Variability and phenotypic diversity of the Diplostomum Petromyzifluviatilis Diesing, 1850 trematodes, parasites of lampreys (Lampetrinae, Petromyzontidae)

Full Text

Изучение изменчивости и фенотипического разнообразия паразитов – важный аспект эволюционной и экологической паразитологии. Разнообразие особей является свойством популяции, а изменение характера и степени разнообразия – стороной ее динамики. Изучение взаимосвязи изменчивости паразитов с условиями их жизни направлено на определение роли изменчивости в освоении паразитами различной среды обитания и адаптации к изменяющимся условиям среды.

Трематоды рода Diplostomum – сложная в систематическом отношении группа паразитических организмов. Род представлен значительным числом видов со сложным жизненным циклом, реализуемым с участием пресноводных моллюсков семейства Lymnaeidae в качестве первых промежуточных хозяев, различных рыб как вторых промежуточных хозяев, а также рыбоядных птиц (и предположительно, млекопитающих) как окончательных хозяев (Шигин, 1986, 1993).

Метацеркарии диплостомид имеют обширный ареал и широкий круг не только пресноводных рыб-хозяев из семейств Cyprinidae, Percidae, Salmonidae, Coregonidae, Catostomidae и Gasterosteidae, но даже морских видов рыб в солоноватых водах, например, у представителей семейств Gadidae и Pleuronectidae (Karvonen, Marcogliese, 2020). Они паразитируют в глазах, реже в головном мозге рыб и круглоротых, вызывая опасное заболевание – диплостомоз, и могут причинить значительный ущерб рыбному хозяйству (Шигин, 1986).

Видовая идентификация метацеркарий трематод рода Diplostomum проблематична из-за их высокой индивидуальной изменчивости, а также морфологического сходства разных видов (Шигин, 1986, 1993).

Представляет интерес изучение Diplostomum petromyzifluviatilis Diesing, 1850 на стадии сформированной метацеркарии как паразита головного и спинного мозга рыб – наиболее важного органа, который координирует все системы организма. Хозяева метацеркарий миноги – древние в эволюционном отношении рыбы, которые, в отличие от костных рыб, имеют пресноводное происхождение и необычный цикл развития. Метацеркарии D. petromyzifluviatilis обнаружены в европейской части Палеарктики, включая бассейны рек, впадающих в Северное, Балтийское, Черное и Азовское моря (Шигин, 1986; Sweeting, 1976). Они зарегистрированы у украинской зубатой Eudontomyzon mariae (Berg, 1931) (Зехнов, 1958) и речной Lampetra fluviatilis миног (Linnaeus, 1758) (Шульман, 1957; Гецевичуте, 1974; Евсеева, 2007; Kirjušina, Vismanis, 2007; Sobecka et al., 2010). Также метацеркарии паразитируют в мозге европейской ручьевой Lampetra planeri (Bloch, 1784) (Зехнов, 1958; Гинтовт, 1969) и тихоокеанской (камчатской) Lethenteron camtschaticum (Tilesius, 1811) миног (Митенев, Шульман, 1999; Lebedeva et al., 2022). Морфометрические показатели метацеркарий из разных видов хозяев варьируют, при этом их генетические различия на внутривидовом уровне по молекулярному маркеру сох1 составляют не более 1% (Lebedeva et al., 2022).

В настоящей работе продолжено изучение внутривидовой изменчивости D. petromyzifluviatilis. Основная цель исследования – фенотипическое разнообразие метацеркарий D. petromyzifluviatilis из двух видов хозяев – речной Lampetra fluviatilis и тихоокеанской (ледовитоморской) Lethenteron camtschaticum миног.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Материалом для настоящего исследования послужили 2 выборки метацеркарий D. petromyzifluviatilis из мозга рыб. Первая выборка (Балтийская) собрана из речной миноги Lampetra fluviatilis р. Черная (Ленинградская область). Зараженность речной миноги составляла 44%, число метацеркарий в одной рыбе варьировало от 1 до 66 экз., средняя численность – 8.7 экз. Метацеркарии были собраны из четырех экземпляров рыб: из одной рыбы одна метацеркария, из другой – две метацеркарии, из третьей – три и из четвертой – 14 метацеркарий. Вторая выборка (Беломорская) собрана из тихоокеанской (ледовитоморской) миноги Lethenteron camtschaticum р. Умба (Белое море, Кольский полуостров). У единственного зараженного экземпляра L. camtschaticum было найдено 193 метацеркарии. Микроскопирование и измерение червей выполнены с использованием Olympus CX41 (Olympus Corp., Япония): средние значения признаков метацеркарий из речной и ледовитоморской миног и пределы их изменчивости опубликованы в предыдущей работе (Lebedeva et al., 2022).

Выборки настоящего исследования включали по 20 экз. метацеркарий, которые находились на стадии сформированной ювенильной формы мариты. Изучали изменчивость и характер частотного распределения пластических признаков: длины и ширины тела, ротовой и брюшной присосок, фарингса, органа Брандеса и индивидуальных индексов размеров метацеркарий. Оценивали характер и масштаб изменчивости признаков.

Дискретные признаки (индекс формы)¹ метацеркарий определяли по показателям индивидуальных индексов размеров (отношения длины (А) к ширине (В)) тела и органов согласно Шигину (1986). По частоте встречаемости вариации относили к пяти категориям: редкая (до 10%), малочисленная (11–30%), обычная (31–50%), субдоминирующая (51–70%) и доминирующая (свыше 71%) (Аникиева, 2000). Для статистической обработки результатов использовали критерии Стьюдента, Фишера, χ², Колмогорова−Смирнова, Спирмена, реализованные в пакете Statistica 8. Показатели внутрипопуляционного разнообразия метацеркарий определяли по методу Л.А. Животовского (1982).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Частотное распределение пластических признаков метацеркарий из двух выборок не отличалось от нормального как по критерию χ², так и по критерию Колмогорова−Смирнова. В балтийской выборке коэффициенты корреляции показали наличие умеренной связи (r = 0.5) между признаками длины тела с его шириной, длиной и шириной органа Брандеса, а также ширины тела с шириной фарингса и длины ротовой присоски с длиной фарингса метацеркарий. В беломорской выборке умеренная корреляция отмечена между шириной тела и длиной ротовой присоски, длиной и шириной брюшной присоски, шириной ротовой присоски и шириной органа Брандеса. При анализе изменчивости признаков было обнаружено, что их параметры в выборках в значительной мере перекрывались (рис. 1). Размеры тела и органов метацеркарий из беломорской выборки на 80–90% входили в диапазон показателей метацеркарий из балтийской выборки. Наименьшие показатели совпадения отмечены для ширины брюшной присоски, ширины органа Брандеса (45%) и ширины ротовой присоски (75%). Значения признаков распределялись в вариационных рядах неравномерно и могли иметь две-три моды. По длине тела в обеих выборках выделялись три группы метацеркарий – «мелкие», «средние» и крупные», которые различались численностью и размерами. В балтийской выборке мелкие – с длиной 288 мкм – были малочисленны (5%), средние с длиной 363 мкм составляли 20% численности, крупные с длиной 414–463 мкм доминировали (75%). В беломорской выборке доминировали мелкие метацеркарии с длиной тела до 313 мкм с двумя центральными классами (288 и 313 мкм) – 75% численности, средние были немногочисленны – 25%, а крупные отсутствовали. Балтийская выборка также была представлена двумя группами метацеркарий, каждая из которых включала наиболее высокие и наиболее низкие значения по трем признакам: длине ротовой присоски, длине фарингса и длине брюшной присоски. По ширине органов метацеркарии из балтийской выборки формировали одну группу. Частоты встречаемости числовых значений этих признаков относительно равномерно распределялись в три – четыре частотных класса. В беломорской выборке распределение частот размеров органов метацеркарий концентрировалось преимущественно вокруг одного частотного класса (рис. 1). Статистические показатели изменчивости признаков метацеркарий из двух выборок приведены в табл. 1.

Рисунок 1. Частотное распределение признаков у метацеркарий Diplostomum petromyzifluviatilis из Lampetra fluviatilis и Lethenteron camtschaticum: A – длина тела, B – ширина тела, С – длина ротовой присоски, D – ширина ротовой присоски, E – длина фарингса, F – ширина фарингса, G – длина брюшной присоски, H – ширина брюшной присоски, I – длина органа Брандеса, J – ширина органа Брандеса. По осям ординат – встречаемость, %; по осям абсцисс – среднее значение признака, μм.

Figure 1. Frequency distribution of traits in metacercariae of Diplostomum petromyzifluviatilis from Lampetra fluviatilis and Lethenteron camtschaticum. On the ordinate axes – occurrence, %; on the abscissa axes – mean value of character (μм). A – body length; B. – body width; C – oral sucker length; D. – oral sucker width; E – pharynx length; F – pharynx width; G – ventral sucker length; H – ventral sucker width; I – Holdfast organ length; J – Holdfast organ width.

Таблица 1. Статистические показатели изменчивости признаков метацеркарий Diplostomum petromyzifluviatilis из Балтийской и Беломорской выборок

Table 1. Statistical indices of characters variability of Diplostomum petromyzifluviatilis metacercariae from two sample plac

* Различия достоверны.

Анализ статистических показателей изменчивости признаков метацеркарий показал, что выборки были сходны по показателю разнообразия (дисперсии) всех признаков за исключением фарингса и длины брюшной присоски, варьирование которых в беломорской выборке было достоверно ниже. Выборки также были сходны по коэффициентам изменчивости. Показатели асимметрии были невысокие и в ряде случаев в выборках имели разную направленность. В балтийской выборке наблюдалась слабая отрицательная асимметрия длины и ширины тела, длины фарингса, ширины брюшной присоски, ширины органа Брандеса. Показатели эксцесса в балтийской выборке отражают более частую встречаемость крайних значений признаков, чем в беломорской.

Распределение выборок в пространстве двух признаков – длины и ширины тела, длины и ширины органов выявило незначительное перекрывание размеров метацеркарий. Минимальные размеры метацеркарий из балтийской выборки перекрывались с максимальными размерами из беломорской выборки в 5% случаев по брюшной присоске, по фарингсу и органу Брандеса – в 15%, по телу – в 20% и ротовой присоске – в 30% случаев. Расчет отношения длины тела к его ширине и длины органов к их ширине выявил высокую изменчивость индивидуальных индексов (ИФ) размеров метацеркарий (табл. 2). Широкие границы вариабельности ИФ метацеркарий дали основание для выделения вариаций по форме тела и органов (табл. 3).

Таблица 2. Изменчивость индивидуальных индексов (ИФ, мин–макс) метацеркарий Diplostomum petromyzifluviatilis

Table 2. Variability of individual indices (min–max) of Diplostomum petromyzifluviatilis metacercariae

Таблица 3. Вариации признаков метацеркарий Diplostomum petromyzifluviatilis и частота их встречаемости

Table 3. Trait variations of Diplostomum petromyzifluviatilis metacercariae and their frequencies of occurrence

По степени вытянутости овала были выделены две вариации формы тела метацеркарий – округло-овальная (ИФ менее 1.3) и овально-удлиненная (ИФ от 1.3 до 1.95). Метацеркарии с округло-овальной формой тела в обеих выборках были малочисленны и имели мелкие размеры тела. В беломорской выборке к этой вариации отнесены 4 экз. метацеркарий (20%) с размерами 245–305 х 225–251 мкм. В балтийской выборке вариация с округло-овальной формой тела представлена одним экземпляром (5%)с размером 299 х 241 мкм. Метацеркарии с овально-удлиненной формой тела были многочисленны в обеих выборках. Основу численности (70% в балтийской выборке и 60% в беломорской) составляли метацеркарии с ИФ 1.35–1.45. Особи с максимальным индексом (ИФ > 1.7) были малочисленны в обеих выборках и отличались наиболее крупными размерами (рис. 2).

Рисунок 2. Встречаемость вариаций индекса формы тела метацеркарий Diplostomum petromyzifluviatilis из Lampetra fluviatilis и Lethenteron camtschaticum.

Figure 2. Frequency of variation in body shape index of Diplostomum petromyzifluviatilis metacercaria from Lampetra fluviatilis and Lethenteron camtschaticum.

По форме ротовой присоски выделено 3 вариации: округлая (ИФ 0.83–1.05), овальная (ИФ 1.11–1.35) и овально-длинная (ИФ > 1.35). Балтийская выборка представлена двумя вариациями – малочисленной (30%) с округлой формой и субдоминирующей (70%) с овальной. В беломорской выборке вариации с округлой и овально-длинной ротовой присоской были редкими по численности – 5%, многочисленная вариация с овальной ротовой присоской наиболее часто имела ИФ 1.25. В беломорской выборке были более разнообразны индексы ротовой присоски и был выражен один центральный класс встречаемости значений ИФ (рис. 3А).

Рисунок 3. Встречаемость вариаций индекса формы ротовой и брюшной присосок у метацеркарий Diplostomum petromyzifluviatilis в Lampetra fluviatilis и Lethenteron camtschaticum: A – ротовая присоска, B – брюшная присоска.

Figure 3. Frequency of variation in the shape index of oral and ventral suckers of Diplostomum petromyzifluviatilis metacercariae from Lampetra fluviatilis and Lethenteron camtschaticum: A – oral sucker, B – ventral sucker.

По форме брюшной присоски выделено две вариации: округлая (ИФ 0.83–1.10) и овальная (ИФ 1.11–1.20). В балтийской выборке встречались обе вариации. Округлая с широким колебанием ИФ (0.79–1.09 и тремя подъемами частотных классов) доминировала, тогда как овальная была редкой. В беломорской выборке обнаружена только одна вариация – округлая (рис. 3B).

По форме фарингса выделено две вариации – округлая (ИФ от 0.83–1.1) и овально-удлиненная (ИФ 1.3–2.5). В обеих выборках доминировали метацеркарии с овально-удлиненной формой фарингса, с округлой встречались редко (рис. 4).

Рисунок 4. Встречаемость вариаций индекса формы фаринкса у метацеркарий Diplostomum petromyzifluviatilis в Lampetra fluviatilis и Lethenteron camtschaticum.

Figure 4. Frequency of variation in the pharynx shape index of Diplostomum petromyzifluviatilis metacercariae from Lampetra fluviatilis and Lethenteron camtschaticum.

По форме органа Брандеса выделено три вариации: широко овальная (ИФ 0.76–0.95), округлая (ИФ 0.96–1.1) и овально-удлиненная (ИФ больше 1.11). В балтийской выборке встречались 2 вариации – овально-широкая, которая доминировала по численности, и округлая – малочисленная. В беломорской выборке обнаружены все три вариации: доминировала овально-широкая, были редкими округлая и овально-удлиненная (табл. 3, рис. 5).

Рисунок 5. Встречаемость вариаций индекса формы органа Брандеса у метацеркарий в Lampetra fluviatilis и Lethenteron camtschaticum.

Figure 5. Frequency of variation in the Holdfast Organ shape index in metacercariae from Lampetra fluviatilis and Lethenteron camtschaticum.

Анализ встречаемости вариаций формы тела и органов метацеркарий показал, что в первой (балтийской) выборке встречались все выделенные вариации, за исключением удлиненной формы ротовой присоски и овально-удлиненной формы органа Брандеса. Во второй (беломорской) выборке были обнаружены все выделенные вариации за исключением одной, но иной вариации, чем в балтийской, – овальной формы брюшной присоски. Три качественных признака были сходны частотами встречаемости вариаций. По частоте встречаемости вариаций выборки были сходны тремя признаками – формой тела, фарингса и брюшной присоски. В обеих выборках доминировала удлиненно овальная форма тела, удлиненная форма фарингса и округлая форма брюшной присоски. Альтернативные вариации этих признаков были редкими (табл. 3).

Частоты встречаемости двух признаков (формы ротовой присоски и органа Брандеса) были различны. Оценка внутрипопуляционного разнообразия по форме ротовой присоски не выявила достоверных различий между выборками. По форме органа Брандеса выявлено более высокое разнообразие беломорской выборки (табл. 4).

Таблица 4. Популяционная изменчивость метацеркарий Diplostomum petromyzifluviatilis по форме органа Брандеса

Table 4. Population variability of Diplostomum petromyzifluviatilis metacercariae in the shape of the Holdfast organ

Примечания. μ – среднее число вариаций полиморфных признаков (μ: t² – t¹ = 2.97, p > 0.05); h – доля редких вариаций; s – статистические ошибки показателей; t¹, t² – показатели признака гельминта из Балтийской (1) и Беломорской (2) выборок, соответственно.

ОБСУЖДЕНИЕ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Известно, что морфологическая изменчивость паразитов формируется под воздействием большого числа факторов. По глубине и масштабу перестроек она не имеет аналогов среди животных организмов и может сравниться только с растениями (Завадский, 1968; Шульц, Гвоздев, 1972). Решающее влияние на морфогенез паразитов оказывает хозяин, особенности его экологии и биологии (Ройтман, Казаков, 1977; Аникиева, 2000). Нами изучена морфологическая изменчивость метацеркарий Diplostomum petromyzifluviatilis из двух видов хозяев – речной и ледовитоморской миног. Проведенные исследования показали, что обе гостальные формы метацеркарий фенотипически разнообразны. По составу фенотипического разнообразия, оцененного по полиморфным признакам, вышеуказанные гостальные формы они имеют значительное сходство и включают 9 общих фенотипов из 12 выделенных. Различия проявляются в отсутствии редких фенотипов: овально-удлиненной формы ротовой присоски и овально-удлиненной формы органа Брандеса у метацеркарий из речной миноги и овальной формы брюшной присоски у личинок из ледовитоморской миноги.

Структура фенотипического разнообразия гостальных форм метацеркарий сходна по фенотипам четырех признаков – формы тела, ротовой присоски, фарингса и брюшной присоски. Ядро структуры составляют доминирующие фенотипы с овальной ротовой присоской, овально-удлиненной формой тела, овально-удлиненной формой фарингса и овально-удлиненной формой брюшной присоски. Фенотипы с другими вариациями этих признаков редки и малочисленны. Четкие различия выявлены по встречаемости фенотипов органа Брандеса, что свидетельствует о различиях внутрипопуляционного разнообразия между обеими выборками по признаку формы этого органа.

Изучение пластических признаков показало высокое сходство между гостальными формами в размахе изменчивости размеров тела и органов метацеркарий. В то же время выявлены существенные различия в характере варьирования признаков. Гостальная форма из речной миноги фенотипически более разнообразна по длине и ширине тела, длине и ширине ротовой присоски, длине брюшной присоски. Она имеет сложную фенотипическую структуру, представленную тремя группами особей, различающихся длиной тела и двумя группами с разной длиной ротовой присоски, двумя группами с разной длиной фарингса и двумя группами с разной длиной брюшной присоски. Группы различаются по вкладу в разнообразие гостальной формы и роли в поддержании численности метацеркарий. Доминирующие группы особей поддерживают стабильность существования метацеркарий, малочисленные – повышают разнообразие и устойчивость к факторам среды. Структура разнообразия гостальной формы из ледовитоморской миноги менее сложная и представлена меньшим числом групп. Смещение кривых вариационных рядов и средних величин, которые не отражаются на общем характере кривых, свидетельствует о неполной реализации нормы реакции и менее благоприятных условиях для развития и существования метацеркарий в ледовитоморской миноге.

Биология и образ жизни речной и тихоокеанской миног в значительной степени сходны. Жилая форма речной миноги – сложный комплексный вид, в котором представлен широкий ряд форм половозрелых особей, различающихся своей биологией в период после метаморфоза. Ей свойствен полиморфизм не только на ареале в целом, но и внутри одной популяции. Речная минога связана с заходящими на нерест в реки производителями анадромной формы. Личинки и производители жилой формы обеспечивают связь между отдельными группировками внутри речных систем (Кучерявый и др., 2016). Характерными чертами тихоокеанской миноги, также как и речной миноги, являются высокое фенетическое разнообразие и наличие жизненных форм, различающихся циклами развития. Реализация типов жизненных стратегий зависит от энергетических ресурсов водоема и характера питания разных групп хозяев (Кучерявый и др., 2007; Решетников, 2010). Существенные различия имеются в распространении и условиях жизни. Речная минога балтийского побережья обитает в зоне умеренного климата, переходного от континентального к океаническому с относительно мягкой зимой и умеренно теплым летом. Ледовитоморская минога (L. camtschaticum) встречается от р. Пасвик до Камчатки и обитает в суровых климатических условиях в водоемах с длительным ледовым покрытием, коротким летом и низкой температурой воды (Решетников, 2010; Artamonova et al., 2015).

Как известно (Шварц, 1980), любые изменения условий жизни прямо или косвенно связаны с изменением условий поддержания энергетического баланса и вызывают выраженные морфофункциональные сдвиги в пределах вида. В процессе адаптации отдельных особей, популяций, подвидов приспособления анатомо-физиологического порядка имеют первостепенное значение. Полученные нами материалы об изменчивости и фенотипическом разнообразии гостальной формы метацеркарий Diplostomum petromyzifluviatilis из ледовитоморской миноги позволяют рассматривать изменения в характере распределения пластических признаков, сочетающиеся с их высокой изменчивостью, как один из популяционных механизмов адаптации вида паразита к обитанию в суровых условиях европейской части ареала хозяина.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Исследование выполнено в рамках темы научно-исследовательских работ Института биологии – обособленного подразделения Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Карельский научный центр Российской академии наук» НИР КарНЦ РАН (№ гос. рег. 122032100130-3). Никаких дополнительных грантов на проведение или руководство данным конкретным исследованием получено не было.

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

В данной работе отсутствуют исследования человека или животных.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы данной работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

¹ Далее по тексту обозначается как ИФ.

About the authors

L. V. Anikieva

Email: daryal78@gmail.com
Russian Federation, ул. Пушкинская, 11, Петрозаводск, 185910

D. I. Lebedeva

Author for correspondence.
Email: daryal78@gmail.com
Russian Federation, ул. Пушкинская, 11, Петрозаводск, 185910

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Figure 1. Frequency distribution of traits in metacercariae of Diplostomum petromyzifluviatilis from Lampetra fluviatilis and Lethenteron camtschaticum. On the ordinate axes – occurrence, %; on the abscissa axes – mean value of character (μм). A – body length; B. – body width; C – oral sucker length; D. – oral sucker width; E – pharynx length; F – pharynx width; G – ventral sucker length; H – ventral sucker width; I – Holdfast organ length; J – Holdfast organ width.

Download (526KB)

Indexing metadata

3. Figure 2. Frequency of variation in body shape index of Diplostomum petromyzifluviatilis metacercaria from Lampetra fluviatilis and Lethenteron camtschaticum.

Download (155KB)

Indexing metadata

4. Figure 3. Frequency of variation in the shape index of oral and ventral suckers of Diplostomum petromyzifluviatilis metacercariae from Lampetra fluviatilis and Lethenteron camtschaticum: A – oral sucker, B – ventral sucker.

Download (315KB)

Indexing metadata

5. Рисунок 4. Встречаемость вариаций индекса формы фаринкса у метацеркарий Diplostomum petromyzifluviatilis в Lampetra fluviatilis и Lethenteron camtschaticum.

Download (136KB)

Indexing metadata

6. Figure 5. Frequency of variation in the Holdfast Organ shape index in metacercariae from Lampetra fluviatilis and Lethenteron camtschaticum.

Download (153KB)

Indexing metadata