Введение
Отряд Himatismenida создал в 1987 году Пэйдж (Page, 1987) в составе подкласса Testacealobosia De Saedeleer, 1934 класса Lobosea Carpenter, 1861, включив в него семейство Cochliopodiidae De Saedeleer, 1934, объединяющее четыре рода амебоидных протестов — CochliopodiumHeitvAg et Lesser, 1874, Gocevia Valkanov, 1932, Paragocevia Page, 1987 и OvalopoJium Sawyer, 1980.
Основным диагностическим признаком химатисменид является наличие у этих амеб гибкого прозрачного клеточного покрова, накрывающего клетку только с дорзальной стороны. У представителей рода Cochliopodium этот клеточный покров представляет собой слой полисахаридных чешуек на поверхности плазматической мембраны и называется "текгум". Амебы родов Gocevia и Paragocevia несут фиброзный клеточный покров, который в современной литературе обозначается как "кутикула". Род Ovalopodium с этой точки зрения до сих пор изучен недостаточно.
Первая находка представителей этого отряда была сделана почти 150 лет назад (Auerbach, 1856). Впоследствии с химатисменидами сталкивалось довольно значительное число исследователей, особенно в XDC-первой половине XX века (например, Archer, 1871, 1877; Leidy, 1879; Penard, 1902; Cash, Hopkinson, 1909; Schaeffer, 1926; De Saedeleer, 1934; Valkanov, 1936; Pussard, 1965; Bark, 1973; Pussard et a!., 1977; Page, Willumsen, 1980; Sawyer, 1980; Dykova et al., 1998; Kudryavtsev, 1999a, 1999b, 2000). Химатисмениды чрезвычайно широко распространены в природе и изолированы из самых разных местообитаний. Тем не менее, наши современные знания о биоразнообразии отряда Himatismenida далеки от полноты, а вопрос о создании системы этого отряда, которая отражала бы его филогенетические взаимоотношения с другими протестами, никогда серьезно не поднимался в литературе.
В состав родов, объединенных в отряд Himatismenida, разные авторы включали 26 видов и несколько неидентифицированных до вида изолятов, обладающих характерными признаками этих родов. Самым надежным критерием родовой принадлежности вида в пределах химатисменид является ультраструктура клеточного покрова. Для идентификации видов рода Cochliopodium ключевую роль играет строение чешуек тектума. Вместе с тем, на сегодняшний день известна ультраструктура лишь шести видов, относящихся к этому отряду. Большая же часть видов изучена только на светооптическом уровне
6
и не реизолировалась с момента первоописания. Ультраструктура клеточного покрова амеб этих видов неизвестна, поэтому их систематическое положение и, в ряде случаев, валидность являются спорными.
Анализ морфологических и ультраструктурных признаков химатисменид заставляет поставить под сомнение филогенетическую целостность этого таксона. По сути, единственным объединяющим признаком химатисменид является наличие толстого клеточного покрова, который не одевает клетку целиком, а покрывает только ее дорзальную поверхность. При этом разные роды, входящие в состав этого отряда, четко отличаются друг от друга особенностями морфологии и ультраструктуры, и никаких "переходных форм" между ними не известно. Поэтому отряд Himatismenida в настоящее время слабо обоснован и может оказаться полифилетической группой.
Положение химатисменид в системе амебоидных протистов также является предметом дискуссии. До 2002 года отряд Himatismenida входил в состав подкласса Testacealobosia, в рамках традиционного разделения лобозей на "голые" и "раковинные" формы. Однако в современных системах амебоидных организмов такое положение этого отряда сохранялось скорее "по инерции", будучи слабо подкрепленным нашими знаниями о морфологии и биологии этих амеб. В 2002 году Роджерсон и Паттерсон (Rogerson, Patterson, 2002) включили химатисменид в состав голых лобозных амеб в качестве таксона неясного систематического положения, фактически, признав то, что наших знаний об этой группе на сегодняшний день не хватает для серьезного анализа ее филогенетических связей с другими таксонами протистов.
В предлагаемой вниманию читателя работе, написанной по результатам 8 лет изучения этой группы амебоидных организмов, мы попытаемся ликвидировать этот пробел. На основании анализа литературных данных и результатов собственных исследований различных представителей химатисменид мы предложим вариант ревизии систематического состава этой группы. Кроме того, мы попробуем проанализировать филогенетические взаимоотношения в пределах химатисменид и вероятные филогенетические связи представителей этого отряда с другими группами протистов.
Глава 1. Обзор литературы
1. Основные понятия и термины, используемые при описании морфологии лобозных амеб
При описании морфологии представителей отряда Himatismenida используется система терминов, сложившаяся для голых лобозных амеб (Page, 1988, 1991; Смирнов, Гудков, 2000; Brown, Smirnov, 2004), из - за значительного сходства химатисменид с Gymnamoebia на светооптическом уровне. В настоящей работе мы будем использовать эту систему с незначительными модификациями. Ниже мы приводим основные термины.
Локомоторной формой называется амеба, быстро и направленно перемещающаяся по субстрату (рис. 1, /). Если амеба движется медленно, но направление движения меняется редко, то мы будем говорить о медленно перемещающейся амебе. Если амеба движется медленно и постоянно меняет направление движения, говорят о ненаправленно перемещающейся амебе (рис. 1, 2), а если амеба прикреплена к субстрату и не движется, то она называется покоящейся или неперемещающейся (рис. 1, 3). Если такая амеба изменяет форму тела и образует различные цитоплазматические выросты, мы будем говорить о неперемещающейся, но активной амебе. Флотирующей формой называется амеба, отделившаяся от субстрата на достаточно продолжительное время и свободно плавающая в толще воды. Обычно такая амеба приобретает специализированную форму тела (рис. 1, J-8).
Длиной локомоторной формы называют расстояние между передним и задним концом перемещающейся клетки. Шириной локомоторной формы называется расстояние, измеряемое перпендикулярно направлению движения, в наиболее широкой части клетки. У уплощенных амеб, адгезирующихся к субстрату, различают дорзальную и вентральную поверхности тела. Вентральной называют поверхность тела, прилегающую к субстрату. Противоположную ей поверхность тела называют дорзальной. Задний конец тела движущейся амебы называется уроидом. Он может быть гладким или нести те или иные морфологически выраженные структуры (рис. 1,9-13).
В цитоплазме амебы различают гиалоплазму, то есть зону прозрачной цитоплазмы, не содержащую ядра, оптически видимых органелл и включений, и гранулоплазму, зону непрозрачной цитоплазмы, которая содержит ядро, органеллы и включения, заметные в световой микроскоп (рис. 1, /). Многие амебы способны образовывать временные выросты цитоплазмы — псевдоподии. Псевдоподии лобозных амеб обычно называют лобоподиями (рис. 1, 14). Это широкие цилиндрические выросты цитоплазмы, клетки, включающие в свой состав как гиалоплазму, так и гранулоплазму и принимающие активное участие в перемещении клетки по субстрату. Если локомоторная форма уплощена, то говорят о перемещении клетки в виде единой массы цитоплазмы без образования дискретных псевдоподий. В этом случае образуется уплощенная фронтальная зона гиалоплазмы или гиалиновая кайма по периферии клетки (рис. 1, 15, 16). Передний край фронтальной зоны гиалоплазмы или гиалиновой каймы может быть ровным или на нем могут образовываться дискретные выросты гиалоплазмы — субпсевдоподии (рис. 1,15). В отличие от псевдоподий, субпсевдоподии никогда не включают в свой состав гранулоплазму и не обеспечивают движение основной массы цитоплазмы клетки. Уплощенные амебы с вееровидной фронтальной зоной гиалоплазмы при движении иногда образуют короткие широкие выросты на поверхности гиалоплазмы, которые называют гиалиновыми лопастями (рис. 1,16).
При флотировании многие амебы образуют тонкие цитоплазматические выросты, как правило, состоящие только из гиалоплазмы. Эти выросты называются псевдоподиями флотирующей формы.
Ядра амеб, в соответствии с классификацией Райкова (1978), подразделяются на везикулярные (пузырьковидные) и гранулярные (овулярные). Везикулярные ядра содержат крупное центральное ядрышко (малые везикулярные ядра), либо их ядрышковый материал, располагается по периферии ядра в виде нескольких крупных долей (большие везикулярные ядра). Гранулярные ядра содержат большое количество мелких периферических ядрышек.
15
16
Рис. 1. Особенности морфологии клетки голых лобозных амеб (схема, по: Смирнов, Гудков, 2000). /. Локомоторная форма. 2. Ненаправленно перемещающаяся амеба. 3. Неперемещающаяся амеба. 4-8. Различные флотирующие формы. 9— 13. Варианты строения уроида. 14. Локомоторная форма с псевдоподиями. 15. Локомоторная форма с субпсевдоподиями. 16. Локомоторная форма, образующая гиалиновые лопасти. ГИ — гиалоплазма, ГР — гранулоплазма, Л — гиалиновые лопасти, П — псевдоподии, СП — субпсевдоподии. Стрелки показывают направление движения.
10
2. Морфология, биология и систематика рода Cochliopodium Hertwig et Lesser, 1874 sensu Kudryavtsev, 1999
2.1 Строение клетки представителей рода Cochliopodium
Современные знания об организации амеб рода Cochliopodium базируются на результатах изучения очень немногих видов. На светооптическом уровне адекватно описано строение клетки лишь 5 видов — Cochliopodium bilimbosum (Auerbach, 1956) Leidy,1879, С. actinophorum (Auerbach, 1956) Page, 1976, С. minus Page, 1976, С larifeili Kudryavtsev, 1999 и С. gulosum SchaefFer, 1926 sensu Kudryavtsev, 2000. Кроме того, Барком (Bark, 1973) подробно изучены два не идентифицированных до вида изолята, обозначенные им как Cochliopodium sp. 2 и Cochliopodium sp. 3.
У представителей всех указанных видов, кроме Cochliopodium actinophorum, исследовано строение чешуек тектума (Bark, 1973; Dykova et al., 1998; Kudryavtsev, 1999a, 2000). Также строение чешуек известно у изученных японскими авторами видов рода Cochliopodium, обозначенных как "штамм NYS" (Nagatani et al., 1981; Yamaoka et al., 1984), "тип А" и Cochliopodium sp. "тип D" (Yamaoka, Kunihiro, 1985; Yamaoka et al., 1991). Эти изоляты очень кратко охарактеризованы на светооптическом уровне и не идентифицированы до вида.
Детали ультраструктуры цитоплазмы описаны в литературе лишь для четырех видов — С. bilimbosum, С. minus и С. larifeili (Bark, 1973; Dykova et al., 1998; Kudryavtsev, 1999a) и изолята Cochliopodium sp., штамм NYS (Nagatani et al., 1981; Yamaoka et al., 1984).
2.1.1 Особенности светооптической морфологии клетки представителей рода Cochliopodium
Локомоторная форма амеб рода Cochliopodium имеет форму диска, купола или линзы (рис. 1). При наблюдении амеб с дорзальной стороны они, как правило, округлые (отношение длины к ширине примерно равно единице; рис. 2, /, 5), но могут быть слегка вытянуты в длину или в ширину.
11
Цитоплазма отчетливо подразделяется на гиалоплазму и фанулоплазму. Гиалоплазма обычно образует уплощенную, распластанную по субстрату периферическую кайму (рис. 2, 1-4), которая окружает куполообразную центральную массу гранулоплазмы. Эта кайма может иметь одинаковую ширину со всех сторон, однако во время перемещения амебы она чаще всего наиболее широка на переднем и латеральных участках и суживается по направлению к заднему концу тела. При этом гранулоплазматическая масса, при наблюдении амебы "сверху", выглядит смещенной к заднему концу тела, располагаясь субцентралъно и иногда полностью скрывая от наблюдателя задний край гиалиновой каймы.
Передний край гиалиновой каймы локомоторной формы у некоторых видов может быть ровным (рис. 2, 3). У других видов он образует пальцевидные или конические субпсевдоподии или широкие, уплощенные гиалиновые лопасти (рис. 2, /, 4). Как правило, субпсевдоподии не ветвятся, но иногда они могут "расщепляться" в продольном направлении от конца к основанию, в результате чего формируются две субпсевдоподии, имеющие общее основание (рис. 3). По мере перемещения амебы субпсевдоподии и различные неровности, образуясь на переднем крае гиалиновой каймы, смещаются латерально и втягиваются на заднелатеральных участках гиалоплазмы. Иногда субпсевдоподии на заднем конце тела истончаются и некоторое время сохраняются, напоминая уроидные структуры (Bark, 1973).
Уроид направленно перемещающейся амебы, как правило, адгезивного типа. Адгезивные филаменты обычно равномерно распределяются по всему заднему краю гиалоплазмы (рис. 4, /). У некоторых видов дифференцированные уроидные структуры могут временно отсутствовать (Kudryavtsev, 1999b). Иногда задний участок гиалиновой каймы амебы может нести несколько складок (Kudryavtsev, 1999а; рис. 4,2).
Описанный вариант организации локомоторной формы характерен для большинства видов рода Cochliopodium. Однако у некоторых его представителей (например, С. minus Page, 1976) локомоторная форма вееровидная, с широкой фронтальной зоной гиалоплазмы (рис. 2, 5). При быстром перемещении ее передний край, как правило, ровный, Когда движение замедляется, он образует большое количество конических или пальцевидных субпсевдоподий. Гранулоплазма при локомоции смещается на задний конец тела, который образует гиалиновые адгезивные филаменты.
12
Рис. 2. Морфология локомоторной формы представителей рода Cochliopodium. 1, 2. Схема организации локомоторной формы Cochliopodium spp. Вид "сверху" (/) и "сбоку" (2). 3. Локомоторная форма Cochliopodium gulosum (по: Kudryavtsev, 1999b). 4. Локомоторная форма "Cochliopodium spiniferum". 5. Локомоторная форма Cochliopodium minus. ГИ — гиалоплазма, ГР — гранулоплазма, СП — субпсевдоподии, Т — тектум.
Рис. 3. Последовательные стадии "расщепления" надвое субпсевдоподии представителей рода Cochliopodium.
13
Рис. 4. Уроидные структуры представителей рода Cochliopodium. 1. Адгезивный уроид С. actinophorum. 2. Складки гиалоплазмы на заднем крае тела С. larifeili (по: Kudryavtsev, 1999a). Масштабная черта на всех фотографиях 10 мкм.
Ненаправленно перемещающаяся амеба обычно более выпуклая, чем это характерно для локомоторной формы того же вида, часто она становится почти полусферической (Bark, 1973). Иногда клетка сильно вытягивается в длину, приобретая каплевидную форму. Гиалиновая кайма ненаправленно перемещающейся амебы, как правило, более узкая, чем у локомоторной формы. Она полностью окружает гранулоплазму (рис. 5), занимающую в этом случае центральное положение. Часто гиалоплазма образует широкие субпсевдоподии, которые обычно длиннее субпсевдоподий локомоторной формы (рис. 5,2).
Рис. 5. Cochliopodium sp. 2. Ненаправленно перемещающиеся амебы (по: Bark, 1973). /. С ровным краем гиалоплазмы. 2. С субпсевдоподиями по краю гиалоплазмы.
14
Представители большинства видов рода Cochliopodium в неподвижном состоянии имеют полусферическую форму, с очень узкой гиалиновой каймой, край которой ровный. Иногда гиалиновая кайма может полностью сокращаться, делаясь незаметной при наблюдении амебы "сверху". В этом случае клетка приобретает форму, близкую к сферической, однако при этом сохраняется уплощенный участок на вентральной поверхности тела, которым амеба адгезируется к субстрату. В то же время представители некоторых видов рода Cochliopodium в неподвижном состоянии сильно уплощаются (рис. 6). При этом они приобретают неправильную форму, с гиалоплазмой, рассеченной на несколько долей (Bark, 1973).
Адгезирующиеся к субстрату амебы рода Cochliopodium всегда несут тектум только на дорзальной стороне (рис. 2, 2). При этом у большинства видов чешуйки видны в световой микроскоп в виде отчетливых "гранул" на поверхности гиалиновой каймы (рис. 2, 7, 3; 5). На поверхности гранулоплазмы обычно заметен оптический срез тектума в виде двойной линии. У локомоторной формы и ненаправленно перемещающейся амебы тектум покрывает не всю дорзальную поверхность клетки. Передний и латеральные края гиалоплазмы, а также адгезивные уроидные филаменты (если они есть) обычно выступают за край слоя чешуек (рис. 2, 7-3; 5).
Рис. 6. Cochliopodium spp. Неперемещающиеся амебы, распластанные по субстрату. 7. Cochliopodium actinophorum. Масштабная черта 10 2. Cochliopodium sp.2 (по: Bark, 1973).
мкм.
При флотировании (рис. 7) клетка обычно приобретает шаровидную или колоколовидную форму. При этом в первом случае она почти целиком покрыта
15
тектумом, за исключением небольшого участка поверхности, на котором обычно образуется несколько длинных тонких гиалиновых псевдоподий, собранных в пучок (рис. 7, 1). Некоторые виды при флотировании образуют радиальные псевдоподии (Page, 1968), которые проходят сквозь временные отверстия, образующиеся в текгуме (рис. 7,2). Колоколовидная флотирующая форма состоит из куполообразной гранулоплазмы, окруженной узкой гиалиновой каймой (рис. 7, 3). Тектум накрывает ее "сверху", а псевдоподии, как правило, формируются на "нижней", лишенной тектума уплощенной поверхности и по краю гиалоплазмы. Иногда псевдоподии образуются на "верхней" поверхности гиалоплазмы. В этом случае их основания покрыты тектумом.
Наличие флотирующей формы характерно не для всех видов рода Cochliopodium (Kudryavtsev, 1999a), и обычно она редко образуется в культурах спонтанно. Амебы некоторых видов, будучи искусственно отделенными от субстрата, приобретают форму неправильноокруглого комка. Как правило, они быстро оседают на субстрат, после чего могут длительное время оставаться неподвижными, практически не меняя форму.
Рис. 7. Флотирующие формы представителей рода Cochliopodium. I. Шаровидная флотирующая форма с псевдоподиями, собранными в пучок (по: Page, 1968). 2. Флотирующая форма радиального типа (по: Page, 1968). 3. Колоколовидная флотирующая форма (по: Bark, 1973). Жирной линией показано расположение тектума на поверхности клетки.
В большинстве случаев амебы рода Cochliopodium содержат только одно ядро. Изредка в плотных культурах можно наблюдать амеб с двумя или тремя ядрами
16
(Bark, 1973). Обычно ядра располагаются в "дорзальной" части гранулоплазмы, близко к поверхности клетки (Penard, 1902; Bark, 1973). Ядра большинства представителей рода Cochliopodium относятся, по классификации Райкова (Райков, 1978), к пузырьковидному (везикулярному) типу. Обычно они сферические, с крупным центральным ядрышком (рис. 8, 7). У амеб вида С. darum Schaeffer, 1926 описано ядро с ядрышковым материалом в виде нескольких периферических долей (рис. 8, 2) и очень мелкой гранулой в центре (Schaeffer, 1926).
У двух видов (C.granulatum Penard, 1980 и С. echinatum Korotneff, 1879) некоторые авторы предполагали наличие ядра гранулярного типа с множеством мелких ядрышек (Korotneff, 1879; Penard, 1902). Однако иллюстрации, приведенные Пенаром (рис. 8, 3), заставляют предположить, что, возможно, он наблюдал везикулярное ядро с очень крупным, оптически прозрачным и негомогенным, центральным ядрышком. У одного вида — С. minutum West, 1901 — в качестве характерного признака в описании было отмечено "отсутствие ядра" (West, 1901). Тем не менее, на иллюстрациях, изображающих этих амеб, ядро можно распознать, и оно четко обозначено самим же автором.
Рис. 8. Морфология ядер представителей рода Cochliopodium. 1. Cochliopodium gulosum. Ядро везикулярного типа с центральным ядрышком (по: Kudryavtsev, 1999b). Масштабная черта 10 мкм. 2. С. darum. Ядро везикулярного типа с периферическими ядрышками (по: Schaeffer, 1926). 3. С. granulatum. "Гранулярное" ядро (по: Penard, 1902).
Известные пресноводные представители рода Cochliopodium обладают, в зависимости от видовой принадлежности, 1-6 сократительными вакуолями (Page,
17

Получить работу