Член-корреспондент РАН Ю. И. ПОЛЯНСКИЙ, президент Общества протозоологов РАН

Доктор биологических наук Т. В. БЕЙЕР, ведущий научный сотрудник Института цитологии РАН

Изучение объектов протозоологии - одноклеточных существ, или простейших, - стало возможным лишь после создания микроскопа. Честь открытия принадлежит Антони ван Левенгуку В 1675 г. он впервые наблюдал свободноживущее простейшее (по-видимому, инфузорию-сувойку), а годом раньше - паразитических простейших (кокцидий) в печени кролика. Во времена Левенгука и много позже эти странные микроскопические существа обозначали общим термином, и о строении этих существ бытовали самые невероятные представления.

Значительным событием в понимании природы простейших явилось возникновение и развитие клеточной теории, сформулированной Т. Шванном в 1838-1839 гг., согласно которой клетка - единица организации и развития подавляющего большинства растений и животных.

В окружающей нас биосфере имеются большие группы организованных существ, образующих огромное многообразие экологических систем. Наиболее древними являются прокариотные микроорганизмы, наследственная информация которых локализуется в ДНК, однако еще не организованной в клеточное ядро. Прокариоты возникли около 4 млрд. лет тому назад, и понадобилось свыше 2 млрд. лет, чтобы они дали начало эукариотной клетке с клеточным ядром. По сравнению с прокариотной, эукариотная организация жизни оказалась высокопрогрессивной, и на ее основе в последующие 1,5-2 млрд. лет возникло все огромное разнообразие растений, животных и протистов. ^*

Считается, что эукариотический уровень развития жизни появился на Земле в форме одноклеточных организмов, т. е. протистов. Обычно принималось, что существующие в настоящее время одноклеточные организмы - это как бы остатки того периода жизни на Земле, когда вся жизнь была "одноклеточной", и что некоторая часть этих "остатков" сохранилась до наших дней, приспособившись к существованию в определенных экологических нишах. Подобная концепция о роли протистов в биосфере Земли должна быть несомненно пересмотрена.

Анализ данных позволяет думать, что современные простейшие суть не просто реликты отдаленных периодов истории Земли, частично сохранившиеся и поныне, но своеобразные организмы, находящиеся на особом уровне организации живой материи и играющие немаловажную, хотя и не выясненную до конца роль в биосфере.

Велика роль простейших в формировании коры нашей планеты. В Мировом океане в несметных количествах обитают простейшие, имеющие минеральный скелет (известковый, кремниевый и др.), которые после отмирания осаждаются на дно, образуя многометровые толщи илов. Когда в результате тектонических процессов дно океана становится сушей, донные отложения преобразуются в осадочные породы и образуют основную массу поверхностных слоев земной коры: известняки, мел, мрамор. Принимая участие в создании облика нашей планеты, простейшие оказываются важным звеном в круговороте многих элементов Земли: кальция, кремния, магния, стронция. Эта сторона деятельности простейших была убедительно показана основателем учения о биосфере академиком В. И. Вернадским (1863-1945).

Еще мало известна роль простейших как важного компонента в составе планктона и, частично, микробентоса (донных организмов) - необходимого звена в цепях питания между бактериями и зоопланктонными организмами. Без учета этой роли простейших гидробиологи получают (и довольно часто!) весьма искаженную картину экосистемы водоема. Протозоологические исследования, проводившиеся

^* Протисты, или одноклеточные эукариотические организмы, распадаются на две основные группы: одноклеточные водоросли (аутотрофные организмы, снабженные хлорофиллом) и простейшие (одноклеточные гетеротрофные организмы), о которых идет речь в данной статье (прим. авт.).

стр. 89

в последние годы в разных регионах бывшего СССР, подтвердили большую роль простейших в водных системах и в Мировом океане. При этом в работах сотрудников Института биологии внутренних вод РАН, проведенных на Рыбинском водохранилище, было выявлено активное участие в пищевых цепях не только инфузорий, но и жгутиконосцев, о чем раньше не было известно, так как на этих простейших просто не обращали внимания.

Нельзя сбрасывать со счетов и такое перспективное практическое использование свободноживущих простейших, как получение из них белковой массы. В настоящее время разработаны методы массового культивирования простейших, в ходе которого они могут делиться от одного до нескольких раз в сутки, что ведет к быстрому нарастанию их биомассы. Эту массу используют для питания мальков рыб, в качестве белковых добавок в пищу животным и человеку и т.п. (Институт биофизики СО РАН, Красноярск).

Изучение фауны свободноживущих пресноводных и морских простейших позволило получить много новых данных, представляющих теоретический и практический интерес. Так, оказалось, что эти организмы активно участвуют в почвообразовании, а также в очистке сточных вод, способствуя распаду органических веществ. Будучи весьма чувствительными даже к малейшим изменениям внешней среды, простейшие служат тонкими индикаторами состояния водной среды и прежде всего степени ее загрязненности (Санкт-Петербургский педагогический университет. Московский государственный университет). В процессе эволюции сотни и тысячи видов одноклеточных избрали местом обитания другие организмы и перешли к паразитическому образу

жизни. Такой путь их развития ставит перед наукой ряд серьезных проблем, связанных с изучением форм взаимоотношений паразита и хозяина. Многие паразитические простейшие оказываются патогенными для человека, животных, птиц, рыб, насекомых.

По статистике Всемирной организации здравоохранения, малярия - одно из наиболее широко распространенных заболеваний человека. Ежегодно регистрируются сотни тысяч случаев, многие из которых заканчиваются летально. Возбудителями малярии человека (а она бывает у птиц и рептилий) являются простейшие из класса споровиков, имеющие сложные жизненные циклы со сменой хозяев: промежуточного (человек) и окончательного (комары рода Anopheles). Человек заражается от укуса комара, а комар - в процессе кровососания человека.

Еще в 40-е годы XX в. отечественный ученый Б. Н. Николаев, изучая один из четырех видов малярийных паразитов человека Plasmodium vivax, выделил два подвида, различавшихся по продолжительности инкубационного периода в организме человека. В дальнейшем это открытие позволило установить в жизненном цикле возбудителей малярии особые стадии их развития (гипнозоиты), способные длительное время существовать в печени больного. Именно гипнозоиты оказались причиной отдаленных рецидивов при трехдневной малярии, что многие годы считалось загадкой.

Уже в 70-е годы московские ученые Ш. Д. Мошковский и А. Я. Лысенко показали, что спорозоиты Р. vivax различаются по длительности периода развития их потомков и что этот признак контролируется особыми генами. При укусе комара в кровь человека попадает смесь спорозоитов, подразделяющаяся на две группы. Первые (тахиспорозоиты)

стр. 90

начинают развитие немедленно и вызывают заболевание в короткие сроки. Вторые (брадиспорозоиты) пребывают некоторое время как бы в спячке и начинают развиваться после длительного инкубационного периода. Понимание указанных биологических особенностей возбудителей позволило определить новые пути борьбы с малярией.

Огромный экономический ущерб животноводству и птицеводству наносят кокцидии - организмы, систематически близкие к малярийным плазмодиям. В южных регионах нашей страны широко распространены кровепаразитарные инвазии, вызываемые пироплазмидами и жгутиконосцами. Большой вклад внесли отечественные протозоологи в изучение возбудителей бабезиоза и тейлериоза крупного и мелкого рогатого скота, а также трипаносомозов и лейшманиоза (кожного и висцерального) человека и животных.

Для успешной борьбы с протозойными заболеваниями важно не только определить вид возбудителя, но и выяснить механизмы его специфического воздействия на организм хозяина. А это оказалось поистине "тонкой" работой, которую следует проводить на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях (Институт цитологии РАН, Институт эволюционной физиологии и биохимии РАН, Институт защиты растений, С.-Петербург; Московский университет). Так, при изучении кокцидии было показано, что структура каждой отдельной стадии развития паразита значительно сложнее, чем у типичной эукариотной клетки. Такие стадии обладают дополнительным набором специальных органелл, которые обеспечивают проникновение в клетку хозяина и способствуют дальнейшему росту и развитию внутриклеточного паразита. Развивающийся паразит, как правило, не убивает заключающую его клетку, но модифицирует ее в удобную для себя среду обитания. В итоге создается временное динамичное равновесие между паразитом и хозяином, хотя и в пользу паразита.

Биохимическими исследованиями было установлено, что паразиты способны избирательно ассимилировать определенные компоненты из клетки хозяина. Новейшие представления о молекулярно-биохимических механизмах, лежащих в основе паразитохозяинных отношений, открыли возможности для создания и успешного применения антикокцидийных препаратов, таких, как кокцидин, ирамин, бутоксол, химкокцид-7 и др.

Большое теоретическое и практическое значение имеют также исследования протозоологов С.-Петербурга по изучению паразитов рыб (микроспоридий) и членистоногих (микроспоридий: как было недавно выяснено, эти паразиты представляют опасность и для здоровья человека). На основе данных по изучению ультраструктуры, метаболизма и экологии этих возбудителей была создана их оригинальная система, а также даны важные рекомендации по профилактике и борьбе с вызываемыми ими болезнями.

Говоря о простейших, об их многообразии и многочисленности (уже описано около 100 тыс. видов!), о разнообразии их сред обитания и сложности жизненных циклов, мы отмечаем, что протозоология постепенно вторгается в другие, пограничные области знания, такие, как зоология и ботаника, клеточная биология, включая цитологию и молекулярную биологию. Протозоология тесно связана с проблемами генетики и эволюционной теории, но решает их на качественно своеобразном, клеточном уровне, который вовсе не тождественен таковому у многоклеточных.

Так, особенности морфофизиологических закономерностей эволюции у простейших определяются ведущей ролью в этом процессе феномена полимеризации, т. е. увеличения числа клеточных компонентов, тогда как у многоклеточных, напротив, ведущая роль в эволюции принадлежит обратному процессу - олигомеризации. Эти важные теоретические разработки ученых С.-Петербурга, начатые еще членом- корреспондентом АН СССР В. А. Догелем (1882- 1955), имели продолжение в исследованиях по эволюции ядерного аппарата простейших и в создании теории ядерного дуализма (Институт цитологии РАН).

Речь идет о замечательном биологическом явлении, имеющем место, в частности, у инфузорий и проявляющемся в качественных особенностях эволюции аппарата хранения, умножения и реализации наследственной информации (ДНК), которая представлена в виде двух морфологически различающихся ядер: макро- и микронуклеуса. Первое является хранителем наследственной информации в ряду следующих друг за другом поколений при делении инфузорий, тогда как второе берет на себя функцию реализации наследственной информации через синтез информационной РНК и белка. Сюда же примыкает серия исследований по изучению своеобразного феномена внутриядерного симбиоза бактерий и инфузорий, на основе которых был разработан оригинальный "симбиотический метод" изучения генетического аппарата простейших (Санкт-Петербургский университет).

Генетики-протозоологи Санкт-Петербурга внесли много нового в изучение форм изменчивости простейших. Экспериментально доказано наличие и значение длительных модификаций у инфузорий для приспособления их к внешней среде. Возникая как ответная реакция на новые условия среды обитания, эти модификации сохраняются в течение ряда бесполых поколений, но при этом не затрагивают молекулярной структуры генома. К этой же группе относится и эпигеномная изменчивость - наследуемая форма, также не связанная с молекулярными преобразованиями генома, но лишь с процессами экспрессии генов.

В исследованиях на свободноживущих амебах был применен микрургический метод трансплантации (пересадки) клеточных ядер, с помощью которого была также доказана главенствующая роль ядра в наследственности при бесполом размножении простейших, открыты ранее неизвестные явления взаимодействия ядер в гетерокарионах (клетках с двумя и более ядрами), несовместимости ядра и цитоплазмы, наследственной нестабильности (Институт цитологии РАН).

Приведенные выше факты и закономерности представляют большой интерес не только для изучения протистов, но и для разработки проблем общей и клеточной биологии, систематики, паразитологии, генетики, поскольку раскрывают все новые и новые тайны развития живой материи, помогают глубже проникнуть в процессы эволюции.

Наука в России N 2, 1993

Постоянный адрес данной публикации: