авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Соленостные адаптации инфузорий рода paramecium (ciliophora, peniculia)

Зоологический институт РАН

На правах рукописи

СМУРОВ Алексей Олегович СОЛЕНОСТНЫЕ АДАПТАЦИИ ИНФУЗОРИЙ РОДА PARAMECIUM (CILIOPHORA, PENICULIA) 03.00.33 Протистология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт Петербург 2006

Работа выполнена в Лаборатории солоноватоводной

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

гидробиологии ЗИН РАН и Лаборатории зоологии беспозвоночных БНИИ Биолого почвенного факультета Актуальность работы:

СПбГУ, г. Санкт Петербург Проблема отношений между индивидуумами, популяциями и средой их обитания является одной из основных проблем биологии. Известным способом изучения этих отношений Научные руководители: являются экспериментальные исследования.

доктор биологических наук Фокин Сергей Иванович Для разработки теоретических положений и получения прак доктор биологических наук Аладин Николай Васильевич тических результатов при изучении адаптаций организмов исключительное значение имеет феномен акклимации, который

Официальные оппоненты: заключается в реагировании организма на изменения только доктор биологических наук Скарлато Сергей Орестович одного какого либо фактора среды. Очевидно, что исследование доктор биологических наук, акклимации можно провести в "чистом" виде только в лаборатор профессор Бергер Виктор Яковлевич ных условиях. В настоящее время явление акклимации, которое первоначально рассматривалось как лабораторный феномен, под Ведущее учреждение: Педагогический университет им. тверждено многочисленными исследованиями и для естественных А.И. Герцена популяций организмов, относящихся ко многим систематическим группам (Хлебович, 1981). Наибольшее количество работ к настоящему времени посвящено изучению температурных акклимаций организмов. Акклимации к другим факторам среды, в том числе и к изменению солености, изучены менее полно.

Защита диссертации состоится «» 2007 г. в Несмотря на значительные методические сложности ис часов на заседании Диссертационного совета Д 002.223.01 по следования адаптаций одноклеточных организмов, протисты как защите диссертаций при Зоологическом институте РАН по экспериментальные объекты обладают по сравнению с мно адресу:

гоклеточными гидробионтами рядом преимуществ, а именно возможностью: а) вырастить в короткий срок большое количество 199034, Санкт Петербург, Университетская наб. д. 1, актовый экспериментальных клеток;

б) работать с генетически однородным зал.

материалом. Кроме того, простейших в силу своей двойственной природы, т.е. сочетания в своей организации одноклеточности и полноценного организма можно рассматривать как более простой экспериментальный объект по сравнению с многоклеточными

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке организмами, при изучении которого не нужно учитывать спе Зоологического института РАН цифику функционирования клеток различных тканей.

Успех экспериментальных исследований в значительной мере предопределяется выбором объекта, который должен соот

Автореферат разослан «_» 2007 г.

ветствовать нескольким критериям. Кроме легкости и быстроты проведения экспериментов, значение имеет также накопленный в литературе большой объем информации об этом организме. Этим

Ученый секретарь условиям удовлетворяют инфузории, принадлежащие к родам Диссертационного совета, Paramecium и Tetrahymena, о чем свидетельствует имеющееся к кандидат биологических наук Н.А.Петрова настоящему времени огромное количество публикаций по различным аспектам биологии и физиологии этих простейших.

4 Большинство экспериментальных исследований отношения остаются практически неизменными для каждого вида, если в инфузорий к солености среды выполнено на парамециях, пред качестве среды при их оценке используется вода с постоянными ставители рода Tetrahymena в этом отношении исследованы соотношениями ионов.

значительно хуже. Важное значение для настоящего исследования Для континентальных водоемов характерны иные, чем в оке имеет то, что все виды рода Paramecium способны существовать в ане, пропорции ионов, которые изменяют соленостные реакции пресноводных биотопах. Кроме того, парамеции регулярно встре гидробионтов. Исследователями давно было замечено, что в конти чаются в олигогалинных участках эстуариев, и иногда одни и те нентальных соленых озерах при той же солености, что и в море, же виды были обнаружены одновременно как в полигалинных, многие виды имеют более широкие соленостные толерантные ди так и в пресных водах. апазоны (Хлебович, 1974;

Аладин, 1995;

Williams, 1998). Однако В недавнее время впервые был проведен многоуровневый этот результат получен только для многоклеточных гидробионтов:

анализ данных, полученных для большинства известных видов одноклеточные организмы отсутствуют в списке тестированных парамеций, по единой схеме с использованием максимально стан видов. Поэтому мы решили изучить также влияние воды с дру дартизированных оценок, позволивший выявить филогенети гими, чем в океане, ионными пропорциями (аральской) на толе ческие связи и разработать систематику рода Paramecium (Фокин, рантные полигоны и потенциальную толерантность парамеций.

2001, 2002;

Fokin et al., 2004). Такое исследование оказалось Среди реакций организма на изменение солености среды, кроме возможным благодаря собранной С.И. Фокиным уникальной резистентности и толерантности, перспективно изучение изме коллекции живых культур парамеций, включающей почти все нения уровня белков теплового шока, что также может отражать валидные морфологические виды. Соответственно, появилась эволюционные тенденции видов, различающихся по своему возможность провести исследование соленостных реакций отношению к солености среды.

нескольких видов рода Paramecium по стандартным схемам.

Полученные в результате экспериментов данные с учетом уже Цель и задачи исследования:

имеющихся сведений о филогенетическом положении видов дают Основной целью работы была проверка высказанной нами возможность увидеть, как менялись соленостные реакции пара гипотезы о соответствии между филогенетической позицией раз меций в процессе эволюции. В свою очередь, это позволило обо личных видов рода Paramecium и их соленостными реакциями.

сновать новую методологию анализа данных по экологическим реакциям видов для использования их в филогенетических и В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:

систематических построениях. 1. Разработать методы оценки соленостной толерантности у Феномен соленостных адаптаций можно изучать на разных инфузорий.

уровнях, от молекулярного до уровня экологии популяций. 2. Выявить потенциальные соленостные толерантные диапа Действительно, в литературе имеются факты, показывающие зоны и построить соленостные толерантные полигоны для 13 видов существование феномена адаптации к солености у Paramecium как инфузорий рода Paramecium, различающихся по своему отноше на указанных, так и на промежуточных уровнях (Плеханов и др., нию к солености среды.

2006;

Ax, Ax, 1960;

Cronkite et al., 1991;

Tominaga et al., 1998;

3. Сопоставить полученные данные по потенциальной соленост Stock et al., 2001). Так как было невозможно охватить в нашем ной толерантности и соленостным толерантным полигонам видов исследовании весь спектр проблем, касающихся соленостных рода Paramecium с филогенетическими построениями, сделан адаптаций парамеций, мы ограничили поле исследований. Глав ными ранее на основе морфологических, морфометрических и ное внимание было уделено изучению соленостной толерантности молекулярно биологических данных для тех же самых видов и резистентности различных видов инфузорий рода Paramecium. парамеций.

В настоящей работе мы использовали два взаимосвязанных 4. Оценить различия в толерантности разных парамеций к подхода, которые позволили, как нам кажется, успешно срав изменению солености воды с аральским и океаническим составом нивать экологические характеристики видов: толерантный по солей во всем диапазоне потенциальной соленостной толерант лигон и потенциальную толерантность. Эти характеристики ности видов.

6 5. Получить данные об изменении уровня белков теплового и списка цитируемой литературы. Работа изложена на шока семейства 70 кДа в клетках пресноводных парамеций при страницах, содержит 40 рисунков и 7 таблиц.

изменении солёности среды их обитания.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Научная новизна работы:

1. Разработан новый метод определения толерантных границ Глава 1. Материал и методика.

у одноклеточных организмов. Экспериментальные исследования выполнены в лаборатории 2. Выяснено, что род Paramecium пресноводного происхождения. солоноватоводной гидробиологии Зоологического института РАН, 3. Впервые установлено, что одноклеточные организмы могут Беломорской Биологической станции Зоологического института реагировать на изменение солености среды изменением уровня РАН и лаборатории Зоологии беспозвоночных БиНИИ Санкт содержания белков теплового шока семейства 70 кДа. Петербургского государственного университета в 1995 2005 гг.

4. Изменения толерантных границ одноклеточных организмов Всего в работе было использованы 20 клонов 13 видов пара при их адаптации к воде с составом солей, отличающимся от океа меций из коллекции живых культур лаборатории беспозвоночных нического, происходят так же, как и у многоклеточных организ БНИИ Санкт Петербургского университета: P. caudatum (KAR мов. 1), P. multimicronucleatum (YIA3 3, GL 5), P. jenningsi (IA, SA 10), P. bursaria (PK 60), P. putrinum (PG 5), P. primaurelia (HV Теоретическая и практическая значимость работы: 2), P. biaurelia (T10 5), P. sexaurelia (Psex 3), P. polycaryum (Sh2 4, В настоящей работе установлена возможность применения K 2, Pp 5), P. calkinsi (OCE4 1), P. duboscqui (AHV3 3, BB2 3), P.

разработанных ранее методов изучения температурных адаптаций nephridiatum (I1 5 4, SR98 1, SR98 2), P. woodruffi (BB 5).

многоклеточных гидробионтов в исследованиях по соленостным Инфузорий культивировали на салатной среде инокулиро адаптациям одноклеточных организмов. Показана возможность ванной Klebsiella aerogenes (Sonneborn, 1970). Необходимую использования данных по соленостной потенциальной толе соленость создавали добавлением в среду раствора искусственной рантности организмов в исследованиях по их систематике. Мате морской соли, приготовленной по рецепту Шубравого (1983) на риалы диссертации могут быть использованы при чтении курсов дистиллированной воде или разведением дистиллированной водой по протистологии и экологии беспозвоночных. концентрата беломорской морской воды. Инфузорий кормили 2 раза в неделю.

Апробация работы: Устойчивость инфузорий к действию солености была опреде Основные материалы диссертационной работы доложены и лена для P. caudatum, P. jenningsi, P. polycaryum, P. putrinum, P.

обсуждены на VI, VII и VIII конференциях по теме "Проблемы sexaurelia, P. bursaria, P. calkinsi и P. nephridiatum.

изучения, рационального использования и охраны природных Во время "острых" опытов клетки переносили из среды, в кото ресурсов Белого моря" в 1995, 1998 и 2001 гг., на Беломорской рой их содержали, в ряд тестовых соленостей в диапазоне 5 15 ‰.

конференции СПбГУ в 2001 г., на Отчетных сессиях Если клетки какого либо клона выживали в данной солености, то Зоологического института РАН в 1997, 1998, 2000, 2003 и 2005гг., опыт повторяли в ряду более высоких соленостей (15 60 ‰).

на семинарах лаборатории солоноватоводной гидробиологии ЗИН В каждом опыте, который проводили в одной повторности для РАН. каждого значения солености, тестировали смертность 25 клеток (как правило, 30 40), а в контроле, 25 30 клеток.

Публикации: Для полученных в фиксированные промежутки времени По теме диссертации опубликовано 9 статей, 1 глава в данных по смертности рассчитывали логиты, для которых затем коллективной монографии и 7 тезисов докладов. находили коэффициенты уравнения линейной регрессии.

Полученные уравнения использовали для расчета времени 10% Структура и объем работы: (LT10), 50% (LT50) и 90% (LT90) смертности клеток в тестовой соле Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов ности.

8 В ходе выполнения этой работы применяли два способа опре Глава 2. Систематика и филогения парамеций.

деления толерантных границ. В первом из них за толерантную Род Paramecium относится к подклассу Peniculia класса границу принимали асимптоту, перпендикулярную оси тестовой Oligohymenophorea. Пеникулины были впервые указаны как солености, полученную с помощью расчета дробно линейной ре таксон высокого ранга в работе Корлисса (Corliss, 1956). Группа грессии. Для расчета дробно линейной регрессии была создана получила название благодаря присутствию у клеток пеникулюса, оригинальная программа, в которой реализовано несколько алго который был впервые описан в работе Гелеи (Gelei, 1934) и позднее ритмов ее расчета (Smurov et al., 1999). использован в целях таксономии (Faure Fremiet, 1950).

Второй способ основан на предложенной нами методике Вудруф (Woodruff, 1921) ввел подразделение рода Paramecium (Smurov, Fokin, 1998), которая учитывает особенности биологии на две группы не таксономического характера: "aurelia" и протистов. Мы предложили считать толерантной границей не "bursaria". К этой группе относят виды комплекса "P. aurelia", а летальное значение солености для отдельных клеток, а таковое также P. caudatum, P. multimicronucleatum, P. jenningsi и P.

значение для клеточной популяции. При этом учитывается, что wichtermani (Wichterman, 1986). Группа видов "bursaria" вклю отдельные клетки, подвергнутые действию солености могут выжи чает P. bursaria, P. calkinsi, P. polycaryum и P. putrinum.

вать и существовать в течение длительного времени, но при этом Изучение морфологических особенностей видов этих групп не способны дать потомство, которое, выжив, в свою очередь тоже (строения и числа ядер, топографии кинет и кинетосом, способа даст потомство. стоматогенеза при делении, особенностей конъюгации и т.п.) в Потенциальная соленостная толерантность инфузорий, аккли дополнение к форме тела позволило Янковскому предложить мированных к различным соленостям, и толерантные соленостные деление рода на 3 группы, имеющие статус подрода: Helianter, полигоны были получены для 15 клонов, относящихся к 13 видам Cypreostoma и Paramecium (Янковский, 1969;

Jankowski, 1972).

парамеций. Янковским была также предложена схема эволюции рода, Примененный нами метод получения данных, необходимых для которая, по его мнению, происходила следующим образом:

построения толерантного полигона, заключается в акклимации к Helianter P Cypreostoma P Paramecium.

нескольким соленостным концентрациям внутри толерантного К настоящему времени накопилось значительное количество диапазона. После завершения срока, необходимого для полной данных не только по классической морфологии парамеций, но и акклимации (около 1.5 2 месяцев), для всех значений солености по ультраструктуре переходной зоны ресничек (Фокин, 1995), акклимации определяли толерантные границы. Для вновь по видовому составу эндобионтов (Фокин, 1989а, 1989б, 1989с;

Fokin, лученных культур снова определяли толерантные границы. Sabaneeva, 1993;

Fokin et al., 1996, 1999а, 1999б), морфологии и Процедура повторялась до достижения потенциальных толерантных функциональным особенностям макро и микронуклеусов границ. В результате был построен подробный график зависимости (Фокин, 1979, 1989а;

Fokin, 1997;

Fokin, Chivilev, 1999;

Fokin, значений толерантных границ от солености акклимации. Ossipov, 1981), морфологии сократительных вакуолей (Фокин, Сходство толерантных полигонов оценивалось по формуле: 2C/ 1986), сравнительному анализу гена рибосомальной РНК малой (A+B), где C величина общей площади толерантных полигонов, субъединицы (Struder Kypke et al., 2000;

Fokin et al., 2004, 2006), A площадь первого полигона, B площадь второго полигона. морфометрическому анализу клонов (Fokin, Chivilev, 1999, 2000).

Матрица сходства была кластеризована при помощи взвешенного Основные результаты по исследованию сходств и различий парно группового метода. разных видов рода Paramecium, полученные с использованием Белки теплового шока определяли у пресноводной инфузории разных методов, оказываются схожими и приводят к следующим Paramecium jenningsi (клон SA1 10). Для проведения опытов обобщениям (Фокин, 2001):

инфузории были акклимированы к пресной среде и к воде соле 1. Самыми древними видами оказываются P. bursaria, P.

ностью 2 ‰. Срок акклимации клеток составлял не менее 2 меся putrinum и P. duboscqui. Они располагаются в основании родового цев при комнатной температуре (18 20° С). Для простейших древа и значительно отличаются от других видов парамеций по стрессовым соленостным воздействием считался перекрестный ряду морфологических и биологических признаков.

перенос клеток из одной солености акклимации в другую. 2. Недостаточно ясной представляется позиция P. polycaryum.

10 Морфологические и биологические особенности этого вида имеют с антителами к БТШ70 крупного рогатого скота (рис. 1). Моле сходство с аналогичными особенностями видов, относящимися к кулярная масса выявленного белка одинакова, как для клеток, разным группам. акклимированных к пресной и соленой салатной среде, так и для 3. Выделяются 2 кластера видов: кластер P. woodruffi, P. nephri клеток, подвергнутых тепловому и соленостному шоку.

diatum, P. calkinsi и кластер в составе P. jenningsi, P. caudatum, P.

multimicronucleatum и комплекса видов P. aurelia.

По результатам комплексного анализа данных, полученных разными методами С.И. Фокиным (Fokin et al., 2004) была пред ложена следующая система рода, которая использована в насто ящем исследовании: Subgenus Chloroparamecium Fokin et al., в составе Paramecium (Chloroparamecium) bursaria Focke, 1836;

Subgenus Helianter Jankowski, 1969 в составе P. putrinum Claparede et Lachman, 1858;

P. duboscqui Chatton et Brachon, 1933;

Subgenus Cypriostomum Fokin et al., 2004 в составе P. calkinsi Woodruff, 1921;

P. polycaryum Woodruff et Spencer, 1923;

P. nephridiatum Gelei, 1925;

P. woodruffi Wenrich, 1928;

P. pseudoputrinum Drages co, 1970;

Subgenus Paramecium Jankowski, 1969 в составе P. cauda tum Ehrenberg, 1833;

Комплекс P. aurelia (15 видов) (Sonneborn 1975;

Aufderheide et al.,1983), P. multimicronucleatum Powers et Рис. 1. а БТШ70 P. jenningsi, акклимированных к пресной Mitchel, 1910;

P. jenningsi Diller et Earl, 1958;

P. wichtermani среде. Данные иммуноблоттинга после электрофореза в 13% Mohammed et Nashed, 1968 1969;

P. africanum Dragesco, 1970;

P. ном полиакриламидном геле. 1 реперы молекулярной jankowskii Dragesco, 1972;

P. ugandae Dragesco, 1972;

P. schewia массы: 66 кДа (бычий сывороточный альбумин) и 45 кДа koffi Fokin et al., 2001. (яичный альбумин), окраска понсо S;

2 тотальный белковый экстракт P. jenningsi, иммуноферментная реакция с антителами против БТШ 70 быка, проявление методом ECL.

Глава 3. Физиологические механизмы и органеллы, обеспе б Повышение уровня БТШ70 в клетках P. jenningsi в чивающие адаптацию инфузорий к солености среды.

результате "соленостного" шока. Дот блоттинг тотального На основе литературных данных для инфузорий нами выде белкового экстракта P. jenningsi. Иммунохимическое лены несколько коррелированных процессов, ответственных за окрашивание с применением антител против БТШ 70 быка.

адаптацию клетки к солености среды: осмотическая регуляция, Проявление бензидином. 1 инфузории, акклимированные ионная регуляция, работа сократительной вакуоли, изменение к пресной среде;

2 инфузории, акклимированные к 2‰;

содержания свободных аминокислот в клетке, формирование по "соленостный" шок: инфузории перенесены в среду с верхностных пузырьков, формирование пищеварительных ваку соленостью 2‰ из пресной среды;

4 "соленостный" шок:

олей. В главе подробно описана динамика этих процессов и их инфузории перенесены в пресную среду из среды с соленостью 2‰.

связь. Показано, что инфузории (как пресноводные так и морские) поддерживают гиперосмотичность цитоплазмы по отношению к У инфузорий P. jenningsi, акклимированных к пресной среде, осмотичности внешней среды.

БТШ70 обнаружен в незначительной концентрации, тогда как у клеток, акклимированных к солености 2 ‰, в значительной.

Глава 4. Изменение уровня БТШ70 при адаптации инфузорий Уровень экспрессии БТШ70 у клеток, подвергнутых соленостному к солености среды.

стрессу (стрессовым соленостным воздействием считался перенос Методом иммуноблоттинга в тотальном белковом экстракте клеток из пресной среды в воду соленостью 2 ‰, и наоборот), инфузории P. jenningsi, акклимированной к пресной среде, нами также был выше, чем у инфузорий, акклимированных к пресной выявлен полипептидный антиген, который перекрестно реагирует 12 среде. У инфузорий, перенесенных из пресной среды в воду Chloroparamecium. Верхняя толерантная граница для обоих видов соленостью 2 ‰, белок, очевидно, частично синтезируется de novo (P. putrinum, P. bursaria), акклимированных к пресной среде, так же, как и в ответ на понижение солености. расположена в области 3 ‰, а время выживания в средах соле ностью 5 7 ‰ также заметно меньше, чем у всех других Глава 5. Соленостная резистентность и соленостные толе изученных видов.

рантные границы парамеций.

В главе рассмотрены теоретические воззрения на понятия рези Глава 6. Соленостные толерантные полигоны и соленостные стентной и толерантной зон действия фактора в связи с методами потенциальные толерантные диапазоны парамеций.

определения их границ. Приведен обзор методов оценки устой Концепция температурного толерантного полигона впервые чивости и толерантных границ у многоклеточных и однокле была предложена канадским ихтиологом Фраем (Fry, 1947;

Fry точных организмов. На основании анализа литературных и et al., 1942, 1946). Если определить толерантные границы к собственных данных, приведенных в этой главе, показано, что повышению и понижению тестовых значений температурного величины соленостных толерантных границ, полученные при фактора для всего диапазона значений фактора, при которых использовании метода сохранения клона, очень сходны с возможна акклимация организма, то можно построить толерант результатами, полученными при математической обработке ный полигон. Он представляет собою график зависимости верхней кривых смертности. Проверка на сходство результатов, получен и нижней толерантных границ от акклимационных значений ных обоими методами, выявила отсутствие достоверных различий фактора. Фактически толерантный полигон отражает не только на 95 % ном уровне значимости. зависимость толерантности от условий акклимации, но и зону В главе также приведены собственные данные по оценке потенциальной толерантности. Так как потенциальный толерант соленостной устойчивости 8 видов парамеций, акклимированных ный диапазон представляет проекцию толерантного полигона на к пресной среде. Полученные данные по зависимости медианного ось акклимационных значений фактора, или на ось тестовых времени 50 % ной гибели от тестовой солености для всех значений фактора, его можно рассматривать как "линейный" исследованных видов оказалось удобно описывать при помощи образ толерантного полигона. Эти проекции равны.

гиперболических кривых. Кривая 50 % ной смертности имеет Температурный толерантный полигон имеет, как правило, типичную гиперболическую форму для всех полученных нами форму многоугольника. Сходную форму имеют полученные нами экспериментальных данных. Показано, что график смертности для парамеций соленостные толерантные полигоны (рис. 2).

акклимированных к среде соленостью 6 ‰ P. jenningsi и к среде Форма полигона исследованных нами видов варьирует от соленостью 5 ‰ P. caudatum расположен в обоих случаях выше, четырехугольной у P. putrinum, до пятиугольной у P. bursaria, P.

чем для неакклимированных. caudatum, P. jenningsi, P. multimicronucleatum, P. nephridiatum, Анализ кривых 50 % ной смертности для инфузорий подрода P. calkinsi, P. woodruffi, P. dubosqui и шестиугольной у P.

Paramecium показывает, что, несмотря на значительное polycaryum, P. primaurelia, P. biaurelia, P. sexaurelia.

увеличение (в результате акклимации) продолжительности жизни Наиболее важными характеристиками при описании поли в соленостях, близких к критической, верхний порог гонов мы считали: значение верхней толерантной границы при выживаемости изменяется незначительно. Соленость 8 9 ‰ акклимации к пресной салатной среде (начальная ордината);

остается непреодолимой. существование нижней толерантной границы, отличающейся по Другая картина была получена нами для инфузорий, отно значению от 0 (ноль соответствует пресной минерализации);

сящихся к подроду Cypreostomum. Все изученные виды легко ширину зоны потенциальной толерантности;

площадь толерант акклимируются к соленостям, значительно превышающим крити ного полигона;

ширину зоны, в которой возрастает значение ческую соленость (5 8 ‰), которая может служить надежным мар верхней толерантной границы при изменении солености кером для разделения пресноводной и морской фаун (Хлебович, акклимации.

1974). P. putrinum и P. bursaria демонстрируют наименьшую площадь Наименьшую устойчивость к воздействию солености толерантных полигонов. Эти виды не могут приспосабливаться к демонстрируют виды, относящиеся к подродам Helianter и солености более чем 2 3 ‰. P. putrinum не может аккли 14 Рис. 2а. Соленостный толерантный полигон P. putrinum. По оси абсцисс соленость акклимации, ‰;

по оси ординат тестовая соленость. Рис. 2в. Соленостный толерантный полигон P. primaurelia. По оси абсцисс соленость акклимации, ‰;

по оси ординат тестовая соленость.

Рис. 2б. Соленостный толерантный полигон P. multimicronucle atum. По оси абсцисс соленость акклимации, ‰;

по оси ординат тестовая соленость.

мироваться вообще. Для P. bursaria возможна акклимация в диапазоне от пресной воды до солености среды 0.5 ‰.

Рис. 2г. Соленостный толерантный полигон P. woodruffi. По оси P. caudatum, P. multimicronucleatum и P. jenningsi имеют абсцисс соленость акклимации, ‰;

по оси ординат тестовая большую площадь толерантных полигонов, чем P. putrinum и P.

соленость.

bursaria. Соленостные толерантные границы клонов этих видов, 16 акклимированных к пресной среде, имеют значения в пределах 3 4.5 ‰. P. caudatum, P. multimicronucleatum и P. jenningsi могут быть акклимированы к солености 6.5 8.5 ‰.

Виды комплекса P. aurelia, имеют большую площадь толе рантных полигонов, чем вышеупомянутые 3 вида. Они могут акклимироваться к солености 12 15 ‰. Полигон толерантности P. polycaryum имеет почти те же особенности, что полигоны видов комплекса P. aurelia.

Эвригалинные виды парамеций P. calkinsi, P. duboscqui, P.

nephridiatum и P. woodruffi имеют наибольшие площади толе рантных полигонов. Соленостные толерантные границы клонов этих видов, акклимированных к пресной среде, значительно превышают величину критической солености (5 8 ‰). Ширина зоны, в которой возрастает значение верхней толерантной границы, при изменении солености акклимации, почти та же, что и для других видов парамеций.

Для того чтобы выявить наиболее важные характеристики толерантных полигонов парамеций, мы описали 14 их признаков и провели анализ главных компонент. Согласно проведенному анализу первые два фактора исчерпывают более 93 % общей дисперсии (71.2 % для первого фактора и 22.5 % для второго).

На основании распределения значений факторов 13 видов Рис. 3. Диаграмма сходства толерантных полигонов парамеций.

парамеций в пространстве первого и второго факторов можно 1 P. nephridiatum, 2 P. duboscqui, 3 P. woodruffi, 4 P. calkinsi, выявить сходные полигоны. Всего этим методом нами выделены 5 P. putrinum, 6 P. bursaria, 7 P. primaurelia, 8 P. biaurelia, 9 P. sexaurelia, 10 P. polycaryum, 11 P. caudatum, 12 P.

три группы. В первую входят такие виды, как P. caudatum, P.

multimicronucleatum, 13 P. jenningsi.

multimicronucleatum, P. jenningsi, P. bursaria и P. putrinum, во вторую P. primaurelia, P. biaurelia, P. sexaurelia и P. polycaryum, в третью P. calkinsi, P. duboscqui, P. nephridiatum и P. woodruffi. морской воде были тем больше, чем выше было значение потен Для оценки сходства толерантных полигонов нами был пред циальной толерантной границы для морской воды.

ложен другой метод, основанный на выявлении доли общей Соленостный толерантный полигон P. caudatum в аральской площади двух сравниваемых полигонов. В матрице сходства воде имел большую площадь, чем в воде с океаническим составом толерантных полигонов, полученной для 13 видов парамеций солей (рис. 4). Это относится и к остальным двум полигонам взвешенным парно групповым методом, выделяются три кластера исследованных видов. Кроме того, несколько менялась форма аналогичных выделенным на основании метода главных компо полигонов.

нент (рис. 3). Если заменить значения солености соответствующими им хлорностями, то различия в величине толерантных границ сгла Глава 7. Влияние химического состава растворенных в воде живались: в меньшей степени у P. caudatum и заметно для двух солей на соленостные толерантные границы инфузорий. других видов.

Для экспериментов были выбраны виды, изначально имеющие Мы проверили гипотезу о том, что замена величин верхней разную потенциальную соленостную толерантность. Она была границы соленостной толерантности соответствующими им наименьшей у P. caudatum и наибольшей у P. primaurelia. Разли хлорностями сводит на нет различия между экспериментальными чия в потенциальной толерантности парамеций в аральской и данными, полученными для морской и аральской воды.

18 Рис. 4б. Соленостный толерантный полигон P. jenningsi в воде океанического и аральского состава солей. По оси абсцисс соленость акклимации, ‰ Cl ;

по оси ординат тестовая соленость, ‰ Cl.

Рис. 4а. Соленостный толерантный полигон P. jenningsi в воде океанического и аральского состава солей. По оси абсцисс Выделенные нами группы в значительной степени совпадают с соленость акклимации, ‰;

по оси ординат тестовая соленость, установленными ранее другими методами: морфометрическим ‰.

анализом и анализом последовательности гена малой субъеди ницы рибосомальной РНК.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что различия С учетом последней классификации рода Paramecium (Fokin между величинами толерантных границ инфузорий в морской и et al., 2004), выделенные на основании анализа соленостных аральской воде объясняются количественными различиями толерантных полигонов и потенциальных соленостных толерант концентраций ионов (P0.01).

ных диапазонов группы в значительной степени совпадают с подродами Paramecium и Cypriostoma.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Наши данные показали сходство с данными, полученными Методы, применяемые для оценки толерантных границ инфу другими методами, и подтверждают возможность использования зорий, акклимированных к пресной и соленой среде, как методом соленостных толерантных полигонов в исследованиях по систе сохранения клона, так и при помощи дробно линейной регрессии матике водных организмов, по крайней мере, для таксонов низ зависимости времени 50 % ной смертности от тестовой солености, шего ранга.

дают достоверно не различающиеся результаты.

С учетом того, что в основании филогенетического древа распо Оценки толерантных границ, полученные главным образом при лагаются пресноводные виды, а также того, что верхние толерант помощи метода сохранения клона, были применены для постро ные границы меняются почти исключительно в области солености ения толерантных полигонов.

20 акклимации от пресной воды до величины 5 6 ‰, можно заклю ности, основанная на анализе кривых "соленость медианное чить, что род Paramecium пресноводного происхождения. летальное время" и б) метод сохранения клона, основанный на Результаты, полученные нами, позволяют видеть некоторые способности клеточной популяции сохранять жизнеспособность экологические группировки видов, способных существовать в после изменения солености среды. Оба метода приводят к пресных водах. Пути возникновения экологических групп, выде идентичным результатам и могут быть использованы для ленных по отношению к солености среды, позволяют проследить получения данных, необходимых для построения толерантного данные по филогенетическим позициям видов Paramecium. полигона.

Таких экологических групп может быть не менее 4. Первая 2. На основании анализа потенциальной соленостной толерант группа включает виды, способные существовать в пределах от ности и видовых соленостных толерантных полигонов выделены пресной воды до солености 6 8 ‰. Вторая группа, которую мы 4 группы видов:

назвали "истинно пресноводными видами", происходит от выше a) стеногалинные пресноводные: P. putrinum и P. bursaria;

упомянутой группы. Эти виды способны существовать при б) пресноводные: P. caudatum, P. jenningsi, P. multimicronuc соленостях не превышающих 2.5 3 ‰, и, соответственно, могут leatum;

регулировать внутреннюю осмолярность в этих пределах. Третью в) метапресноводные: виды группы P. aurelia и P. polycaryum;

группу формируют многочисленные виды комплекса P. aurelia и г) эвригалинные: P. duboscqui, P. nephridiatum, P. woodruffi и P. polycaryum. Эти виды могут существовать в более соленой воде P. calkinsi.

до 12 16 ‰. Левая часть их толерантных полигонов, в отличие 3. Сопоставление имеющихся в литературе представлений о от правой приблизительно соответствует толерантным полигонам филогении рода Paramecium с полученными в настоящей работе центральной группы. Эти виды в соленостях выше 8 9 ‰ факти данными по соленостным реакциям парамеций позволяет заклю чески могут только выживать, так как темп деления сильно умень чить, что этот род пресноводного происхождения.

шается. Мы назвали эту группу "метапресноводной". Последняя 4. Соленостные толерантные границы парамеций, адаптиро (четвертая) группа включает формы, которые можно назвать "ис ванных к воде с аральским составом солей, отличаются от опреде тинно эвригалинными" (термин вводится нами). Они могут ленных для тех же видов в воде с океаническим составом солей.

выдерживать прямой перенос от верхней потенциальной соле 5. Уровень содержания белков теплового шока семейства ностной границы непосредственно в пресную воду. Верхняя гра кДа в клетках пресноводных парамеций увеличивается при их ница потенциальной соленостной толерантности приблизительно адаптации к повышению солености среды.

равна океанической солености.

У парамеций в воде с аральским составом солей происходит СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ смещение соленостных толерантных диапазонов в сторону их 1. Смуров A.O., Фокин С.И. Адаптационные возможности увеличения. Так же, как это было показано ранее другими иссле различных парамеций к фактору солености // Проблемы изуче дователями, для многоклеточных животных, наблюдается совпа ния, рационального использования и охраны природных ресурсов дение соленостных толерантных диапазонов по хлорности. Белого моря. Материалы VI Международной конференции.

Обитание парамеций в условиях повышенной солености для Кандалакша, 1995. С. 93.

них можно оценить как неблагоприятное, что маркируется 2. Смуров А.О., Фокин С.И. Новая методика определения повышенным (по сравнению с пресной средой) содержанием белка потенциальных толерантных соленостных границ у простейших теплового шока. При переносе в иную соленость уже накопленный // Проблемы изучения, рационального использования и охраны в клетке БТШ70 расходуется, и одновременно идет синтез нового природных ресурсов Белого моря. Материалы VII Международной белка. конференции. Архангельск, 1998. С. 194 196.

3. Фокин С.И., Смуров А.О. Влияние заражения Paramecium ВЫВОДЫ caudatum макронуклеарным симбионтом Holospora obtusa на 1. Соленостные толерантные границы для инфузорий можно устойчивость к действию солености // Проблемы изучения, рацио оценивать двумя методами: a) оценка верхней пороговой соле нального использования и охраны природных ресурсов Белого моря.

22 Материалы VII Международной конференции. Архангельск, 15. Smurov A.O., Fokin S.I. Use of salinity tolerance data for 1998. С. 134 136. investigation of systematic of Paramecium (Ciliophora, Peniculia) // 4. Смуров А.О., Фокин С.И. Роль макронуклеарных симбионтов Protistology, 2001. Vol. 2. № 2. P. 130 138.

парамеций при адаптации клеток к неблагоприятной солености/ 16. Plekhanov A.Yu., Smurov A.O., Ivanova L.O., Goodkov A.V.

/ Отчетная научная сессия по итогам работ 1997 г. Тезисы Change in Hsp70 level in freshwater ciliates and amoebae during докладов. СПб., 1998. С. 39. adaptation to environmental salinity change // Proceed. Zool. Inst.

5. Смуров А.О., Плотников И.С., Фокин С.И. Использование Russ. Acad. Sci. 2005. Vol. 308. P. 63 70.

данных по смертности парамеций для оценки их толерантных 17. Плеханов А.Ю., Смуров А.О., Подлипаева Ю.И., Иванова диапазонов // Отчетная научная сессия по итогам работ 1998 г. Л.О., Гудков А.В. Белок теплового шока пресноводных простейших Тезисы докладов. СПб., 1999. С. 46 47. и его участие в адаптации к изменению солености среды обитания 6. Smurov A.O., Fokin S.I. Resistance of Paramecium caudatum // Цитология. 2006. Т. 8. Вып. 6. С. 530 534.

infected with endonuclear bacteria Holospora against salinity impact // Proceed. Zool. Inst. Russ. Acad. Sci. 1998. Vol. 276. P. 175 178. БЛАГОДАРНОСТИ 7. Smurov A.O., Fokin S.I. Resistance of various Paramecium Автор выражает благодарность своим руководителям, д.б.н.

species (Ciliophora, Peniculina) to salinity of environment // Protis С.И. Фокину и д.б.н. Н.В. Аладину за руководство и консуль tology, 1999. V. 1, № 1. P. 53 63. тации по теме работы;

своим коллегам из лаборатории солонова 8. Smurov A.O., Plotnikov I.S., Fokin S.I. Using the data of Para товодной гидробиологии ЗИН РАН и лаборатории зоологии бес mecium mortality for estimation of their tolerant ranges // Proceed. позвоночных БНИИ СПбГУ за помощь в работе над диссертацией, Zool. Inst. Russ. Acad. Sci. 1999. Vol. 281. P. 135 140. сотрудникам ББС ЗИН РАН им. О.А. Скарлато за неформальное 9. Smurov A.O. On the methods for estimation on salinity tolerance обсуждение проблем теории адаптаций. Выражаю особую благо of ciliates // Protistology, 2000. Vol. 1. № 3. P. 123 131. дарность проф., д.б.н. В.В. Хлебовичу и к.б.н. А.В. Гудкову за 10. Смуров А.О., Фокин С.И. Использование данных по со ценные советы.

леностной толерантности парамеций для таксономических иссле дований // Вестн. СПбГУ. 2001. Вып. 4, № 27, сер. 3. С. 16 19.

11. Смуров А.О. Фокин С.И. Соленостная толерантность Para mecium (Ciliophora, Peniclia) // Филогенетический аспект. Отчет ная научная сессия по итогам работ 2000 г. 2001. СПб., ЗИН РАН, С. 43 44.

12. Фокин С.И., Смуров А.О. Способы использования соленост ных толерантных полигонов в исследованиях по систематике водных организмов // Материалы VIII региональной научно практической конференции "Проблемы изучения, рационального использования и охраны природных ресурсов Белого моря". 2001.

С. 53 54.

13. Fokin S.I., Smurov A.O. Salinity tolerance of Paramecium (Ciliophora, Peniculia): phylogenetical aspect // Proceed. Zool. Inst.

Russ. Acad. Sci. 2001. Vol. 289. P. 83 88.

14. Смуров А.О. Планктонные инфузории солоноватоводных карстовых озер // Уникальные экосистемы солоноватоводных карстовых озер Среднего Поволжья (ред. А.Ф. Алимов, Н.М.

Мингазова). Казань: Издательство Казанского ун та. 2001. С. 148.

24 Подписано к печати 20.12. Формат 60х84 1/ Печать ризограф. Бумага офсетная.

Тираж 100 экз. Объем 1 п.л.

_ Зоологический институт РАН 199034, СПб., Университетская наб., 1.



 




 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.