Морские биологи

Биостанция МГУ

Эволюционный дауншифтинг дождевых червей

Представьте, что самый обычный дождевой червяк стал длинным и толстым, как шлагбаум, и начал жить в трубке, которую строит сам и откуда торчат лишь его многочисленные щупальца. Из своей трубки он никогда не вылезает и селится на останках костей позвоночных, гниющих обломках затонувших судов или близ сероводородных источников. Сложновато вообразить такого уже далеко не дождевого червя, не правда ли? Но в природе такие организмы существуют, а имя им — вестиментиферы.

Черви-вестиментиферы вместе со своими сородичами погонофорами, костоедами и древоточцами относятся к семейству зибоглинид (понимаем, имена у этих червей на любителя). Все эти группы червей относятся к сидячим кольчатым червям и произошли от того же предка, что и дождевой червь. Только эволюция загнала дождевого червя в почву, а зибоглинид отправила осваивать глубоководные местообитания. Как мы уже упоминали, некоторые вестиментиферы селятся близ гидротермальных источников, а условия там далеко не райские для нормальных аэробных организмов. В общем, вестиментифер можно считать примером эволюционного дауншифтинга среди червяков.



Расскажем немножко подробнее про обстановку близ гидротермальных источников, которые считаются колыбелью жизни на Земле. Температура там зависит от активности источника и может колебаться в диапазоне от +2 до +30 градусов Цельсия, реакция среды кислая (pH может опускаться до 4,4), химический состав сильно варьирует, концентрация сероводорода и сульфидов превышает допустимую для человека норму в 100 раз… То холодно, то жарко, кисло и крайне токсично для большинства аэробных организмов (сероводород блокирует конечный фермент дыхательной цепи). Но наши герои, черви-вестиментиферы, сумели успешно приспособиться к ссылке на сероводородные источники и даже извлекают пользу из ядовитового окружения.

Отметим, что далеко не все вестиментиферы селятся близ гидротермальных источников, к ним тяготеют лишь некоторые представители, такие как рифтия (Riftia pachyptila) и риджея (Ridgeia piscesae). Эти черви избавились от кишечника, и почти весь просвет их целома занимает специальный орган — трофосома. Прямо внутри клеток этого органа живут симбиотические хемоавтотрофные бактерии. Такие бактерии используют гидросульфид-ион (HS-) в качестве источника окисления, освобождающиеся в ходе окисления электроны поступают в электрон-транспортную цепь, и в конечном счете образуется АТФ — универсальная энергетическая валюта живых существ (по крайней мере, на Земле).

Все питание наших вестиментифер построено на симбиотических отношениях с хемоавтотрофными бактериями: черви снабжают симбионтов жилплощадью, обеспечивают сульфидом, а взамен получают готовую органику в виде сукцината и глутамата. Встает вопрос: как транспортировать через свое тело токсичные сульфиды, чтобы «накормить» бактерий? На этот случай у рифтии и риджеи есть измененный гемоглобин. Цепочки фермента у этих червей снабжены цистеиновыми остатками, способными связываться с сероводородом и транспортировать его по телу (с переносом кислорода при этом у них проблем не возникает).


Кроме того, недавно мы на кафедре зоологии беспозвоночных животных биофака МГУ исследовали кровеносную систему рифтии, гиганта-рекордсменки среди вестиментифер, и выявили ряд характерных особенностей, не свойственных прочим кольчатым червям. У рифтии оказалась хорошо развита лакунарная система, дренирующая основные системы органов (в том числе трофосому, где живут бактерии-симбионты), основные сосуды, по которым проталкивается кровь к верхнему концу тела червя, дополнительно выстланы слоем мышечной тканью.

Кроме того, в щупальцевой зоне рифтии соединяются две системы сосудов, из-за чего кровь к щупальцам идет как по базальным, так и по аксиальным сосудам. Дополнительная сосудистая система позволила рифтии обзавестись аж 400 парами ламелл, несущих щупальца (у других вестиментифер их число не превышает 70).


Таким образом, измененный гемоглобин и усиленная кровеносная система позволили родне дождевых червей стать резистентными к сильному токсину, перейти целиком на симбиотическое питание и освоить малопригодную для жизни нишу.

Литература

Tunnicliffe, V., Germain, C. S., & Hilario, A. Phenotypic variation and fitness in a metapopulation of tubeworms (Ridgeia piscesae Jones) at hydrothermal vents // PloS one, 2014. — 9(10).

Bright, M., and F. H. Lallier. The biology of vestimentiferan tubeworms // Oceanogr. Mar. Biol. Annu. Rev., 2010 (48). — Pp. 211–264.

Bailly, X., & Vinogradov, S. The sulfide binding function of annelid hemoglobins: relic of an old biosystem? // Journal of inorganic biochemistry, 2005. — 99(1). — Pp. 142-150.

Rimskaya-Korsakova, N. N., Galkin, S. V., & Malakhov, V. V. The anatomy of the blood vascular system of the giant vestimentiferan tubeworm Riftia pachyptila (Siboglinidae, Annelida) // Journal of Morphology, 2017. — 278(6). — Pp. 810-827.

Надежда Римская-Корсакова,
кандидат биологических наук,
ведущий научный сотрудник кафедры зоологии беспозвоночных биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова

Ранее в этом блоге

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.