Введение
Род трематод Ribeiroia (/r/aɪ/'/b/ɪər/iː/ə/) – род трематодных паразитов, последовательно заражающих пресноводных улиток семейства Planorbidae (планорбид) в качестве первых промежуточных хозяев, рыб и личинок амфибий – в качестве вторых промежуточных хозяев, а птиц и млекопитающих – в качестве окончательных хозяев (см.). В Северной Америке заражение Ribeiroia связывают с амфибиями, имеющими деформации конечностей. Связь между паразитарной инфекцией и деформациями конечностей породила вопросы о том, (а) увеличивается ли частота возникновения деформаций, вызванных паразитами, у амфибий (см.), и (б) каковы последствия этих аномалий для сохранения популяций амфибий (см.).
Ribeiroia (/r//aɪ//'//b//ɪər//iː//ə/) is a genus of trematode parasites that sequentially infect freshwater snails in the family Planorbidae (ramshorn snails) as first intermediate hosts, fish and larval amphibians as second intermediate hosts, and birds and mammals as definitive hosts (see ). In North America, infection by Ribeiroia has been linked to amphibians with limb malformations. The connection between parasitic infection and limb malformations has generated questions about (a) whether parasite induced malformations in amphibians are increasing (see ), and (b) the consequences of such abnormalities for amphibian population conservation (see ).
Таксономия
Ribeiroia – род паразитов класса Trematoda, типа Platyhelminthes. В настоящее время признаны три вида и один подвид Ribeiroia: R. ondatrae в Северной Америке, R. marini в Карибском бассейне, R. m. guadeloupensis на карибском острове Гваделупа и R. congolensis в Африке (Johnson et al. 2004). Трематода Cercaria lileta также тесно связана с Ribeiroia, и данные молекулярного секвенирования указывают на то, что она может относиться к виду Ribeiroia (Johnson et al. 2004). Все виды Ribeiroia характеризуются наличием дивертикул пищевода – характерной морфологической особенности (то есть двух коротких слепых ветвей, отходящих в стороны от пищевода). К другим родам, близким к Ribeiroia, относятся Cladocystis trifolium, Cathemasia и Echinostoma (Johnson et al. 2004). Более подробную информацию о морфологических и экологических различиях, а также о филогенетических связях между этими видами можно найти в работе Johnson et al. (2004).
Жизненный цикл
Ribeiroia ondatrae имеет сложный непрямой жизненный цикл. Взрослые черви обитают внутри хищных птиц или млекопитающих (окончательных хозяев), где они размножаются половым путем при наличии других червей. Зрелые особи выделяют яйца в кишечный тракт хозяина, которые выводятся с фекалиями, и для дальнейшего развития им необходимо попасть в воду. Яйца обычно развиваются в течение 2–3 недель, но этот срок варьируется в зависимости от температуры воды. Из яиц вылупляются мирацидии – покрытые ресничками свободноживущие паразиты, которые заражают первого промежуточного хозяина – рогатых улиток семейства Planorbidae, колонизируя их репродуктивные ткани и в конечном итоге формируя редии – медленно передвигающуюся стадию паразита, похожую на червя. Редии размножаются бесполым путем, кастрируя улитку, питаясь ее репродуктивными тканями. Инфекция достигает зрелости примерно через шесть недель, когда редии внутри улитки начинают выделять вторую свободноплавающую стадию, называемую церкариями. Ключевой отличительной особенностью церкарий Ribeiroia ondatrae является раздвоенный пищевод (хотя эта характеристика может встречаться и у некоторых близкородственных родов, таких как Cladocystis trifolium). Церкарии заражают земноводных или рыб (вторых промежуточных хозяев), где они инцистируются – у земноводных в почках конечностей, а у рыб – вдоль боковой линии и на чешуе головы, тела и жабр. Инцистированные церкарии превращаются в метацеркарии – спящую стадию паразита с тонкой внешней мембраной. Метацеркарии похожи на церкарий, но лишены хвостов и не размножаются. Окончательные хозяева (птицы и млекопитающие) заражаются при употреблении в пищу земноводных или рыб, содержащих инцистированные метацеркарии. Жизненный цикл завершается, когда метацеркарии выходят из кисты, прикрепляются к кишечному тракту окончательного хозяина и развиваются во взрослых особей, обычно в провентрикуле птиц и в желудке млекопитающих.
Лабораторные исследования
Экспериментальное воздействие церкарий Ribeiroia ondatrae, как было показано, вызывает деформации конечностей у различных видов лягушек, жаб и саламандр, включая Pseudacris regilla, Anaxyrus boreas, Lithobates pipiens, A. americanus, Ambystoma macrodactylum, L. clamitans и L. sylvatica. Церкарии, по-видимому, предпочитают инфицировать в и вокруг развивающихся зачатков конечностей личиночных амфибий, что может изменять или подавлять развитие конечностей. Риск развития деформаций и смертности варьируется в зависимости от уровня заражения паразитами, стадии развития хозяина и вида амфибий. Как и ожидается при макропаразитарных инфекциях, существует зависимость между дозой церкарий и развитием патологии, особенно у личиночных амфибий на пре- или ранней стадии развития конечностей. Проникновение церкарий в ткани хозяина включает в себя протеолитические ферменты. Точный механизм, посредством которого изменяется развитие конечностей, неизвестен, но потенциальные пути включают механическое повреждение, вызванное внедряющимися паразитами, высвобождение тератогенных веществ паразитами или комбинацию этих двух факторов. Восприимчивость к заражению и последующая патология различаются у разных видов амфибий. Например, серые древесные лягушки (Hyla versicolor) в значительной степени устойчивы к заражению, в то время как жабы (например, A. americanus) демонстрируют высокую частоту смертности и деформаций после воздействия паразитов (Johnson and Hartson 2009). Типы деформаций конечностей также варьируются в зависимости от вида и стадии развития при заражении. Наиболее распространенными ошибками развития, связанными с воздействием Ribeiroia, являются перепонки между пальцами (кожное слияние), отсутствие конечностей или их элементов (эктромелия и гемимелия), наличие дополнительных конечностей и пальцев (полимелия и полидактилия) и костные треугольники. Факторы, определяющие различия в восприимчивости между видами, остаются недостаточно изученными. Однако эти наблюдения позволяют предположить, что тип деформации сам по себе вряд ли может служить диагностическим признаком заражения Ribeiroia.
Полевые исследования
Инфекция рибейрои связана с пороками развития у популяций амфибий в естественной среде, особенно на западе и в центральных штатах США. В крупномасштабном исследовании, проведенном на западе США, как наличие, так и численность инфекции рибейрои предсказывали превышение базового уровня (например, >5%) частоты аномалий у одного или нескольких видов амфибий. Мальформации конечностей были зафиксированы у девяти видов и варьировались по частоте от менее 5% до почти 90%. Роль рибейрои в объяснении случаев пороков развития амфибий в других регионах различна: рибейрои ассоциировалась с очагами высокой заболеваемости деформациями в центральных и северо-восточных штатах США, однако не была обнаружена в ходе обследований деформаций в Вермонте, Аляске, на Бермудских островах и в Мичигане.
Географическое распространение
Ribeiroia ondatrae широко распространена в США, включая данные о 22 видах в 37 штатах (Johnson and McKenzie 2008). Большинство зарегистрированных случаев пороков развития, связанных с Ribeiroia, зафиксировано в Калифорнии, Орегоне, Вашингтоне, Монтане, Миннесоте, Висконсине, Нью-Джерси и Пенсильвании. О распространении Ribeiroia в Канаде и Центральной Америке известно меньше. У амфибий как численность паразита, так и количество наблюдений, по-видимому, положительно коррелируют с основными путями миграции птиц, с наибольшей концентрацией вдоль Тихоокеанского, Миссисипского и Атлантического путей (Johnson et al. 2010). Это наблюдение позволяет предположить, что активность окончательного хозяина (птиц) является важным определяющим фактором распространения паразита в континентальном масштабе, однако эта гипотеза еще не была строго проверена. Ribeiroia ondatrae чаще всего обнаруживается у амфибий в стоячих водоемах, таких как пруды, озера и водно-болотные угодья, где обитают планорбидные улитки. Другие виды Ribeiroia встречаются в Карибском бассейне и Южной Америке (R. marini и R. marini guadeloupensis) и в Африке (R. congolensis). Однако вопрос о том, заражают ли эти виды амфибий или вызывают деформации конечностей, остается неизученным.
Факторы, влияющие на инфекцию
Питательные вещества Обогащение азотом и фосфором – широко распространенная форма антропогенных изменений окружающей среды, способная влиять на заражение паразитами (Johnson and Carpenter 2008). Обогащение питательными веществами приводит к эвтрофикации, которая связана с распространением Ribeiroia ondatrae посредством прямого и косвенного воздействия на водные пищевые сети (Johnson and Chase 2004). Основной механизм, посредством которого эвтрофикация может усиливать заражение, заключается в увеличении плотности инфицированных первых промежуточных хозяев – улиток, а также в повышении продуктивности паразитов инфицированными улитками (Johnson et al. 2007). Пестициды Пестициды по-прежнему рассматриваются как потенциальный фактор, влияющий на развитие аномалий у амфибий (Johnson et al. 2010). Однако, последние исследования сосредоточены на взаимодействии пестицидов с паразитарными инфекциями (Kiesecker 2002; Rohr et al. 2008). Полевые эксперименты выявили связь между сельскохозяйственным стоком и усилением заражения (Kiesecker 2002). Лабораторные исследования дополнительно показали, что воздействие пестицидов снижает иммунокомпетентность хозяина в отношении паразитов, являясь биологическим механизмом этого явления (Kiesecker 2002). Кроме того, существует вероятность, что сочетание внесения питательных веществ и загрязнения пестицидами совместно приводят к увеличению числа инфекций, одновременно повышая экспозицию и подавляя иммунную систему хозяина (Rohr et al. 2008a, b). Биоразнообразие Разнообразие видов хозяев и структура сообщества могут влиять на динамику заболеваний посредством гипотезы, известной как «эффект разбавления» (Ostfeld and Keesing 2000). В случае Ribeiroia ondatrae, различия в восприимчивости видов-хозяев могут влиять на характер заражения в многовидовых сообществах (Johnson et al. 2008, Johnson and Hartson 2009). Следовательно, более разнообразные сообщества личинок амфибий, включающие виды с различной восприимчивостью, способны изменять успешность заражения паразитами и, как следствие, развитие патологии у восприимчивых видов-хозяев. Например, личинки жаб (восприимчивый вид), выращенные в эксперименте совместно с личинками серых древесных лягушек (устойчивый вид), показали на 37% меньше случаев заражения и меньшее количество аномалий развития (Johnson et al. 2008).
Паразитарные пороки развития и сохранение амфибий
Возможно, наиболее неизученными, сложными и важными аспектами последствий трематодных поражений амфибий являются последствия на популяционном уровне. Представляют ли эти паразиты и вызываемые ими деформации угрозу для сохранения видов? Хотя прямых доказательств связи между деформациями, вызванными трематодами, и сокращением численности популяций амфибий нет, есть веские основания для беспокойства (Johnson and McKenzie 2008). Например, лабораторные исследования на нескольких видах лягушек и жаб показали, что даже низкие уровни заражения Ribeiroia могут приводить к смертности в 30–95% случаев (см. Johnson et al. 2010). Соответственно, многолетние полевые исследования демонстрируют, что в местах обитания с высоким уровнем заражения и деформаций у метаморфирующих лягушек менее 2% амфибий, возвращающихся для размножения, имеют деформации, что указывает на негативное влияние инфекции Ribeiroia и деформаций на индивидуальную выживаемость и плодовитость (Johnson et al. 2001). В некоторых водно-болотных угодьях, где исторически наблюдалась высокая распространенность инфекций и деформаций, численность нескольких видов амфибий значительно сократилась или они полностью исчезли (см. обзор в Johnson and McKenzie 2008). Учитывая эти данные и растущие доказательства увеличения распространенности инфекций Ribeiroia (Johnson and McKenzie 2008), разумно рассматривать Ribeiroia ondatrae как угрозу для популяций и разнообразия амфибий, особенно в сочетании с другими факторами стресса.