1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Журнал общей биологии
  4. T. 80, № 5, 2019

Журнал общей биологии, 2019, T. 80, № 5, стр. 382-385

Отражает ли низкая стабильность развития у крупных усачей (Barbus intermedius complex sensu Banister) (Pisces, Cyprinidae) из озера Тана (Эфиопия) повышенную восприимчивость к заражению Ligula intestinalis?

А. В. Кожара 1, *, А. Е. Жохов 1, А. Н. Мироновский 1, 2

1 Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН
152742 Ярославская обл., Некоузский р-н, пос. Борок, Россия

2 Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН
119071 Москва, Ленинский просп., 33, Россия

* E-mail: akozhara@mail.ru

Поступила в редакцию 11.09.2018
После доработки 09.02.2019
Принята к публикации 16.06.2019

Полный текст (PDF)

Аннотация

У взрослых особей комплекса Barbus intermedius из оз. Тана, зараженных плероцеркоидами цестоды Ligula intestinalis, отмечен более низкий в сравнении с незараженными рыбами уровень стабильности развития, проявляющийся в повышенном уровне флуктуирующей асимметрии (ФА) числа отверстий в каналах сейсмосенсорной системы в костях висцерального скелета головы. Это может быть связано как с большей восприимчивостью асимметричных особей к заражению лигулой, так и с непосредственным возмущающим воздействием развивающихся плероцеркоидов на морфогенез зараженных рыб. Кроме того, у зараженных особей средние значения изученных признаков оказались значительно выше, чем у незараженных, что указывает на прямое воздействие плероцеркоидов на чувствительные этапы морфогенеза соответствующих структур хозяев. Это свидетельствует в пользу второй гипотезы, хотя на итоговый уровень ФА могут влиять оба механизма.

Стабильность морфогенеза у животных, оцениваемая показателями флуктуирующей асимметрии (ФА) билатеральных структур, в последние десятилетия привлекает к себе устойчивый интерес, став предметом множества исследований в области эволюционной и популяционной биологии и экологии. ФА определяют как небольшие случайные отклонения от строгой билатеральной симметрии в результате так называемого “онтогенетического шума” – мелких спонтанных возмущений морфогенеза, которые, как считается, отражают уровень генетического и средового стресса (Захаров, 1987; Hoffmann, Woods, 2003; Zakharov, 2003; Dongen, 2006). Кроме того, известно, что уровень ФА коррелирует с особенностями организма, прямо или опосредованно отвечающими за приспособленность и жизнестойкость (Møller, 1999). В частности, обнаружено, что повышенные уровни ФА связаны с низкой устойчивостью рыб к пестицидам (Allenbach et al., 1999) и паразитарным инфекциям (Изюмов, Касьянов, 1981; Møller, 1996, 2006; Reimchen, Nosil, 2001). С другой стороны, паразиты могут напрямую влиять на развитие морфологических структур, генерируя стресс, способный нарушать стабильность морфогенеза (Polak, 1997). В настоящем сообщении мы рассматриваем обе эти конкурирующие возможности на материале крупных африканских усачей комплекса Barbus intermedius sensu Banister из оз. Тана (Эфиопия), зараженных ленточным червем Ligula intestinalis (L.) (Cestoda: Pseudophyllidea).

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Рыб ловили ставными сетями в Бахардарском заливе оз. Тана с октября по ноябрь 2007 г. Для исследования отобраны особи генерализованной формы комплекса B. intermedius sensu Banister (Labeobarbus auctorum) (Banister, 1973; Мироновский, 2017) длиной от 138 до 222 мм. Свежепойманных рыб вскрывали и разделяли на две группы по наличию/отсутствию плероцеркоидов L. intestinalis.

Кости черепа после вываривания очищали от мягких тканей, промывали и высушивали. Для оценки величины ФА использовались два признака: число отверстий преоперкуло-мандибулярного канала сейсмосенсорной системы на зубной кости (CPMd) и число отверстий того же канала на предкрышечной кости (CPMp). Число отверстий в сейсмосенсорных каналах широко используется в популяционно-морфологических исследованиях пресноводных рыб, в том числе для оценки гомеостаза развития (Яковлев и др., 1981; Lajus et al., 2003). Отверстия подсчитывались под бинокулярным микроскопом одним оператором.

Для каждого признака по совокупности значений справа (R) и слева (L) вычисляли выборочное среднее, стандартную ошибку и дисперсию. Распределение абсолютных значений разницы между правой и левой сторонами (R–L) проверяли на нормальность с помощью теста Колмогорова–Смирнова, а также путем непосредственной оценки величины эксцесса (E). Наличие направленной асимметрии тестировали с помощью двустороннего одновыборочного t-критерия по отношению к нулевому значению. Зависимость величины ФА от размера признака (Palmer, Strobeck, 2003) проверяли с помощью коэффициента ранговой корреляции Гамма между (R–L) и полусуммой значений признака на двух сторонах тела [(R + L)/2]. Эта статистика предпочтительна, когда данные содержат много повторяющихся значений, как в нашем случае (Agbedeyi, Igweze, 2014).

В качестве меры ФА использовали дисперсию абсолютной (с учетом знака) разности значений признака справа и слева (R–L). Этот показатель равен удвоенному значению стохастического компонента общей фенотипической дисперсии $\sigma _{s}^{2}$ (Kozhara, 1994; Lajus et al., 2003). Гетерогенность дисперсии при сравнении (R–L) у зараженных и незараженных усачей оценивали с помощью критерия Левена (Palmer, Strobeck, 2003). Дополнительно для оценки ФА использовали частоту асимметричных проявлений признака. По каждому из признаков особи были разделены на две группы (симметричные и асимметричные), и вычислена доля тех и других. Значимость различий между зараженными и незараженными рыбами оценивали по Z-критерию для разности долей. Расчеты выполняли в программном пакете Statistica 6.0.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Ни в одном из четырех случаев (два признака в двух группах) не было выявлено направленной асимметрии. При этом тест Колмогорова–Смирнова показывает значимые отклонения от нормальности у незараженных рыб. Однако распределения (R–L) в этой группе были лептокуртическими, что указывает на отсутствие антисимметрии. В противоположность этому, распределения (R–L) у зараженных рыб при визуальной оценке имели выраженный платикуртический характер, хотя величина эксцесса не достигала критических значений (от –0.97 до –1.02 для n = 30–35 при α = 0.05; табл. 1). Поэтому билатеральную асимметрию во всех исследованных случаях рассматривали как ФА. Значимой корреляции между (R–L) и размером признака выявлено не было, за исключением CPMd в зараженной группе, для которого Gamma = 0.568 (p < 0.001). Для сохранения однородности данных нормирование (R–L) на индивидуальное значение признака в этом случае не применялось, тем более что в остальных трех случаях корреляции были незначимо отрицательными (табл. 1).

Таблица 1.  

Статистические свойства распределений (R–L) у зараженных и незараженных рыб

Признак/группа n dK–S pK–S E Gamma pGamma
CPMd inf 33 0.223 ns –0.133 0.568 <0.001
CPMd non 55 0.267 <0.01 0.338 –0.081 ns
CPMp inf 30 0.198 ns –0.659 –0.268 ns
CPMp non 54 0.258 <0.01 0.922 –0.028 ns

Примечание. inf – зараженные, non – незараженные особи. n – объем выборки; dK–S – значения критерия нормальности Колмогорова–Смирнова, Gamma – коэффициент корреляции Гамма, pK–S, pGamma – соответствующие уровни значимости; E – коэффициент эксцесса.

Основные статистические характеристики изученных признаков, включая выборочное среднее, общую фенотипическую дисперсию и ее стохастический компонент (ФА) у зараженных и незараженных усачей, приведены в табл. 2. Как показывают результаты теста Левена, уровень случайной изменчивости развития, или ФА, у зараженных особей достоверно выше, чем у незараженных. То же соотношение наблюдается по значениям Z-критерия для разницы частот асимметричных особей между двумя группами.

Таблица 2.

Выборочные средние исходных распределений признаков (M), значения общей фенотипической дисперсии (σ2) и ее стохастического компонента (σ2s)

Признак/группа n M SE σ2 $\sigma _{s}^{2}$ (FA)* p(Lev) p(Z)
CPMd inf 66 6.242 0.128 1.078 0.623 < 0.005 < 0.01
CPMd non 110 5.855 0.076 0.639 0.276
CPMp inf 62 13.210 0.248 3.808 1.472 < 0.05 < 0.01
CPMp non 108 12.398 0.168 3.064 1.020

Примечание. n – число наблюдений (проявлений билатерального признака). SE – стандартная ошибка среднего; p(Lev), p(Z) – уровни значимости для критерия Левена и Z-критерия. Остальные обозначения как в табл. 1. * При расчете ФА используется объем выборки (n в табл. 1).

Неожиданно большие, высоко значимые различия средневыборочных оценок обоих исследованных признаков, в особенности CPMp, обнаружены между незараженными и зараженными рыбами. У последних число отверстий оказалось достоверно выше (p = 0.006 для t-критерия по каждому из признаков), чем у незараженных.

Принимая во внимание жизненный цикл L. intestinalis, трудно однозначно соотнести повышенный уровень ФА у зараженных усачей с одной из возможных причин: с меньшей сопротивляемостью асимметричных особей к заражению паразитами или же с прямым воздействием последних на стабильность морфогенеза. L. intestinalis – гетероксенный паразит с жизненным циклом, включающим трех хозяев, причем в качестве первого промежуточного хозяина выступают планктонные веслоногие ракообразные. Корацидии цестод проникают через стенку кишечника копепод и развиваются в их организме в процеркоиды. Далее зараженные рачки заглатываются планктоноядными карповыми рыбами, и процеркоиды развиваются в плероцеркоиды, перемещаясь затем из кишечника в брюшную полость (Дубинина, 1966).

Малые размеры планктонных ракообразных делают возможным их потребление молодью костистых рыб уже в личиночном периоде, обусловливая соответствующие риски заражения. Так, личинки карпа начинают питаться копеподами при длине тела 8.8–10.6 мм (Брагинская, 1960). У одного из видов усачей из оз. Тана (B. humilis) минимальный размер особей, при котором происходит заражение лигулой, составляет 14 мм (А.Е. Жохов, неопубл. данные). Сходные значения можно ожидать также для B. intermedius и других близкородственных видов. Все это оставляет место предположению, что повышенный уровень ФА у зараженных усачей может быть следствием прямого воздействия развивающихся плероцеркоидов на хозяев. Известно, что L. intestinalis вызывает губительные изменения в организме второго промежуточного хозяина – рыбы, сильнейшим образом воздействуя на ее физиологическое состояние, онтогенез и поведение (Bean, Winfield, 1989; Brown et al., 2002; Cowx et al., 2008; Geraudie et al., 2010; Гопко, Михеев, 2017). Плероцеркоиды, занимающие брюшную полость рыб, могут рассматриваться как мощный источник интракорпорального средового стресса, способного существенно дестабилизировать индивидуальное развитие и приводить к повышению ФА на стадии дефинитивного фенотипа. Выраженные различия средних значений рассматриваемых признаков у зараженных и незараженных рыб говорят в пользу этого предположения, поскольку такие различия можно объяснить только прямым паразитарным влиянием.

По имеющимся данным, морфогенез черепных сейсмосенсорных каналов у костистых рыб может продолжаться в течение всего первого года жизни (Ванюшина, 1991; Vega, Viozzi, 2016). Поэтому дефинитивные паттерны числа пор и соответствующих им отверстий в костных каналах у зараженных и интактных особей могут различаться. Ю.Г. Изюмов и А.Н. Касьянов (1981) обнаружили пониженную стабильность развития у лещей Abramis brama (L.), зараженных лигулидами L. intestinalis и Digramma interrupta (Rudolphi); полученные результаты были интерпретированы в терминах более низкой устойчивости асимметричных рыб к заражению паразитами. Вместе с тем и сегодня нет четкого представления об эффективности иммунного ответа зараженных личинок и мальков и их способности подавлять развитие плероцеркоидов. Вопрос остается открытым: отражает ли экстенсивность лигулезной инвазии в основном уровень иммунодефицита в популяции рыб и у отдельных ее особей, или же это просто функция числа зараженных копепод и вероятности их потребления рыбами. Представленные данные говорят скорее в пользу прямого воздействия плероцеркоидов на стабильность развития, отодвигая на второй план гипотезу повышенной чувствительности асимметричных особей к заражению, хотя в окончательную картину могут вносить вклад оба механизма.

Чтобы прояснить этот вопрос, необходимо тщательное исследование динамики взаимодействия “паразит–хозяин” и экстенсивности заражения в системе “B. intermedius–копеподы–L. intestinalis” в оз. Тана, а также параметров иммунного ответа молоди рыб на развитие плероцеркоидов.

Выражаем признательность всем участникам Совместной Российско-Эфиопской Биологической Экспедиции (JERBE) за их помощь и поддержку в Эфиопии, в особенности Ф.Н. Шкилю (Институт биологии развития РАН), А.А. Даркову и Ю.Ю. Дгебуадзе (Институт проблем экологии и эволюции РАН).

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты № 08-04-00061а и № 14-04-00022). А.Н. Мироновским работа выполнена в рамках раздела Государственного задания ИПЭЭ РАН № 0109-2018-0076 и темы Государственного задания ИБВВ РАН № АААА-А18-118012690222-4, А.В. Кожарой и А.Е. Жоховым – в рамках тем Государственного задания ИБВВ РАН № АААА-А18-118012690222-4 и № АААА-А18-118012690101-2 соответственно.

Список литературы

  1. Брагинская Р.Я., 1960. Этапы развития культурного карпа // Тр. Ин-та морфологии животных им. А.Н. Северцова. Вып. 28. С. 129–148.

  2. Ванюшина О.Г., 1991. Развитие черепных каналов сейсмосенсорной системы у молоди леща Abramis brama // Вопр. ихтиологии. Т. 31. № 1. С. 40–45.

  3. Гопко М.В., Михеев В.Н., 2017. Паразитические манипуляции фенотипом хозяина: эффекты во внутренней и внешней среде // Журн. общ. биологии. Т. 78. № 6. С. 16–48.

  4. Дубинина М.Н., 1966. Ремнецы (Cestoda: Ligulidae) фауны СССР. М.; Л.: Наука. 261 с.

  5. Захаров В.М., 1987. Асимметрия животных. М.: Наука. 216 с.

  6. Изюмов Ю.Г., Касьянов А.Н., 1981. Стабильность морфогенеза и устойчивость леща к лигулидозам // Паразитология. Т. 15. № 2. С. 174–177.

  7. Мироновский А.Н., 2017. Место генерализованной формы в структуре фенетического разнообразия крупных африканских усачей комплекса Barbus intermedius. Метод корреляционных плеяд // Вопр. ихтиологии. Т. 57. № 4. С. 393−404.

  8. Яковлев В.Н., Изюмов Ю.Г., Касьянов А.Н., 1981. Фенетический метод исследования популяций карповых рыб // Биол. науки. № 2. С. 98–101.

  9. Agbedeyi O.D., Igweze A.H., 2014. Robust method for testing the significance of bivariate correlation of ordinal data // Math. Theory Model. V. 4. № 11. P. 68–74.

  10. Allenbach D.M., Sullivan K.B., Lydy M.J., 1999. Higher fluctuating asymmetry as a measure of susceptibility to pesticides in fishes // Environ. Toxicol. Chem. V. 18. № 5. P. 899–905.

  11. Banister K.E., 1973. A revision of the large Barbus (Pisces, Cyprinidae) of east and central Africa. Pt. II // Bull. Brit. Mus. Nat. Hist. Zool. V. 26. P. 1–148.

  12. Bean C.W., Winfield I.J., 1989. Biological and ecological effects of A Ligula intestinalis (L.) infestation of the gudgeon, Gobio gobio (L.), in Lough Neagh, Nothern Ireland // J. Fish. Biol. V. 34. № 1. P. 135–147.

  13. Brown S.P., Loot G., Teriokhin A., Bruneld A., Brunel C., Guégan J.-F., 2002. Host manipulation by Ligula intestinalis: А cause or consequence of parasite aggregation? // Int. J. Parasitol. V. 32. P. 817–824.

  14. Cowx I.G., Rollins D., Tumwebaze R., 2008. Effect of Ligula intestinalis on the reproductive capacity of Rastrineobola argentea in Lake Victoria // J. Fish Biol. V. 73. № 9. P. 2249–2260.

  15. Dongen S.V., 2006. Fluctuating asymmetry and developmental instability in evolutionary biology: Past, present and future // J. Evol. Biol. V. 19. № 6. P. 1727–1743.

  16. Geraudie P., Boulange-Lecomte C., Gerbron M., Hinfray N., Brion F., Minier C., 2010. Endocrine effects of the tapeworm Ligula intestinalis in its teleost host, the roach (Rutilus rutilus) // Parasitology. V. 137. № 4. P. 697–704.

  17. Hoffmann A.A., Woods R.E., 2003. Associating environmental stress with developmental stability: Problems and patterns // Developmental Instability. Causes and Consequences / Ed. Polak M. N.Y.: Oxford Univ. Press. P. 387–401.

  18. Kozhara A.V., 1994. Phenotypic variance of bilateral characters as an indicator of genetic and environmental conditions in bream Abramis brama (L.) (Pisces, Cyprinidae) populations // J. Appl. Ichthyol. V. 10. № 2–3. P. 167–181.

  19. Lajus D.L., Graham J., Kozhara A.V., 2003. Developmental instability and the stochastic component of total phenotypic variance // Developmental Instability. Causes and Consequences / Ed. Polak M. N.Y.: Oxford Univ. Press. P. 343–363.

  20. Møller A.P., 1996. Parasitism and developmental instability of hosts: A review // Oikos. V. 77. № 2. P. 189–196.

  21. Møller A.P., 1999. Developmental stability is related to fitness // Am. Nat. V. 153. № 5. P. 556–560.

  22. Møller A.P., 2006. A review of developmental instability, parasitism and disease // Infect. Genet. Evol. V. 6. № 2. P. 133–140.

  23. Palmer A.R., Strobeck C., 2003. Fluctuating asymmetry analysis revisited // Developmental Instability. Causes and Consequences / Ed. Polak M. N.Y.: Oxford Univ. Press. P. 279–319.

  24. Polak M., 1997. Parasites, fluctuating asymmetry and sexual selection // Parasites and Pathogens. Effects on Host Hormones and Behavior / Ed. Beckage N.E. N.Y.: Chapman & Hall. P. 246–276.

  25. Reimchen T.E., Nosil P., 2001. Lateral plate asymmetry, diet and parasitism in threespine stickleback // J. Evolution. Biol. V. 14. № 4. P. 632–645.

  26. Vega R.M., Viozzi G.P., 2016. The cephalic lateral line system of temperate perches (Perciformes: Percichthyidae) from Argentinean Patagonia // Zoologia. V. 33. № 6. P. e20160025.

  27. Zakharov V.M., 2003. Linking developmental stability and environmental stress: A whole organism approach // Developmental Instability. Causes and Consequences / Ed. Polak M. N. Y.: Oxford Univ. Press. P. 402–414.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Журнал общей биологии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал