Физиолого-биохимические адаптации аннелид

Л.Н. Лапкина

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, г. Борок

Представители водной фауны типа Annelida - черви классов Oligocheta и Hirudinea встречаются практически в любых пресноводных экосистемах, поскольку им свойственно широкое биолого-экологическое разнообразие. Оно подразумевает существование видовых особенностей, в том числе на биохимическом уровне, в частности в свойствах фермента холинэстеразы (ХЭ). У аннелид, которые являются историческими предшественниками моллюсков и насекомых, этот фермент слабо изучен, как и его адаптивная ценность для ряда физиологических процессов, в частности локомоторной функции. Основная роль ХЭ в организме – инактивация ацетилхолина - медиатора нервно-мышечных, а также других холинэргических синапсов.

Сегодня считается общепризнанным существование двух основных типов ХЭ: ацетилхолинэстеразы (АХЭ; КФ 3.1.1.7) и бутирилхолинэстеразы (БХЭ; КФ 3.1.1.8), каждая из которых обладает множеством видо- и тканеспецифичных молекулярных форм. Отличить один тип фермента от другого можно по ряду характерных признаков, в том числе по субстратной специфичности и реакции на селективные ингибиторы. В данной работе использовано обобщенное понятие - холинэстеразная активность (ХЭА), поскольку исследования по субстратно-ингибиторному анализу с целью идентификации фермента ХЭ аннелид еще только начаты. Но они тем не менее свидетельствуют, в частности Г.М. Чуйко, Л.Н. Лапкина и др. (2007, а,б), что ткани этих червей содержат ХЭ, отличающуюся по свойствам от типичных АХЭ и БХЭ позвоночных, что нередко обнаруживается сегодня, особенно в мире беспозвоночных.

В данном исследовании ХЭА ткани червей - скорость гидролиза субстрата ацетилтиохолина (АТХ), а также ее субстратную специфичность - способность помимо АТХ расщеплять бутирилтиохолин (БТХ) и пропионилтиохолин (ПТХ) сопоставляли с эколого-физиологическими особенностями аннелид, путями их эволюционного развития, с их таксономическим положением.

ХЭА с 3 субстратами АТХ, БТХ, ПТХ определяли при их концентрации 4.3 х 10^-4 М колориметрическим тиохолиновым методом в надосадочной жидкости после центрифугирования гомогената из тел целых червей, предварительно выдержанных на голодной диете до полной утилизации пищи в единицах мкмоль субстрата/ г ткани/мин.

Ранее нами, Л.Н. Лапкина, Г.М. Чуйко и В.А. Подгорная (2007), отмечалось соответствие подвижности 5 видов кровососущих пиявок, представителей 3 семейств (плоские, рыбьи, челюстные) уровню их ХЭА. Настоящий анализ, выполнен на расширенном по числу видов (24) материале, собранном в окрестных водоемах. Среди них пиявки, ведущие хищный образ жизни, из о. бесхоботные сем. челюстные (Hirudinidae) - Haemopis sanguisuga и сем. глоточные (Erpodellidae) - Erpobdella (Erpobdella) octoculata, E.(E.) nigricollis, Erpobdella (E.) testasea, E. (Dina) lineata - отлично плавают и имеют высокую ХЭА (Haemopis – более десяти мкмоль/г/мин, глоточные – от 2 до 7 единиц). Все они интенсивно охотятся, добычу, сопоставимую с ними по размеру, заглатывают целиком, могут отбить ее у другой особи и не пренебрегают каннибализмом. Все это результат сформированного в процессе эволюции у хищных видов мощного мышечного аппарата и адекватно развитой нервной системы. По авторитетному мнению Е.И. Лукина (1976), предками хищных пиявок были кровососущие формы, о чем свидетельствуют сохранившиеся рудименты зубов в глотке, в частности у H. sanguisuga и возможно тот факт, что ХЭА кровососа Hirudo medicinalis (сем. челюстные) - 5-10 мкмоль/г/мин никогда не превосходит по уровню ХЭА эволюционно более молодой H. sanguisuga. Пиявки сем. глоточные, хотя и являются более прогрессивными по сравнению с челюстными, представлены в данной работе своим самым примитивным р. Erpobdella (можно лишь предположить, что представители других 4 родов показали бы более высокую ХЭА -?).

В противоположность бесхоботным пиявкам, виды о. хоботные не приспособлены к плаванию. Это касается представителей сем. плоские (Glossiphoniidae) - Protoclepsis tessulata, Hemiclepsis marginata, Glossiphonia complanata и Helobdella stagnalis, а также видов сем. рыбьи (Piscicolidae) - Caspiobdella fadejewi и Piscicola geometra, которые плавают плохо и мало. Согласно исследованиям Тхай Тран Бая (1966) мышечный аппарат хоботных пиявок более примитивный, по сравнению с бесхоботными и занимают они более низкие ступени эволюционной лестницы (Е.И. Лукин, 1976). Уровень их ХЭА обычно ниже 1, редко может достигать 2 и более мкмоль/г/мин, приближаясь по данному показателю к нижним границам бесхоботных пиявок. Тем не менее, различия между представителями 2 отрядов по ХЭА всегда достоверны. Черви о. хоботные редко предпринимают активный поиск жертвы, чаще ее поджидают, при этом плоские пиявки нападают на нее сообща с многочисленной молодью в период вынашивания ее на брюшке.

Среди исследованных олигохет уровень ХЭА наиболее высок (70 мкмоль/г/мин) у Lumbriculus variegatus представителя сем. Lumbriculidae, эволюционно более молодого, чем сем. Tubificidae, виды которого обладают более низкими значениями активности фермента (до 35 мкмоль/г/мин). Червям L. variegatus свойственна и более интенсивная двигательная активность по сравнению с тубифицидами, ведущими почти сидячий образ жизни в домиках-трубочках. Среди последних олигохета Aulodrilus pluriseta, из более примитивного подсеем. Aulodrilinae, заметно уступает по уровню ХЭА (8.7 мкмоль/г/мин) видам 4 родов подсем. Tubificinae - Limnodrilus claparedeanus, Limnodrilus hoffmesteri, Limnodrilus udekemianus, Potamotrix bedoti, Potamotrix hammoniensis, Potamotrix moldaviensis, Potamotrix vejdovskyi, Ilyodrilus templetone, Tubific tubific (21-35 мкмоль/г/мин) и находится ближе по значению этого показателя к олигохете Enchytraeus albidus (1.4 мкмоль/г/мин). Сем. Enchytraeidae - самостоятельная ветвь от древних предков общих с тубифицидами.

Олигохеты - исторические предшественники пиявок и по сравнению с ними в целом обладают более высоким уровнем ХЭА. То есть тенденция, чем прогрессивнее род, семейство, отряд, тем выше ХЭА его представителей, справедлива для более мелких, чем класс, таксонов, и не имеет места при сопоставлении между собой червей разных классов.

Другая характеристика ХЭА, а именно субстратная специфичность, о которой свидетельствуют показатели относительных (%) скоростей гидролиза субстратов (АТХ : БТХ : ПТХ), также зависит от семейственной принадлежности червей, места в филогенетическом ряду (табл.).

Таблица

Показатели относительной (%) активности фермента ХЭ аннелид с разными субстратами (АТХ: БТХ: ПТХ). (Объекты исследования расположены от менее к более прогрессивным видам)

Кл. Oligocheta. Семейство, подсемейство, род	АТХ:БТХ:ПТХ	Кл. Hirudinea. Семейство, род	АТХ:БТХ:ПТХ
Enchytraeidae Enchytraeus	100 : 32 : 42	Glossiphoniidae Protoclepsis Hemiclepsis Glossiphonia Helobdella	100 : 5 : 130 100 : 15 : 83 100 : 15 : 81 100 : 6 : 53
Tubificidae Aulodrilinae Aulodrilus Tubificiinae Limnodrilus Potamotrix Tubific Ilyodrilus	100 : 20 : 93 100 : 70 : 127 100 : 80 : 130 100 : 78 : 131 100 : 40 : 117
		Piscicolidae Caspiobdella Piscicola	100 : 0 : 50 100 : 0 : 60
		Hirudinidae Hirudo Haemopis	100 : 253 : 340 100 : 285 : 480
Lumbriculidae Lumbriculus	100 : 74 : 80	Erpodellidae Erpobdella(E) E. (Dina)	100 : 109 : 139 100 : 125 : 105

У представителей о. хоботные, сем. плоские и рыбьи, ХЭА слабо или совсем не гидролизует БТХ, субстраты АТХ и ПТХ расщепляется ею с большей скоростью. У пиявок о. бесхоботные наоборот – наименьшая скорость процесса отмечается с АТХ (табл). Фермент олигохет показывает сходную, хотя и не такую яркую картину зависимости субстратной специфичности от филогении видов – у более примитивных червей он расщепляет БТХ в несколько раз медленнее, чем АТХ; у более продвинутых видов соотношение АТХ : БТХ уже не столь разительно (табл.).

Итак, в кл. олигохет и кл. пиявок, выявлены межвидовые различия по уровню ХЭА и ее субстратной специфичности. Они, как правило, тем значительнее, чем отдаленнее родственные связи изученных объектов и, следовательно, разительнее биохимические, анатомо-морфологические отличия и образ жизни, включая подвижность червей. Эти особенности сформировались в процессе адаптации аннелид к изменяющимся условиям существования на протяжении длительного исторического развития. Знания по энзимологии холинэстераз этих червей, расширенные и углубленные, могут способствовать решению ряда вопросов, связанных с их эволюцией и для уточнения таксономической принадлежности отдельных видов.