Актуальность темы. Осуществление многих физиологических отправлений, в особенности сохранение локализации, требует от трематод значительных мышечных усилий

Введение ВВЕДЕНИЕАктуальность темы. Осуществление многих физиологических отправлений, в особенности сохранение локализации, требует от трематод значительных мышечных усилий. Однако вопрос о строении их мышечной системы наукой рассматривался мало. Вся информация, касающаяся изучения мускулатуры трематод, делится на три основных блока. Первый из них -ультраструктурные и физиолого-биохимические исследования мышечной ткани трематод. Второй блок – теоретические разработки, в которых обсуждаются черты гельминтов, важные с точки зрения сохранения локализации. В частности, введено представление о реофильных и статофильных гельминтах, сформулированы понятия активной, пассивной и необратимой фиксации. Для трематод показана тенденция к разделению тела на локомоторный и половой отделы. В самом общем виде названы структурные различия между отделами тела, а также между его первичной и вторичной дифференцировками. При этом дается лишь поверхностная оценка мощности прикрепительных органов и общего количества мышечной ткани в том или ином отделе тела, без характеристик архитектоники мускулатуры. Упомянутые два блокаоснованы на изучении либо тонких признаков, либо внешнего строениятрематод. Между ними лежит третий, практически не разработанный блок, относящийся к уровню микроморфологических исследований. Здесьпланомерно изучаются только брюшные присоски и глоткапарамфистоматид, строение которых положено в основу системы отряда. Выполнены единичные работы по строению присосок и глотки других видов трематод. Есть разрозненные и противоречивые сведения о мускулатуре покровов, а о паренхимной мускулатуре они практически отсутствуют. Показательно, что современные исследования посвящены лишь отдельным компонентам мускулатуры трематод и не объединены идеей познания мышечной системы в целом. Настоящая работа направлена на частичноезаполнение этой большой информационной бреши. Особый интерес представляют здесь сравнение реофильных представителей трематод. Они приспосабливаются к жизни в потоке многими, не похожими друг на друга способами, каждый из которых накладывает существенный отпечаток на пространственное распределение мышечных элементов в теле марит.Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы – изучение строения мышечной системы трематод. В ее рамках поставлены следующие задачи:1) изучить архитектонику мускулатуры тела и прикрепительных органов трематод;2) выявить адаптивную роль особенностей строения мышечной системы различных видов трематод;3) оценить степень эволюционной пластичности мышечной системы трематод.Научная новизна. Впервые приведены полные иллюстрированные описания мускулатуры тела, присосок и глотки пяти видов трематод, относящихся к разным отрядам. Выявлены группы мышц, ранее у трематод не регистрировавшиеся: хордальные, полукольцевые и диагональные мышцы присосок, радиальные, кольцевые, «косые» и висцеромоторные паренхимные мышцы. Установлены характер и некоторые причины региональной дифференцировки мускулатуры в теле и прикрепительных органах марит. Объяснены способ фиксации трахейных циклоцелид, механизм действия адорального диска капканного типа и механизм копуляции представителей рода Ichthyocotylurus (Strigeidae). Показана высокая степень эволюционной пластичности мышечной системы трематод.Основные положения, выносимые на защиту:1. В пределах класса Trematoda большое разнообразие групп мышц достигается в основном за счет паренхимной мускулатуры, регулирующей положение и форму различных органов.2. Эволюционная пластичность пространственного распределения мышечных элементов в теле марит выражается в изменении числа, последовательности, «этажности», разреженности и протяженности мышечных слоев в покровах и присосках, а для прочих групп мышц — в приуроченности к разным участкам или отделам тела и в изменении точек крепления, разреженности и степени удаленности от покровов.3. Наличие в теле марит радиальносимметричных участков с полостями (сегментов тела, половых атриумов, вентральных камер, циркумкаудальных складок) обусловливает развитие в них радиальной паренхимной мускулатуры.Теоретическая и практическая значимость. Новые данные о строении и эволюции мышечной системы трематод представляют интерес с точки зрения сравнительной анатомии беспозвоночных. Кроме того, они позволяют расширить представления о морфологических адаптациях к паразитизму, о специфике условий жизни гельминтов в различных органах хозяев и о характере взаимодействий паразитов со средой.Материалы диссертации используются преподавателями Ярославского государственного университета в курсах зоологии беспозвоночных, экологии животных, и Большом практикуме по паразитологии.Апробации. Материалы диссертации были доложены на региональных научных конференциях молодых ученых (Ярославль, 1999, 2000), на Всероссийской конференции «История развития и современные проблемы гельминтологии в России» (Москва, 1999), на международных конференциях «Зоологические исследования регионов России и сопредельных регионов» (Нижний Новгород, 2002) и «Основные достижения и перспективы развития паразитологии» (Москва, 2004).Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов, трех глав, выводов и спискацитированных источников. Основное содержание, изложенное на 183 страницах, содержит 14 таблиц и 64 рисунка. В списке литературы 268 наименований, в том числе 130 на иностранных языках.^ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫВ отечественной научной литературе существует распространенное мнение, согласно которому паразиты обитают в относительно стабильной среде, не требующей подвижного образа жизни, и их отношения со средой весьма просты. В этих условиях их возможности в плане двигательной активности ограничены, поскольку нужды в большой активности попросту нет (Догель, 1947, 1981; Ливанов, 1955; Северцов, 1939, 1987, 1990; Федотов, 1966; Шмальгаузен, 1969, 1983; Яблоков, Юсуфов, 1989). Вероятно, по этой причине трематоды не являются популярным объектом исследований, связанных с двигательной активностью животных. Упоминания о них отсутствуют как в сводках по локомоторным аппаратам беспозвоночных (Беклемишев, 1964; Зенкевич, 1977), так и в учебниках по биомеханике (Бранков, 1981; Глазер, 1988; Донской, 1975). Тем не менее, со второй половины XX века появляется все больше работ, указывающих, что различные группы паразитических организмов, от простейших до нематод включительно, не испытывают регрессивных изменений при переходе к паразитизму, и что их строение по крайней мере не проще, чем у родственных свободноживущих групп (Парамонов 1962; Полянский 1969, 1972, 1985; Ястребов, 1992а, б). Применительно к трематодам указывается, например на мощное развитие центральной нервной системы по сравнению с турбелляриями – крупный эндон, малое число и большая толщина продольных стволов (Гончарова, 1991, 1993). Легко предположить, что такое развитие непосредственно связано со сложным строением эктосоматических органов, в том числе мышечных. Между тем, сведения о двигательной системе в целом и о мускулатуре трематод остаются разрозненными. В общем виде они выглядят так.Для марит и партенит трематод характерна гидравлическая локомоция, связанная с хорошо развитой способностью к изменению формы тела присохранении его постоянного объема (Барнс и др., 1992; Фейзуллаев, 1972). Двигательная активность обеспечивается различными структурными компонентами, одним из которых является паренхима. В силу своей органной природы, она мультифункциональна и служит, в частности, жидким скелетом (Логачев, 1960; Логачев, Начева, 1977). Другим блоком обеспечения, имеющим также органную природу, являются покровы, часто называемые также стенкой тела, или кожно-мускульным мешком (Давыдов, 1991; Логачев, 1967; Логачев и др., 1979; Начева, 1977, 1989). Они включают компоненты различной тканевой природы, каждый из которых играет в движении трематод собственную роль. Базальная пластинка нерастяжима и потому ограничивает изменения формы тела, являясь одновременно местом прикрепления мышц (Александер, 1970; Erasmus, 1967). Наружная пластинка тегумента у многих видов трематод вооружена. Вооружение лишено собственной мускулатуры (Erasmus, 1970b; Fried, Vates, 1984; Zdarska, 1986) и обеспечивает при передвижении как зрелых гельминтов, так и личинок (Фейзуллаев, 1972) надежное сцепление с субстратом. Различные авторы указывают также на хорошо развитое вооружение у инкапсулированных видов, например, Collyriclum faba (Collyriclidae), Brandesia turgida (Pleurogenidae) и у представителей парагонимид (Быховская-Павловская, Хотеновский, 1964; Курочкин, 1987; П. Ошмарин, А. Ошмарин, 1989; Blankespoor et al., 1982). Сохранение вооружения в механически статичных условиях указывает на другую функцию вооружения, а именно, истирание тканей хозяина при питании (Галактионов, Добровольский, 1987). У представителей разных групп трематод и в разных частях тела представителей одного вида форма, размер и топография вооружения могут сильно различаться. Названные различия отчетливо показаны в большом числе работ с использованием сканирующей электронной микроскопии покровов (Горчилова, Полякова-Кръстева, 1980; Crites, Julek, 1981; Fujino et al., 1979; Ngendahayo, Bayssade-Dufour, 1987;9Oliver et al., 1984; Scialdo-Krecek, 1983; Smales, Blankespur, 1984 и ряд других). К сожалению, эти работы носят констатационный характер. Наблюдаемые различия до сих пор не имеют объяснений с точки зрения особенностей субстрата или способов освоения среды.Мускулатура марит и партенит трематод изучалась главным образом со стороны гистологии и ультраструктуры. Она гладкая, тонического типа, т.е. способная к относительно медленным и длительным сокращениям (Иванов, Дубова, 1950; Шишов, 1965; Gupta, 1984; Kryvi, 1973). Мускульная клетка трематод и других плоских червей состоит из ядерной части (миоцитона) и сократительного отростка (миофибриллы). Миоцитоны располагаются в разных частях тела, нередко синцитиальными скоплениями. Они связаны с миофибриллами цитоплазматическими отростками. Каждая миофибрилла содержит геометрически правильное скопление толстых миозиновых филаментов (диаметр 10-40 нм) и тонких актиновых (диаметр 5-10 нм). Соотношение числа актиновых и миозиновых филаментов 9-12:1. Миофибриллы окружены фиброзной тканью (Логачев, 1955, 1957; Полякова-Кръстева и др., 1989; Blair, Anderson, 1996; Ishii, Motohito, 1980; Krupa et al., 1967; Leitch et al., 1984; Lumsden, Byram, 1967; Lumsden, Foor, 1968; Nuttman, 1974; Pax et al., 1996; Wilson, 1969). Поперечнополосатые мышцы обнаружены только в хвостах церкарий (Chapman, 1973; Fujino et al., 1979; Nuttman, 1974; Rees, 1975).Расположение мускульных клеток в теле гельминта и направления, в которых вытянуты отростки, обусловливают архитектонику мускулатуры трематод. Об архитектонике на сегодняшний день известно немногое. В общем виде выделяют соматическую мускулатуру, мускулатуру прикрепительных органов и мускулатуру внутренних органов. Соматическую мускулатуру, в свою очередь, подразделяют на мускулатуру покровов и паренхимную (Шульц, Гвоздев, 1970; Mair et al., 1998). В покровах марит есть кольцевые, продольные и диагональные мышцы.10Паренхиму пересекают волокна, идущие дорсовентрально, продольно и в других направлениях. Однако до сих пор не известно, каковы наиболее типичные из этих других направлений. Приведенные данные представляют собой приблизительную схему и указывают на группы мышц, которые могут быть в принципе встречены у трематод. Но, к сожалению, до сих пор не ясно, какие из перечисленных деталей характерны для класса в целом, а какие – лишь для отдельных групп внутри него. Например, разные авторы (Марасаев, 1983; Никитин, 1985; Britz et al., 1984 и др.) отмечают разное число и последовательность слоев в покровах тех или иных видов. Эти . разночтения будут подробно обсуждены в третьей главе диссертации. Работы обобщающего характера, посвященные архитектонике паренхимных мышц пока отсутствуют. Добавим, что даже для названий групп мышц не выработан единый принцип: они даются как по направлению мышечных волокон (дорсовентральные, радиальные и т.п.), так и по характеру действия (протракторы, ретракторы, дилататоры).В обеспечении прикрепления и передвижения трематод участвуют органы фиксации. Беглые, без деталей обзоры, сделанные рядом авторов (Быховская-Павловская 1983; Hayunga, 1991; Nachtigal, 1974), показывают, что таковыми являются хоботки ропалиид, адоральные диски эхиностоматид, орган Брандеса стригеидид, специфический фиксаторный орган буцефалид, но чаще всего – ротовая и брюшная присоски, типичные для большинства представителей класса. Известно, что присоски богаты мышцами, образующими три группы – радиальные, продольные и кольцевые (Галактионов, Добровольский, 1998; Гинецинская, 1968; Neuhaus, 1985; Smyth, 1966; Smyth, Halton, 1983). Тем не менее, информация о закономерностях и вариантах пространственного распределения перечисленных групп мышц практически отсутствует. Исключением является разве что один случай: строение ротовой и брюшной присосок положено в основу системы отряда Paramphistomatida (Nasmark, 1937).11Работы Нэсмарка и более поздних авторов (Величко, 1965, 1971; Gupta & Gupta, 1977; Gupta, Nakhasi, 1977; Pacenovsky, Krupicer, 1979; Sey, 1985; Sey, Graber, 1979; Sey, Palmieri, 1978 и многие другие) показали, что даже в пределах одного отряда архитектоника мускулатуры прикрепительных органов у разных видов далеко не одинаковая. Эти исследования остаются, однако, замкнутыми в узких рамках, поскольку аналогичные по полноте данные о других группах трематод отсутствуют. Кроме того, общепринятая методика изучения мускулатуры парамфистоматид (Величко, 1969; Eduardo, 1982; Jones, 1990) оставляет желать лучшего, поскольку гельминты изучаются только по срединным сагиттальным срезам. В отсутствие полной сагиттальной серии, а также серий, сделанных в других плоскостях, нельзя получить отчетливое представление о пространственном распределении мышечных элементов в органе. Показательно еще и то, что в немногочисленных исследованиях, где обсуждается механизм прикрепления тех или иных трематод, работа органов фиксации не привязывается к их собственной мускулатуре (Erasmus, 1969, 1970; Johnson et al., 1971; Ohman, 1965,1966; Pumomo et al., 1978; Tieszen et al., 1974; Ukoli, 1970).Мускулатуру глотки представителей разных семейств трематод изучали Б.И. Иоффе и Г.К. Чубрик (1988). Они отмечают большое сходство всех изученных видов в плане наличия одних и тех же групп мышц: радиальных, наружных и внутренних кольцевых и наружных продольных. Что же касается кишечника и половых протоков, то там обнаруживаются либо кольцевые и продольные мышцы, либо только кольцевые (Hathaway, 1972; Mair et al., 2000; Morris, 1968; Rees, 1979; Rohde, 1972; Wittrock, 1976).Общим недостатком перечисленных работ, а также некоторых других (Ошмарин, 1981; Ошмарин, Жарикова, 1984) является то, что архитектоника мускулатуры трематод в них не изучалась специально, и сведения о ней даются попутно с другими. Полные иллюстрированные описания мышечной системы в научной литературе почти отсутствуют. Лишь в12последнее десятилетие вышел ряд статей с относительно подробными характеристиками пространственного распределения мышечных элементов у марит, попытками истолковать особенности мышечной системы различных видов и выявить закономерности ее строения (Белова, 2004; Хахалкина и др., 2002, 2004; Хахалкина, Ястребов, 2002; Ястребов, 1997а-г, 1998а-в). Мускулатура марит характеризуется в приведенных работах как интенсивно развитая. Для класса в целом отмечается высокая стабильность числа и последовательности мышечных слоев в покровах. Указывается, что значительному разреживанию подвержены только диагональные мышцы, а в кольцевом и продольном слоях расстояние между соседними волокнами не превышает толщины волокна. Предполагается, что в филогенезе трематод толщина отдельно взятого мышечного слоя регулируется изменением как площади, так и формы поперечного сечения мышц, например, при переходе от овальной к поперечноовальной. Установлено, что пространственное распределение продольных паренхимных мышц варьирует от широких экстерцекальных зон в теле гельминта до образования слоев и пучков. Для дорсовентральных мышц выявлена тенденция к установлению максимально возможной частоты расположения. Максимальное развитие дорсовентральной мускулатуры отмечается у реофильных трематод в пределах вентральных впадин. Показано, что архитектоника мускулатуры присосок не имеет единой для класса схемы. Ротовая присоска отличается от брюшной большей относительной протяженностью внутреннего кольцевого слоя и обязательным наличием внутренних продольных мышц. По мнению авторов, закономерная связь между строением мышечной системы и локализацией трематод отсутствует по двум причинам. Первая из них состоит в том, что один и тот же принцип устройства оказывается пригодным при разных локализациях (Киршенблат, 1950). Вторая причина-эволюционное формированиение новых вариантов мышечной системы без смены локализации.13Архитектоника мускулатуры трематод теснейшим образом связана с их внешним строением. Известно, что мариты трематод – изначально реофильные формы, которые начали заселение дефинитивных хозяев с пищеварительного тракта. При миграции в организме хозяина, в поисках полового партнера и для сохранения локализации им необходима способность к передвижению (Ошмарин, 1959; Пигулевский, 1953). В условиях изгоняющего действия среды они сохраняют локализацию за счет мышечных усилий. Усилия расходуются на прикрепление и локомоцию, используемые в тех или иных пропорциях. Такой способ сохранения локализации назван активной фиксацией (Ошмарин, 1960). При данном способе фиксации тело большинства видов трематод дифференцировано на локомоторный и половой отделы. Первый из них включает в себя участок от переднего конца тела до заднего края брюшной присоски. Он относительно богат мускулатурой и вооружением, содержит начальные участки пищеварительного тракта, а также терминальные части половой системы. Второй отдел расположен позади брюшной присоски и заполнен главным образом половыми органами. В результате, эффективно осуществляются как прикрепление и перемещение, так и производство значительного объема яиц; один процесс не становится помехой для другого (Oschmarin, 1958).Упомянутая дифференцировка имеет большой эволюционный возраст и считается филогенетически первичной. На ее основе возникают различные вторичные дифференцировки, либо дифференцировка утрачивается как таковая. Например, переход к пассивной (не требующей мышечных усилий) фиксации вызывает сокращение локомоторного периода в жизни мариты вплоть до полного разобщения с репродуктивным периодом. В этих условиях двигательные аппараты зрелых червей упрощаются и ослабевают. Их ослабление вызывается как редукционными изменениями мышечной системы, так и увеличением объема тела по сравнению с реофильными предками. Другая распространенная причина утраты первичной14дифференцировки тела или замены ее вторичными — увеличение роли прикрепления в сохранении локализации реофильными видами (Ошмарин, Егорова, 1978; Ястребов, Фрезе, 1997). Дифференцировка нередко претерпевает изменения и в ходе онтогенеза. У многих видов она неотчетлива на ранних стадиях маритогонии, когда половой отдел тела еще недоразвит. Некоторые виды, напротив, имеют дифференцировку при миграции в дефинитивном хозяине, по завершении которой теряют ее вместе с органами прикрепления (Галактионов, Добровольский, 1987; Гинецинская, 1968; Шульц, Гвоздев, 1972; Gavet, Fried, 1994).Работы, описывающие локомоторный процесс марит единичны и почти не иллюстрированы (Русак, Папина, 1970; Fried, Vates, 1984; Oschmarin, 1958; Sommervil, Iqbal, 1991). Мариты обычно передвигаются “шагами”, используя для сцепления с субстратом присоски и другие органы прикрепления, а иногда и задний конец тела. У некоторых уплощенных видов вспомогательную роль играет ундулирование боковых полей тела. В отсутствие присосок перемещение происходит благодаря перистальтическим сокращениям тела.^ 15 МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКАВ качестве материала для данной работы использованы следующие виды трематод:1) Patagifer bilobus (Rudolphy, 1819) (Echinostomatidae) из кишечника колпицы {Platalea leucorodia);2) Ichthyocotylurus platycephalus (Creplin, 1825) Odening, 1969 (Strigeidae) из клоаки клуши (Larus fuscus);3) Gastrothylax crumenifer (Creplin, 1847) (Gastrothylacidae) из рубца азиатского буйвола (Bubalus arnee);4) Typhlocoelum sisowi (Skrjabin, 1913) Dubois, 1959 (Cyclocoelidae) из трахеи красноголового нырка (Aythyaferina);5) Lecithochirium sp. (Lecithochiriidae) из желудка рыбы-ящерицы Saurida tumbil, принадлежащей к семейству ящероголовых рыб (Synodontidae).Выбор объектов обусловлен принципиально разными приспособлениями названных видов к обитанию в изгоняющем потоке веществ. Они относятся к пяти отрядам трематод, причем каждый отряд обладает рядом специфических черт внешнего строения, заведомо сказывающихся на архитектонике мускулатуры. Представитель стригеид был добыт при неполных гельминтологических вскрытиях. Прочие объекты взяты в фиксированном виде из зоологического музея Ярославского госуниверситета. Обработка и изучение материала проведены на базе кафедры экологии и зоологии ЯрГУ.Для определения и микроскопического изучения отбирались одноразмерные половозрелые черви каждого вида от одной особи хозяина.16Материал фиксирован 75% этанолом. Тотальные препараты окрашены уксуснокислым кармином. Виды определены по следующим изданиям: “Определитель трематод рыбоядных птиц Палеарктики», т. 1 (1985), т. 2 (1986); Скрябин, 1949; Скрябин, Гушанская, 1957; Gibson, Bray, 1979.Микроморфология марит изучена с помощью микроскопа МИКМЕД-1, по полным сериям фронтальных, сагиттальных и поперечных парафиновых срезов толщиной 7-10 мкм, изготовленных по стандартной методике и окрашенных по Маллори. Для работы с каждым видом изготовлено по две серии сагиттальных и поперечных срезов и одна – фронтальных. Исключение — Patagifer bilobus, для которого было сделано по две серии срезов в каждой проекции. Всего, таким образом, обработано 26 серий.Промеры выполнены с помощью градуированной окулярной линейки. Весь цифровой материал в тексте и таблицах приведен в микрометрах. В размерах присосок и глотки доли микрометра не учитывались. Присоски измерены на срезах, а не на тотальных препаратах, как делается традиционно. Это обусловлено двумя причинами. Во-первых, необходима одинаковая химическая обработка всех органов для верной оценки их пропорций. Во-вторых, тотальные препараты не показывают реальных пропорций присосок. Если их устье обращено вентрально, на тотальном препарате нельзя измерить длину органа, устанавливаемую по его продольной оси. В этом случае измеряется лишь диаметр присоски. В случаях с субвентральным или субтерминальным устьем данные с тотальных препаратов показывают неточное значение длины органа. У ротовой присоски мы указывали длину, ширину и толщину; у брюшной -длину и диаметр. Если брюшная присоска сжата в каком-либо направлении и имеет два разных диаметра, первым дается лежащий в плоскости симметрии гельминта, а затем перпендикулярный ему. Для элементов вооружения приведены длина, ширина и толщина в основании. У округлых или овальных в сечении шипов приводятся соответственно диаметр.17Во всех возможных случаях указаны диаметры мышц. Употребляя термин «мышца», мы следуем сложившейся традиции, понимая, что применительно к трематодам он не соответствует классической анатомической интерпретации. В данном случае речь идет о двух типах структур. Это либо отдельное мышечное волокно, либо их четко оформленный пучок. При измерении диаметров первый из них (вертикальный) перпендикулярен базальной пластинке, вдоль которой идет волокно, второй (горизонтальный) параллелен ей. Если первый диаметр больше второго, форма поперечного сечения волокна именуется овальной, если наоборот – поперечноовальной. У радиальных мышц присосок и продольных паренхимных мышц первым приводится больший диаметр, вторым – меньший. Для мышц, которые не удается расположить строго перпендикулярно плоскости среза (диагональные, дорсовентральные и некоторые другие) указана толщина, измеренная в одной плоскости.В мышечных слоях расстояние между соседними мышцами приводится в их горизонтальных диаметрах. Этот относительный показатель позволяет сравнивать плотность расположения мышц у видов с разным размером тела. Под расстоянием между диагональными мышцами подразумевается расстояние между теми из них, которые параллельны друг другу. Под углом пересечения мышц в этом слое понимается угол, ориентированный к концам тела, а не к латеральным участкам. В случаях регистрации наклона мышц, его направление устанавливается по отклонению дорсальных окончаний (дорсовентральные мышцы), либо наружных (радиальные мышцы).Часть цифрового материала сведена в таблицы. В них под диапазонами значений даны в скобках наиболее типичные. Рисунки выполнены с помощью рисовального аппарата РА-4. Описания марит даны в следующем порядке: внешнее строение; компоненты покровов от поверхности тела к паренхиме; паренхимная мускулатура; ротовая присоска, глотка, брюшная присоска. В описаниях мы по возможности избегали термина «стенка тела»,Список литературы