Выявление «скрытого разнообразия» и построение современной системы центрохелид (Haptista: Centroplasthelida): 2021 г. этап 2

Проект: исполнение гранта/договораисполнение этапа гранта/договора

Сведения о проекте

описание

Центрохелиды (Centroplasthelida Febvre-Chevalier et Febvre, 1984) – наибольшая по числу видов группа свободноживущих протистов в пределах бывшего таксона «солнечники» («Heliozoa»), на настоящий момент признанного полифилетическим (Cavalier-Smith et al., 2015; Nikolaev et al., 2004). Положение центрохелид на древе эукариот долгое время не удавалось установить (Sakaguchi et al., 2007), однако на настоящий момент при участии руководителя проекта установлено, что они представляют одну из крупных линий эукариот – Haptista, будучи сестринской группой гаптофитовых водорослей (Burki et al., 2016). Центрохелиды - преимущественно бентосные фаготрофы, пищей которым служат другие представители эукариот (Микрюков, 2002), благодаря чему они играют важную роль в пищевых цепях на микроуровне, выступая хищниками высшего порядка (apex predators) (Sakaguchi et al., 2002). Центрохелиды встречаются практически повсеместно, в подавляющем большинстве биотопов, где наличествует жидкая вода: в морских биотопах (в бентосе (Mikrjukov, 2001), реже – в планктоне (Ostroumoff, 1917)), включая глубоководные местообитания (Zlatogursky, 2016); в пресных реках и озёрах (Леонов, 2009); в болотах (Леонов и Мыльников, 2009); в составе активного ила (Суханова, 1984); в почве (Esteban et al., 2006); в грунтовых водах (Loquay et al., 2009), во льду (Ikävalko and Gradinger, 1997); в солёных континентальных водоёмах (Zlatogursky et al., 2019b). В природных экосистемах центрохелиды могут достигать высокой численности (до 2462 клеток клеток / л -1) (Biyu, 2000) и, вместе с другими «солнечниками» составляют до 30% биомассы протистов (Stensdotter-Blomberg, 1998). При этом именно центрохелиды нередко являются доминирующим компонентом сообщества «солнечников» (Salbrechter and Arndt, 1994). Центрохелид применяют в биоиндикации качества воды (Jiang, 2006; Yoshimura et al., 2006) и в палеоклиматологии (Douglas and Smol, 1987), они обладают потенциалом к использованию их в стратиграфии (Красилов, 1977) и криминалистике (Siver et al., 1994). Во многом это возможно благодаря наличию у этих организмов неорганического внешнего скелета – чешуек, имеющих видоспецифичное строение, которые сохраняются в окружающей среде даже после смерти организма (Channing and Wujek, 2010). Недавно было показано, что центрохелидные солнечники (а точнее – их симбионты) могут выступать хозяевами вирусов, способных заражать человека (Yolken et al., 2014). Несмотря на очевидно высокую значимость центрохелид, на настоящий момент они «выпадают» из комплексных исследований самой различной направленности в силу того, что (1) их биоразнообразие по большей части не описано; (2) система этой группы нуждается в значительной доработке; (3) простые и доступные неспециалистам подходы к идентификации отсутствуют. Актуальность данного проекта в том, что он направлен на решение всех трёх перечисленных проблем.

описание для неспециалистов

Центрохелидные солнечники это микроскопические организмы, обитающие почти что всюду, похожие на амёб, играющие роль суперхищников на микроуровне. Мы описали новый вид солнечника Pterocystis infundibula, обладающий уникальным строение скелета. Скелет у солнечников представлен силикатными чешуйками, которые окружают клетку и обладают сложной скульптурой. У Pterocystis infundibula чешуйки имеют скульптуру характерную для рода Pterocystis, но в пределах одной клетки можно наблюдать и чешуйки похожие на таковые совсем другого рода - Pseudoraphidocystis, при этом нет резкой границы, имеются все стадии переходов. Это указывает на близкое родство этих двух родов. Солнечники могут переходит в цисты - покоящиеся стадии. Стенка цисты тоже укрепляется силикатными чешуйками. Есть виды солнечников, клетки которых окружены не силикатными чешуйками, а органическими спикулами. А как такие виды переходят в цисты? Мы изучили два штамма солнечников с органическими покровами. Оказалось, что один из них при переходе в цисту формирует силикатные чешуйки, а другой и стенку цисты делает чисто органической. У некоторых солнечников в клетках встречаются зелёные фотосинтезирующие симбионты - хлореллы. Мы накопили данные по разным независимо выделенным изолятам с хлореллами, чтобы ответить на такие вопросы: у всех ли солнечников одни и те же хлореллы или есть разнообразие, есть ли “зелёные” и “бесцветные” виды или один вид поочерёдно существует в двух формах, каково разнообразие заражающих хлореллы вирусов (пока описан только один). Также мы подготовили список всех актуальных видов центрохелидных солнечников публично доступный в интернете.

основные результаты по этапу (кратко)

В ходе проведенного исследования был открыт и описан новый вид центрохелидных солнечников Pterocystis infundibula. Представители этого вида обладают необычной структурой радиальных чешуек. Вдоль аксоподий располагаются удлинённые чешуйки с воронковидным основанием и хорошо выраженным стволом. Однако, в пределах одной и той же клетки можно наблюдать также радиальные чешуйки с редуцированным или полностью отсутствующим стволом. В последнем случае они демонстрируют сходство с чешуйками рода Pseudoraphidocystis, что свидетельствует в пользу близкого родства этих двух родов. Ретикулярная структура радиальных чешуек нового вида напоминает таковую некоторых представителей Raphidocystis и уникальна в пределах Pterocystis. Также изучен новый изолят Acanthocystis nichollsi, в отличии от уже известных не образующий кремниевых чешуек на трафической стадии, а также, что впервые показано для центрохелид формирующий цисты с органической стенкой. Органическая природа покровов подтверждена с помощью энергодисперсионного анализа. У другого изолята, идентифицированного как Choanocystis perpusilla, трофические стадии окружены слизистой капсулой (напоминая Chlamydaster spp.) в которую инкорпорированы органические спикулы. При этом при инцистировании формируются кремниевые чешуйки, характерные для Ch. perpusilla. Это первые данные по инцистированию солнечников с органическими покровами. Впервые изучены цисты Raphidiophrys intermedia демонстрирующие промежуточный вариант строения по сравнению с ранее описанными видами: стенка цисты имеет признаки мозаичной структуры со швами, однако слой мозаичных чешуек не выражен. Результаты получены с помощью разрезания цист сфокусированным ионным пучком галиевой пушки и дальнейшего изучения в сканирующем электронном микроскопе. Такое строение роднит R. intermedia c R. heterophryoidea c которым он группируется по данным проведённого молекулярно-филогенетического анализа. Благодаря изменённой методике пробоотбора, собран значительный объём новых данных по симбионтсодержащим центрохелидам. Впервые исследованы симбионтсодержащие R. intermedia. Также изучена серия из 5 независимых изолятов Acanthocystis turfacea, включающая впервые обнаруженных крупных бесцветных солнечников, которые по размерам не уступают симбионтсодержащим формам. Судя по предварительным данным, потеря симбионтов не приводит к уменьшению размеров, а мелкие бесцветные A. turfacea представляют собой самостоятельный вид. Обновлён чек-лист описанных видов центрохелид. Поданы две статьи в журналы, содержащие таксономические описания и современные данные по ранее описанным видам.

описание вклада в работу каждого из участников, допустима оценка в процентах (учётная форма ЦИТиС)

Драчко Дарья Олеговна, аспирант:работа в молекулярной лаборатории, анализ данных, написание статей; 45%
Мирончикова Алиса Сергеевна, магистрант: отбор и обработка проб, поддержание культур, микроскопия; 45%
Осяева Екатерина Николаевна, студент: отбор проб, работа в молекулярной лаборатории; 10%

передача полной копии отчёта третьим лицам для некоммерческого использования: разрешается/не разрешается (учётная форма ЦИТиС)

разрешается

проверка отчёта на неправомерные заимствования во внешних источниках: разрешается/не разрешается (учётная форма ЦИТиС)

разрешается
АкронимRFBR_a_2020 - 2
СтатусЗавершено
Действительная дата начала/окончания23/03/2128/12/21

Ключевые слова

  • центрохелидны, протисты, биоразнообразие, филогения протистов, таксономия, ультраструктура, микроскопия, систематика