ВЫВЕДАТЬ У ТРЕМАТОД. ПАРАЗИТЫ ПОМОГАЮТ ПРОЛИТЬ СВЕТ НА МЕХАНИЗМЫ ЭВОЛЮЦИИ.
  |
Паразит - слово какое неприятное! А все потому, что обзывают им личностей совсем уж малосимпатичных. Но если отвлечься от обиходного употребления этого термина, то окажется, что существа, которых так назвали изначально, могут вызывать не то чтобы уважение, но подлинный интерес, желание заниматься их изучением. О предмете своих многолетних исследований - трематодах, живущих за счет других организмов, в частности рыб, - старший научный сотрудник Биолого-почвенного института ДВО РАН (Владивосток) кандидат биологических наук Дмитрий АТОПКИН может рассказывать долго и увлеченно. Впрочем, тема гранта Президента РФ, который он получил в этом году, посвящена не только трематодам, но и исследованиям в области молекулярной систематики и не очень известной широкому кругу читателей филогении. С того, что она собой представляет, и началась наша беседа.
- Филогения - это наука об историческом развитии живых организмов, - поясняет Дмитрий Матвеевич. - В ее основе лежит принцип сходства и различия разных признаков, которые имеют свойство изменяться во времени. Речь идет о длительных его промежутках - тысячах, миллионах лет. Об изменчивости признака внутри вида, например у двух разных особей, можно говорить до тех пор, пока различия не перейдут в качественно новое состояние, называемое фиксированным отличием, благодаря которому можно отличить один вид от другого. Этот принцип позволяет вести изучение на любом таксономическом уровне, то есть его используют как для видов и родов (таксоны низшего уровня), так и для семейств, отрядов, классов (таксоны высшего уровня).
Основной метод исследований - построение филогенетического дерева. Для этого в специально разработанные компьютерные программы закладывают математические алгоритмы. Удобство филогенетического дерева в том, что с его помощью устанавливают систематическое положение организмов методом попарного сравнения. Можно также строить гипотезы о происхождении этих организмов и даже оценивать приблизительное время возникновения того или иного вида. Для этого оценивают длины ветвей дерева.
Тем не менее понять механизмы эволюции изучаемых организмов с помощью одного лишь филогенетического дерева практически невозможно, так как изменчивость не возникает сама по себе. Она зависит от многих факторов, в первую очередь от окружающей среды. Поэтому при изучении филогении живых организмов привлекают геологию, климатологию, палеонтологию.
- Почему для своих исследований вы выбрали трематод?
- Трематоды - интересная и самодостаточная группа организмов, хотя их и нелегко изучать. Они относятся к типу плоских червей - паразитов животных: начиная от моллюсков и насекомых и заканчивая позвоночными (включая человека). Их онтогенез (индивидуальное развитие) - очень сложный процесс, в который может быть вовлечено несколько видов животных. Жизненный цикл трематод включает несколько стадий развития и протекает с чередованием поколений и сменой хозяев, которых, как минимум, два: первый промежуточный и окончательный. Существуют и треххозяинные жизненные циклы. Эволюционно сложилось так, что первыми промежуточными хозяевами для трематод служат брюхоногие и двустворчатые моллюски. Большинство паразитологов придерживаются точки зрения, что моллюски были освоены трематодами в первую очередь, поэтому их отношения считаются самыми древними.
Отдельный аспект исследований - видовая специфичность паразитов. Некоторые виды трематод инфицируют только определенные организмы, будь то первый промежуточный, второй промежуточный или окончательный хозяин. Но неясны механизмы, с помощью которых трематоды находят нужный им вид хозяина среди множества других.
Паразито-хозяинные отношения в популяциях и видах изучены лучше, чем на индивидуальном уровне. Открыта главная закономерность эволюции паразитических организмов: она идет вслед за эволюцией хозяев, и характер изменений почти полностью повторяется. Но существуют процессы, причины которых не совсем понятны, например переход к другим видам хозяев с “отказом” предыдущим. Если состояние популяции устойчивое во всех отношениях, то паразитическим организмам выгодно жить в таких хозяевах, так как есть возможность поддерживать стабильность своего вида. Если популяция хозяина подвергается стрессу и ее состояние ухудшается, вплоть до исчезновения, то паразиты переходят к тем видам, состояние которых более стабильное. При этом паразит может сам претерпеть некоторые изменения, необходимые для поддержания вида. Это так называемый “эффект Черной Королевы”. Название заимствовано из сказки Льюиса Кэрролла “Алиса в Зазеркалье”, где Черная Королева объясняет Алисе, что для того, чтобы оставаться на месте, нужно двигаться.
- Какую проблему вы решаете в своих исследованиях?
- Мы изучаем трематод, обитающих в кефалевых рыбах Дальнего Востока. В частности, проводим исследования на территории Приморского края и в некоторых районах Вьетнама. В проект, которым мы занимаемся сейчас, включено одно семейство - Haploporidae, которое характеризуется наибольшим разнообразием видов трематод, паразитирующих в кефалях.
Мы описали несколько новых видов трематод, как для российской, так и для мировой фауны, есть публикации. Одна из проблем для нас, к решению которой мы хотим приблизиться, - сопоставимость разных видовых критериев. Очень часто данные морфологии сильно разнятся с результатами молекулярно-генетических исследований. Эта проблема будет возникать при комплексном изучении любой группы живых организмов. Конечно, первое и последнее слово при определении вида остается за морфологией, однако молекулярные исследования могут показать абсолютно другие результаты по сравнению с морфологическими. Это основание для пересмотра систематики видов (таксономическая ревизия) и поиска новых морфологических признаков, позволяющих определить систематическое положение видов в свете новых молекулярных данных. Для трематод это особенно актуально, так как изучение их морфологических признаков проводится на основе анализа гистологических препаратов. Но при приготовлении этих препаратов некоторые признаки, например форма и взаимное расположение внутренних органов трематоды, могут измениться. Это может стать причиной ошибочной интерпретации данных. Среди паразитологов, особенно между авторами научных статей и рецензентами, не прекращаются споры на эту тему. На помощь приходят молекулярно-генетические методы, позволяющие оценить сходство трематод по нуклеотидному составу фрагментов ДНК.
Изучение филогении трематод кефалевых рыб - это вторая задача нашего исследования. Основой для реконструкции филогенетических деревьев послужат данные об изменчивости генов, кодирующих рибосомную ДНК в ядерном геноме. Эти гены часто используются паразитологами в качестве молекулярных маркеров изменчивости для решения проблем систематики и филогении плоских червей, поэтому базы данных содержат достаточное количество информации о последовательностях ДНК разных видов трематод, которую можно использовать для построения филогенетических деревьев. Я надеюсь, мы сможем прояснить эволюционные пути формирования изучаемых видов трематод, а также приблизительно оценить эволюционное время существования взаимоотношений трематод и их окончательных хозяев - кефалевых рыб.
- Наверняка у вас уже есть интересные результаты.
- Этой темой исследований мы начали заниматься давно, но только в последние три-четыре года стали получать хорошие результаты и публиковать статьи. Фауна трематод кефалевых рыб, обитающих в водоемах Приморского края, уникальна. Ряд видов в этом регионе описан впервые, и они не обнаружены больше нигде. Выполняя свои исследования, мы можем внести определенный вклад в представление о фауне трематод кефалевых рыб, чего другие исследователи сделать не смогут. Мы опубликовали работу, в которой восстановили род Parasaccocoelium, привели описание и молекулярно-генетические данные двух новых для науки видов трематодиз водоемов Приморского края, относящихся к этому роду, - P. haematochelium и P. polyovum, работа опубликована в этом году в английском журнале Journal of Helminthology. Вторая работа посвящена другому приморскому виду трематоды - Skrjabinolecithum spasskii, описанному в 1954 году. Несмотря на то что этот вид был описан по одному-единственному экземпляру пиленгаса Liza haematocheila из реки Раздольная Приморского края, он попал в основные ключи и определители трематод. Однако это описание не вполне корректное. Наша задача в том, чтобы дать более точное описание вида по нескольким экземплярам, не только в Приморье, но и во Вьетнаме, где этот вид был обнаружен в лобанах - рыбах семейства кефалей. Кроме того, мы выполнили генотипирование этого вида на разных территориях, в результате чего выяснился любопытный факт. Оказалось, что в Приморье внутри вида S. spasskii, заражающего морскую рыбу пиленгас, существуют две генетические формы, которые были выявлены при анализе нуклеотидных последовательностей генов рибосомной ДНК. Более того, во Вьетнаме в лобанах найдена третья генетическая форма этого вида, которая имеет высокое, но не полное генетическое сходство с одной из форм этого вида в Приморье.
Сейчас мы активно обсуждаем и осмысливаем полученные результаты. Уже есть, как минимум, два объяснения генетических отличий паразита на разных территориях. Первое заключается в том, что вид S. spasskii либо его предшественник паразитировал у предковой формы пиленгасов и лобанов. Когда они разошлись, паразиты также начали накапливать генетические отличия, что мы и наблюдаем сейчас. Но эти результаты можно объяснить и переходом на другой вид хозяина. Изначально трематода заражала только один вид рыб, например пиленгасов, а затем по каким-либо причинам они стали переселяться в лобанов. Особи трематод, обитающие в разных видах хозяев, начали накапливать генетические отличия. Не исключено, что в будущем эти формы превратятся в самодостаточные виды, а сейчас мы, скорее всего, наблюдаем начальные этапы видообразования у трематод. Эти результаты имеют большую теоретическую ценность и, возможно, помогут пролить свет на эволюционные механизмы видообразования у трематод. Наши данные вполне подходят для их видовой идентификации как по морфологическим, так и по молекулярно-генетическим признакам. Есть перспективы и для прикладного применения. Полученные нами знания о паразитофауне промысловых видов кефалевых рыб позволят добывать и поставлять потребителям качественную продукцию.
На верхнем фото: Дмитрий Атопкин, руководитель, и аспирантка Алина Никитенко - основной исполнитель работ по теме гранта
На нижнем фото: Новые виды трематод, обнаруженные в кефалевых рыбах Приморья
Фирюза ЯНЧИЛИНА
Иллюстрации предоставлены Д.Атопкиным