальных последовательностей и, в этом смысле, морфология и молекулярные последовательности рДНК являются двумя независимыми источниками филогенетической информации. В таком случае совпадения между результатами анализа по этим двум типам данных повышают достоверность выявляемого родства между отдельными таксонами. Проведенный нами анализ морфологии Rhigonematoidea и Ransomnematoidea не выявил общих для них синапоморфных

признаков, которые бы отличали этих нематод от других представителей «аскаридно-спируридно-оксиуридной» группы паразитических нематод. Единственным общим признаком для этих двух надсемейств является «паразитирование в многоножках-диплоподах». Этот признак не может считаться информативным, поскольку имеются и другие очевидные случаи колонизации задней кишки диплопод нематодами (например, некоторые представители Thelastomatoidea).

По результатам молекулярно-филогенетического анализа Rhigonematoidea и Ransomnematoidea были выявлены случаи хорошо поддержанной филетической связи между родами, относящимися к разным семействам. При этом роды одного семейства попадали в разные кластеры родов, очевидно противоречащие существующей систематике. Так часть видов рода Rhigonema {Rhigonema ingens и Rhigonema sp.l) образует кластер с родом Xystrognathus, а другой вид рода Rhigonema sp.2 - с родом Ichthyocephaloides. При этом по строению головного конца все эти три вида ригонем должны быть отнесены именно к этому роду: имеется полусферическая головная капсула, трирадиальное ротовое отверстие, передняя часть тела покрыта волосками.

В дереве, построенном на сомкнутых последовательностях, нематоды рода Сагпоуа из Индонезии образуют единый и хорошо поддержанный кластер с представителями семейства Hethidae. При некоторых других методах анализа, построенных по одному участку ДНК, эти нематоды не показывают объединения с Heth, но и не оказываются в родстве с другими представителями семейства Carnoyidae. Все остальные изученные карнойиды, включая формы, обнаруженные на разных континентах и показывающие существенные морфологические различия (например, Brumptaemilius и Cattiena), создают стабильный и хорошо поддерживаемый кластер. Проведенный морфологический анализ показывает, что Сагпоуа из Индонезии отличается от других изученных нами карнойид по такому существенному признаку, как отсутствие соматических сенсилл.

Двумя возможными причинами выявленного нами «разногласия» молекулярных филограмм и морфологических признаков являются неоднозначность молекулярно-филогенетического анализа или несовершенство существующей систематики ригонематоморф. Не исключено, что каждый из наблюдаемых нами случаев несоответствия может объясняться одной из этих причин. Так, на данном этапе нам трудно объяснить обнаруженную кластеризацию отдельных видов рода Rhigonema с

нематодами относящимися к другому (не Ш^опетайс1ае !) семейству. В то же время, обособленное положение Сагпоуа из Индонезии на молекулярном древе хотя бы частично подтверждается их существенными морфологическими различиями от других карнойид. Поэтому мы не может исключить и полифилетической природы семейства Сагпоу1с1ае в нынешнем понимании. Быть может, признаки сходства между изученными нами представителями этого семейства - не более чем общие плезиоморфные признаки, не отражающие родства. Действительно, строение Сагпоуа и СаШепа сходно, потому что повторяет обычное для нематод строение, свойственное, в том числе, и предковым формам всего надсемейства. Вооружение головного конца, казалось бы сближающее эти роды - не более чем гомоплазия, объясняемая адаптивным характером кутикулярного вооружения, необходимого при продвижении в плотном субстрате задней кишки хозяина. С такой точки зрения и характерная для ¡{^¿опета схема строения головного конца может быть предковой для всего надсемейства. Действительно, предложенные М. Адамсоном и Д. Ван Веребеком морфологические ряды билатеризации головного конца ригонематоидей «стартуют» с формы, соответствующей современным представителям рода ЯЫ§опета. В этом случае предковое строение головного конца не может служить достоверной синапоморфией для этого рода. Требуются дополнительные морфологические исследования для выявления гетерогенности этого рода и выявления признаков, отличающих каждую из частей рода.

С точки зрения изучения эволюции нематод исследуемых групп существенный интерес представляют нематоды семейства НеЙж1ае. Морфология самок типового рода этого семейства — НеЛ — существенно изменена по сравнению с типично нематодной. Головной конец превращается в особый подвижный орган, ответственный за избирательную фильтрацию бактерий просвета кишки хозяина В то же время обнаружение Д. Хаитом рода ТиШпета дало промежуточное звено такой эволюции, показав существование формы с незавершенным процессом образования псевдолабий. Именно у таких существенно измененных нематод обнаруживается совокупность весьма примитивных для всей изучаемой группы признаков: тонкостенные яйца, развитие, завершающееся выходом личинки 1-й стадии из оболочек яйца и первой линькой в наружной среде, соматические сенсиллы и своеобразная, не имеющая аналогов среди других нематод «аскаридно-спируридно-оксиуридной» группы, экскреторная система. Длина ветвей, ведущих к НеЛ в

молекулярных филограммах, невелика, что может быть истолковано как признак низких темпов эволюции этой группы. В морфологии этих нематод сложные модификации, обеспечивающие новые механизмы питания, соседствуют с явно примитивными признаками. Можно сказать, что эта группа является интересным и ранее малоизученным примером эволюции нематод и колонизации ими новых экологических ниш, в данном случае задней кишки членистоногого-хозяина.

ВЫВОДЫ

1. Результаты филогенетического анализа исследованных представителей надсемейств Rhigonematoidea и Ransomnematoidea выявляют несоответствия между традиционной систематикой, построенной по морфологическим признакам, и филограммами, построенными по результатам сравнения нуклеотидных последовательностей 18S и 28S (D2-D3 сегмент) рибосомальной ДНК. Выявлена полифилия типового рода сем. Rhigonematidae и сем. Ichthyocephalidae. Представители этих семейств образуют две группы, в каждую из которых попадают как виды рода Rhigonema, так и представители сем. Ichthyocephalidae. Также полифилетичным оказывается сем. Carnoyidae - его типовой род Сагпоуа объединяется с видами семейства Hethidae.

2. Выявлены существенные различия в морфологии личинок первой стадии представителей типового рода семейства Rhigonematidae (надсемейство Rhigonematoidea) и семейства Carnoyidae (надсемейство Ransomnematoidea). У личинок 1-й стадии Rhigonematidae проявляются черты строения взрослых ригонематоидей (форма тела с расширенным передним концом, передняя часть фаринкса охватывает стому). Личинки 1-й стадии карнойид сходны со свободноживущими личинками почвенных нематод (цилиндрическая стома, соотношение длины корпуса и базальной части фаринкса, продольные латеральные ребра кутикулы) и не имеют характерных особенностей взрослых рансомнематоидей.

3. В строении нематод рода Heth (типового рода семейства Hethidae Ransomnematoidea), а также представителей некоторых родов сем. Carnoyidae (iCattiena, Insulanema) того же надсемейства сохраняется комплекс признаков, присущих предковым формам всех «сецернентных» (= Rhabditida по De Ley, Blaxter, 2002) нематод:

присутствие множественных соматических сенсилл, экскреторная система с сильно извитыми экскреторными каналами, формирование тонкостенных оболочек яиц, развитие с самостоятельным выходом личинки первой стадии из оболочек яйца.

4. По результатам анализа морфологических и молекулярных признаков изученных нематод многоножек не подтверждена монофилия инфраотряда Rhigonematomorpha как совокупности двух надсемейств: Ransomnematoidea и Rhigonematoidea. Этот факт трактуется как свидетельство независимой колонизации задней кишки многоножек-диплопод нематодами этих двух эволюционных линий.

5. Анализ сомкнутых (concatenated) последовательностей 18S рДНК и D2-D3 сегмента 28S рДНК позволяет разрешить филогенетические отношения в пределах «аскаридно-спируридно-оксиуридной» ветви нематод (clade III по Blaxter et al., 1998) и выявляет большее количество синапоморфий для каждого из выявленных таксонов (кластеров). Анализ каждого из этих участков по отдельности не дает достаточной поддержки основных ветвей в получаемых кладограммах

6. Выявлен разрыв в уровне нуклеотидных различий по 28S рибосомальной ДНК между семействами и родами, входящими в состав Rhigonematoidea и Ransomnematoidea: представители разных семейств отличаются друг от друга не менее чем на 92 пары нуклеотидов, тогда как наблюдавшиеся межродовые различия не превышают 66 пар нуклеотидов.

7. Эволюционные линии, представленные надсемействами Ascaridoidea, Ransomnematoidea и Rhigonematoidea, показывают большее родство друг с другом, чем с другими таксонами паразитических нематод «аскаридно-спируриднооксиуридной» ветви. Для каждого из этих надсемейств выявлены морфологические и молекулярные синапоморфии, указывающие на их монофилетическое происхождение.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, входящих в международную базу WoS (список ВАК):

1. Malysheva S. V., Spiridonov S. E. Four new species of Heth Cobb, 1898 (Rhigonematida: Hethidae) from Vietnamese diplopods // Nematology. 2010. Vol. 12. № 4. P. 567-585.

2. Malysheva S. V., Pham Van Luc. Cattiena fansipanis n. sp. (Nematoda: Rhigonematida: Carnoyidae) from a millipede (Myriapoda: Diplopoda: Spirobolida) in North Vietnam // Systematic Parasitology. 2012. Vol. 81. № 2. P. 135-146.

3. Malysheva S. V., Cribb T. A new species of Heth Cobb, 1898 (Nematoda: Rhigonematida: Hethidae) from an Australian millipede (Myriapoda: Diplopoda: Spirostreptida) // New Zealand Journal of Zoology. 2012. Vol. 39. № 4. P. 301-309.

4. Malysheva S. V., Pham Van Luc & Spiridonov S. E. Insulanema longispiculum gen. п., sp. n. a new Carnoyidae (Nematoda: Rhigonematomorpha) from Phu Quoc Island, Vietnam // Russian Journal of Nematology. 2012. Vol. 20. № 2. P. 157-166.

В других изданиях:

Malysheva S. V., Spiridonov S. E. Nematode fauna from hind gut of diplopods from Guadeloupe, French West India // Russian Journal of Nematology. 2003. Vol. 11. № 2. P. 142.

Malysheva S. V. Comparative morphological study of anterior end of nematodes inhabiting hind gut of tropical diplopods // Russian Journal of Nematology. 2005. Vol. 13. № 2. P. 153-154.

Малышева С. В. Сравнительно-морфологическое изучение головного конца нематод из задней кишки тропических многоножек-диплопод // Материалы Шестого международного совещания Российского общества нематологов. Москва. 2005. с. 98.

Малышева С. В. Ультраструктурные особенности переднего конца тела нематод семейства Carnoyidae (Ransomnematoidea) И Материалы международной научной конференции «Фауна, биология, морфология и систематика паразитов». М.: Российская академия наук, 2006. С. 178-180.

Malysheva S. V., Spiridonov S. Е. ТЕМ and SEM study of anterior end morphology of Camoyid nematodes (Carnoyidae, Ransomnematoidea, Rhigonematida) // Abstracts of the XXVIII ESN International Symposium. Blagoevgrad. Bulgaria. 2006. P. 159-160.

Малышева С. В. Тонкая морфология поверхности и ультраструктура нематод рода Travassosinema (Travassosinematidae: Thelostomatoidea) из кишечника тропических Diplopoda // Материалы IV Всероссийского Съезда Паразитологического общества при Российской академии наук. Санкт-Петербург. 2008. Т. 2, С 162.

Guzeeva Е. A., Malysheva S. V., Pham Van Luc & Spiridonov S. E. Intestinal parasitic nematodes of Vietnamese invertebrates: new findings // Abstracts of the 5th International Congress of Nematology. Brisbane. Australia. 2008. P. 229.

Malysheva S. V., Spiridonov S. E. The phytogeny of Rhigonematomorpha nematodes -intestinal parasites of diplopods // Contributions to the 3rd Moscow International Conference "Molecular Phylogenetics". Moscow. Russia. 2012. P. 134.

Малышева С. В., Косевич И. А. и Спиридонов С. Э. Применение молекулярно -филогенетического анализа в таксономии и систематике нематод инфраотрэда Rhigonematomorpha (Rhabditida: Nematoda) // Материалы Международной научной конференции «Современные проблемы общей паразитологии». Москва. 2012. С. 201-205.

Формат 60x90/16. Заказ 1665. Тираж 100 экз. Усл.-печ. л. 1,0.

Печать офсетная. Бумага для множительных аппаратов.

Отпечатано в ООО "ФЭД+", Москва, Ленинский пр. 42, тел. (495)774-26-96

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Малышева, Светлана Владимировна, Москва

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭКОЛОГИИ И ЭВОЛЮЦИИ

имени А.Н. Северцова РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

04201356946

МАЛЫШЕВА Светлана Владимировна

ТАКСОНОМИЯ И ФИЛОГЕНИЯ НЕМАТОД ИНФРАОТРЯДА ЬШЮО^МАТОМОЯРНА ИЗ КИШЕЧНИКА ТРОПИЧЕСКИХ

В1РЬОРОБА

Специальности 03.02.04 - зоология и 03.02.11 - паразитология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: Доктор биологических наук С.Э. Спиридонов

Москва 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................4

ГЛАВА 1. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ НЕМАТОД НАДСЕМЕЙСТВ RHIGONEMATOIDEA И RANSOMNEMATOIDEA......................................8

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ..............................29

2.1. Сбор материала.............................................................................29

2.2. Приготовление глицериновых препаратов и их исследование методом световой микроскопии.........................................................................32

2.3. Изучение нематод методом сканирующей электронной микроскопии.........32

2.4. Молекулярные методы исследования нематод......................................33

2.5. Обработка полученных нуклеотидных данных.....................................36

ГЛАВА 3. ОПИСАНИЯ ВИДОВ НЕМАТОД ЗАДНЕЙ КИШКИ МНОГОНОЖЕК.................................................................................41

3.1. Описания новых видов нематод семейства Hethidae...............................41

3.2. Описания новых видов нематод семейства Carnoyidae...........................67

3.3. Описания новых видов нематод семейства Ichthyocephaidae.....................92

3.4. Описания новых видов нематод семейства Rhigonematidae.....................103

ГЛАВА 4. МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И НУКЛЕОТИДНЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ В ТАКСОНОМИИ РИГОНЕМАТОМОРФ..........111

4.1. Особенности морфологии ригонематоморф........................................111

4.1.1. Особенности организации Rhigonematoidea......................................Ill

4.1.2. Особенности организации Ransomnematoidea....................................118

4.2. Молекулярно-таксономические признаки в систематике ригонематоморф...............................................................................129

ГЛАВА 5. ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РИГОНЕМАТОМОРФ И ИХ ПОЛОЖЕНИЕ В СИСТЕМЕ НЕМАТОД................................................136

5.1. Сравнительная морфология Rhigonematoidea и Ransomnematoidea и проблема единства ригонематоморф...................................................................136

5.2. Сравнительный анализ онтогенетического развития представителей надсемейств Rhigonematoidea и Ransomnematoidea....................................138

5.3. Молекулярно-филогенетический анализ родственных отношений в пределах надсемейств Rhigonematoidea и Ransomnematoidea....................................147

5.4. Филогенетические отношения ригонематоморф и других групп паразитических нематод......................................................................165

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................174

ВЫВОДЫ........................................................................................178

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................180

СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА......................................189

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Нематоды (№та1:о(1а) представляют собой один из наиболее многочисленных типов животного царства (НосИа, 2007). Одним из направлений эволюционного развития этой группы животных стало их проникновение внутрь других живых организмов, с формированием симбиотических отношений разной степени напряженности - от форезии до истинного паразитизма.

Объектом настоящего исследования были выбраны представители двух надсемейств инфраотряда ЗД%опета1:отогрЬа: Ш^опетаимбеа (ригонематоидеи) и Катотпеп-ш^ёеа (рансомнематоидеи), обитающие в половозрелом состоянии в кишечнике крупных тропических многоножек-диплопод. Диплоподы являются одними из наиболее древних обитателей суши, первые находки которых относятся к концу ордовикского периода (Головач, 1980). Некоторые из этих нематод (сем. НеНиёае) питаются исключительно бактериями просвета кишки хозяина, чему способствуют сложные структуры их головного конца. Для некоторых представителей (.7а1оркога) доказано хищничество - питание другими нематодами, обитающими в том же просвете кишки хозяина. Особенности биологии подавляющего большинства других нематод этих двух надсемейств все еще остаются неизвестными. Филетические связи этих двух таксонов нематод и их место в эволюционной истории всего типа представляют значительный интерес, как один из путей становления паразитизма в пределах типа №та1ос!а.

Цель и задачи исследования. Целью данного исследования было проведение ревизии системы нематод надсемейств Ш^опета1шс1еа и Кашотпета1шс1еа и определение филетических связей этих двух таксонов нематод кишечника многоножек. Определены следующие задачи:

1. Провести морфологическое изучение возможно большего числа родов нематод надсемейств Ш^опета1о1с1еа и ЯапвотпетаКпёеа.

2. Получить нуклеотидные последовательности 2-х доменов рибосомальной ДНК для нематод надсемейств Rhigonematoidea и Ransomnematoidea.

3. На основе полученных нуклеотидных последовательностей провести анализ филогенетических связей нематод надсемейств Rhigonematoidea и Ransomnematoidea и определить взаимоотношения между отдельными таксонами этих групп.

5. Подготовить и опубликовать описания новых для науки форм, выявленных в процессе проведения исследования.

Научная новизна. Впервые была исследована неизвестная ранее фауна нематод сем. Hethidae из многоножек Вьетнама и описаны четыре новых вида, данного семейства, обнаружение которых явилось первым сообщением о нематодах этой группы из материковой Азии, также описан новый вид того же семейства из многоножек Австралии. Описан новый вид сем. Ichthyocephalidae, для которого приводятся морфологические и морфоиетрические данные по личиночным стадиям. Представлены дополнительные морфологические данные по уже описанному представителю надсемейства Rhigonematoidea - Xystrognathus phrissus. Описаны два новых вида и новый род нематод семейства Carnoyidae. Впервые описаны личинки первой стадии для одного представителя каждого из надсемейств. Для 16 видов нематод надсемейств Rhigonematoidea и Ransomnematoidea впервые с помощью сканирующего электронного микроскопа исследованы поверхностные структуры. Для 5 представителей надсемейства Rhigonematoidea и 8 представителей надсемейства Ransomnematoidea получены нуклеотидные последовательности 18S и 28S рибосомальной ДНК. Впервые проведен филогенетический анализ этих двух надсемейств по совокупности морфологических и молекулярно-таксономических признаков.

Теоретическое и практическое значение работы состоит в разработке таксономии нематод, обитающих в задней кишке многоножек. Тропические многоножки являются одними из наиболее важных деструкторов целлюлозы в тропических экосистемах. Их связь с нематодами надсемейств Ransomnematoidea и Rhigonematoidea позволяет использовать данные по этим паразитам при изучении биологии и экологии их хозяев. Изучение фауны нематод этих двух

надсемейств дает дополнительный материал к познаний) закономерностей формирования и расселения беспозвоночных в тропических экосистемах. Новые данные по строению ригонематоидей и рансомнематоидей дополняют существующие представления об организации нематод беспозвоночных и дают дополнительные признаки для систематики этого типа. Полученные нами нуклеотидные последовательности депонированы в ГенБанке (NCBI GenBank), что представляет собой часть работы по созданию всемирной базы данных, обеспечивающей надежное определение живых организмов.

Апробация работы. Материалы данного исследования были представлены и обсуждены на 5-м и 6-м Международных симпозиумах нематологов во Владивостоке в 2003 г. и в Москве в 2005 г., на Международной научной конференции паразитологов в Москве в 2006 г., на 28-м Международном симпозиуме Европейского общества нематологов в 2006 г. в Благоевграде (Болгария), 4-м Всероссийском съезде Паразитологического общества при РАН в С.-Петербурге в 2008 г., 5-м Международном нематологическом конгрессе в Брисбене, Австралия в 2008 г., конференции «Молекулярная Филогенетика» в Москве в 2012 г. и Международной научной конференции «Современные проблемы общей паразитологии» в Москве в 2012 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи в международных рецензируемых журналах, включенных в базу данных Web of Science, а также 9 публикаций в других изданиях (материалы научных совещаний и симпозиумов).

Положения, выносимые на защиту.

- Монофилия Rhigonematomorpha не подтверждается ни морфологическими, ни молекулярными данными.

- Существует разрыв в уровне нуклеотидных различий по 28S рибосомальной ДНК между семействами и родами, входящими в состав Rhigonematoidea и Ransomnematoidea.

- В строении некоторых нематод надсемейства Кап8отпета1:о1с1еа сохраняется комплекс признаков строения, присущих возможным предковым формам.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 190 страницах текста, и подразделена на введение, 5 глав, заключение и выводы. Диссертация иллюстрирована 62 графическими рисунками и схемами, а также фотографиями, полученными в сканирующем электронном микроскопе. В текст включено 22 таблицы.

Благодарности. Автор глубоко признателен своему научному руководителю Сергею Эдуардовичу Спиридонову за всестороннюю поддержку и ценные замечания при выполнении работы и подготовке рукописи. Особую благодарность за возможность работы по электронной микроскопии автор выражает Георгию Натановичу Давидовичу и Анатолию Георгиевичу Богданову, а также всем сотрудникам Межкафедральной лаборатории электронной микроскопии Биологического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова. Огромную благодарность за помощь в сборе материала автор выражает сотруднику музея природы Вьетнамской Академии Наук и Технологий д-ру Фам Ван Лыку, а также сотруднику Биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова Д. В. Карелину.

ГЛАВА 1. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ НЕМАТОД НАДСЕМЕЙСТВ RHIGONEMATOIDEA И RANSOMNEMATOIDEA

В начале нашего исторического обзора необходимо обозначить границы применения некоторых русских названий тех таксонов, о которых пойдет речь ниже. Представителей семейства Rhigonematidae будем далее называть «ригонематиды», и это русское название не будем использовать для обозначения форм объединенных в отряде Rhigonematida, тем более что валидность этого отряда ставится нами по результатам наших исследований под сомнение. Русские названия надсемейств Rhigonematoidea и Ransomnematoidea (таксонов, валидность которых не вызывает сомнений), - ригонематоидеи и рансомнематоидеи, соответственно. Как будет показано в конце данного обзора, в настоящее время наиболее корректным названием для таксона, объединяющего оба эти надсемейства, оказывается предложенное Де Леем и Блакстером (De ley, Blaxter, 2002) название инфраотряда Rhigonematomorpha (т.е. ригонематоморфы).

Первая нематода из многоножек была описана Лейди (Leidy, 1849, цит. по Скрябин и др., 1966) под названием Ascaris infecta. Позднее Кристи и Кобб переописывают этот вид как Rhigonema infecta (Leidy, 1849) Christie & Cobb, 1927. Примечательно, что этот вид паразитирует в широкораспространенных в Северной Америке диплоподах Narceus annularis Rafinesque, 1820 (Spirobolidae), которые встречаются по всей основной территории США до самой канадской границы.

Дальнейшее пополнение известных ныне форм ригонематоидей и рансомнематоидей происходило за счет экзотического материала. В 1898 году Жильсон описывает Carnoya vitiensis Gilson, 1898 из диплоподы «Julus solomonensis» с о-ва Фиджи (Gilson, 1898, цит. по Adamson, 1984а). В том же году создатель современной нематодологии Натан Кобб описывает интереснейшего представителя Ransomnematoidea - нематоду Heth juli Cobb, 1898 из Moss Vale, в Новом Южном Уэльсе, Австралия (Cobb, 1898).

Нематод многоножек и некоторых других паразитических нематод Райэ и Анри, в созданной ими общей классификации паразитических нематод (Railliet, Henry, 1916 цит. по Скрябин и др., 1966), помещают в две разные группы. Род Carnoya Gilson, 1898 вместе с Cosmocerca Diesing, 1861, Oxysomatium Railliet et Henry, 1916, Falcaustra Lane, 1915, Amblyonema Linstow, 1898 и Ananconus Railliet et Henry, 1916 попадает в четвертую группу. В пределах этой группы род Carnoya был объединен с родом Isakis (плохо описанный паразит термитов). Основанием для объединения столь различных форм между собой было наличие у самцов двух равных спикул и рулька. В особую группу авторы выделили роды, для которых на тот момент были описаны лишь самки: Aorurus Leidy, 1849, Hystrignathus Leidy, 1850, Heth Cobb, 1898 и Wellcomia Sambon, 1907.

Нематодам беспозвоночных была посвящена работа крупного бразильского паразитолога JIaypo Травассос (Travassos, 1919 цит. по Скрябин и др., 1966), который объединил нематод членистоногих в двух семействах: Lepidonemidae и Isakidae. К последнему семейству относился только один род Isakis Lespés, 1856, ныне не считающийся валидным. В семейство Lepidonemidae в составе подсемейства Hystrignathinae вошли роды Heth Cobb, 1898 и Streptogaster Cobb, 1898. Как было выяснено позднее, представители последнего являются лишь самцами рода Heth.

В 1929 Травассос, создает новую, более структурированную систему оксиурид беспозвоночных животных (Travassos, 1929 цит. по Скрябин и др., 1966). Травассос подвергает критике свою прежнюю систему, расформировав созданное им подсемейство Hystrignathinae. Причиной тому послужил сам диагноз подсемейства, основанный преимущественно на диагнозе рода Carnoya, который из-за сходных морфологических данных ошибочно считался синонимом рода Hystrignathus из жуков-пассалид.

ТАКСОНЫ, ВКЛЮЧАЮЩИЕ НЕМАТОД ЗАДНЕЙ КИШКИ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ (по Травассосу, 1929)

I. Семейство Lepidonemidae Travasos, 1919

1. Подсемейство Lepidoneminae Travasos, 1919 Род Lepidonema Cobb, 1898 Род Hystrignathus Leidy, 1850 Род Pulchrocephala Travassos, 1925

II. Семейство Thelastomidae Travassos, 1929

1. Подсемейство Thelastominae Travassos, 1929 Род Thelastoma Leidy, 1849

Род Leidynema Schwenk, 1929 Род Severianoia (Schwenk, 1926) VojxBlatticola Schwenk, 1926 Род Binema Travassos, 1925 Род Protrellus Cobb, 1920 Род Pseudonymus Diesing, 1857.

2. Подсемейство Aorurinae Walton, 1927 Род Aorurus Leidy, 1849.

3. Подсемейство Oniscicolinae Travassos, 1929 Род Oniscicola Schwenk, 1927.

4. Подсемейство Ransomnematinae Travassos, 1929 Род Ransomnema Artigas, 1926

Род Carnoya Gilson, 1898 Род Rondonema Artigas, 1926 Род Angra Travassos, 1929 Род Heth Cobb, 1898 Род Cruznema Artigas, 1927.

III. Семейство Isakidae Travasos, 1919 Род Isakis Lespés, 1856

Род Rhigonema Cobb, 1898 Род Ichthyocephalus Artigas, 1926.

IV. Роды, не отнесенные к определенному семейству: Род Cephalobium Cobb, 1920

Род Cephalobellus Cobb, 1920 Род Phanoglene Nordmann, 1840.

Можно видеть, что некоторые предложенные им таксоны носят явно искусственный характер. Например, семейство Lepidonemidae, к которому он относит плохо описанный род Lepidonema, а также роды Hystrignathus и Pulchrocephala от медведок, с их сложной морфологией головного конца. При этом столь отличные по биологии и строению нематоды объединяются по признаку отсутствия спикулярного аппарата.

Почти одновременно с JI. Травассосом Артигас (Artigas, 1929) предлагает свою классификацию, представляющую несколько измененную систему Травассоса. Семейство Isakidae он подразделяет на два подсемейства:

1. Подсемейство Isakinae Artigas, 1929 с родами:

Isakis Lespés, 1856;

Rhigonema Cobb, 1898.

2. Подсемейство Ichthyocephalinae Artigas, 1929

Ichthyocephalus Artigas, 1926.

Род Cruznema он исключает из подсемейства Ransomnematinae, выделяя новое подсемейство Cruzneminae в семействе Thelastomatidae. Эти подсемейства Артигас рассматривает в качестве представителей надсемейства Oxyuroidea Railliet, 1916 (Artigas, 1929 цит. по Скрябин и др., 1966). Уже через год после опубликования своей первой классификации Артигас (Artigas, 1930 цит. по Скрябин и др., 1966) предлагает ввести семейство Rhigonematidae вместо Isakidae, создавая название таксона ранга семейства от имеющего приоритет рода и вида этой группы нематод - Rhigonema infecta (Leidy, 1849) Christie & Cobb, 1927.

В 1934 г. В своей книге «Нематоды вредные и полезные в сельском хозяйстве» И. Н. Филипьев, на основании строения пищевода и кутикулярного вооружения самок, формирует подсемейство Carnoyainae (такое написание в книге Филипьева!) для родов Carnoya Gilson, 1898 и Rondonema Artigas, 1926, относя его к семейству Oxyuroidae (Филипьев, 1934).

В 1937 г. Была опубликована новая система оксиурид Б. Г. Читвуда (Chitwood, 1937). Нематодам был придан ранг типа, а категории Aphasmidia Chitwood et Chitwood, 1933 и Phasmidia Chitwood et Chitwood, 1933 рассматривались как подклассы этого типа. Подкласс Aphasmidia подразделялся на отряды Chromadorida Chitwood, 1933 и Enoplida Chitwood, 1933, а подкласс Phasmidia на отряды Rhabditida Chitwood, 1933 и Spirurida Chitwood, 1933. В отряде Rhabditida было выделено надсемейство Oxyuroidea, в котором оксиуриды позвоночных животных объединяются в двух семействах: Oxyuridae и Atractidae. Заметим, что к последнему семейству, однако, присоединено и подсемейство Ransomnematinae, включающее исключительно нематод многоножек. Отметим это особо - Читвуд вполне допускает объединение в одном таксоне ранга семейства (!) как паразитов позвоночных, так и паразитов беспозвоночных. Представители двух других семейств - Thelastomatidae и Rhigonematidae - паразитируют у беспозвоночных. Приводим здесь систему Б. Г. Читвуда:

ЧАСТЬ СИСТЕМЫ НЕМАТОД (по Chitwood, 1937), ВКЛЮЧАЮЩАЯ ПАРАЗИТОВ ЗАДНЕЙ КИШКИ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ

Отряд Rhabditida Chitwood, 1933 Надсемейство Oxyuroidea Railliet, 1916 Семейство Oxyuridae Cobbold, 1864 Подсемейство Oxyurinae Hall, 1916 Подсемейство Pharyngodoninae Travassos, 1919 Семейство Atractidae Travassos, 1919 Подсемейство Atractinae Railliet, 1917 Подсемейство Labidurinae Yorke et Maplestone, 1926 Подсемейство Ransomnematinae Travassos, 1929 Семейство Thelastomatidae Travassos, 1929 Подсемейство Thelastomatinae Travassos, 1929 Подсемейство Protrelloidinae Chitwood, 1932

Семейство Rhigonematidae Artigas, 1930 Подсемейство Rhigonematinae Artigas, 1926 Подсемейство Ichthyocephalinae Artigas, 1929 С конца 40-х. годов все более значительный влияние на представления о системе паразитических нематод начинает ок