Эколого-физиологический анализ иммунных реакций Pelophylax ridibundus и P. lessonae (Amphibia: Ranidae) антропогенно-трансформированных территорий

Цель работы – оценка состояния популяций бесхвостых амфибий антропогенной территории по комплексу показателей иммунного гомеостаза организма. В работе использованы: лягушка озерная Pelophylax ridibundus (Pallas, 1771) и лягушка прудовая P. lessonae (Camerano, 1882) из природных популяций водных объектов г. Нижнего Новгорода. Приоритетные химические загрязнители водоемов определяли методом спектрофотометрии. Идентификация видов проводилась при помощи мультиплексной ПЦР тестсистемы. Результаты идентификации верифицировались секвенированием митохондриального гена ND2 и фрагмента ядерного гена SAI. У всех собранных особей определяли число эритроцитов, лейкоцитов, лейкоцитарный профиль и уровень иммунных комплексов. Выявлено превышение норматива качества воды по содержанию тяжелых металлов для водоемов рыбохозяйственного назначения во всех водных объектах. Молекулярно-генетическая диагностика показала наличие в выборке озерных лягушек как «чистых» P. ridibundus, так и особей с интрогрессивной мтДНК анатолийской формы озерной лягушки (P. cf. bedriagae). В выборке прудовых лягушек все изученные особи имели только видоспецифические маркеры мт- и яДНК P. lessonae. Озерные лягушки отличались от прудовых повышенным содержанием эритроцитов, нейтрофилов, базофилов, мелких иммунных комплексов и пониженным содержанием лимфоцитов. Выявленные изменения иммуногематологических показателей зеленых лягушек обуславливались комплексным генотоксичным воздействием загрязнителей водных объектов. Показано снижение индекса соотношения лимфоцитов / эозинофилов при повышении концентрации нитритов, повышение активности гуморальных иммунных реакций в условиях загрязнения водной среды сульфатами, возрастание доли незрелых лейкоцитарных клеток (миелоцитов) в крови лягушек при повышении концентрации в воде марганца и нитратов. В условиях средового стресса, определяемого уровнем загрязнения воды, регулирующие системы крови лягушек отражали стресс-индуцированную реакцию, более выраженную в организме озерных лягушек по сравнению с прудовыми. 

1. Банников А. Г., Даревский В. Г., Ищенко А. К., Рустамов Н. Н., Щербак И. С. Определитель земноводных и пресмыкающихся фауны СССР. М. : Просвещение, 1977. 415 с.

2. Вафис А. А., Пескова Т. Ю. Реакция крови озерной лягушки Rana ridibunda Pal. на воздействие сточных вод сахарных заводов // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. 2009. № 2 (16). С. 8 – 18.

3. Вершинин В. Л. Гемопоэз бесхвостых амфибий – специфика адаптациогенеза видов в современных экосистемах // Зоологический журнал. 2004. Т. 83, № 11. C. 1367 – 1374.

4. Вершинин В. Л. Функциональные особенности популяций амфибий в градиенте урбанизации // Известия Самарского научного центра РАН. 2014 Т. 16, № 5 (1). С. 344 – 348.

5. Вершинин В. Л., Буракова А. В., Вершинина С. Д. Сравнительный анализ паразитоценозов амфибий сем. Ranidae (Anura) в градиенте урбанизации // Экология. 2017. № 5. С. 385 – 395.

6. Гриневич Ю. А., Алферов А. Н. Определение иммунных комплексов в крови онкологических больных // Лабораторное дело. 1981. № 8. С.493 – 495.

7. Иванов А. Ю. Молекулярно-генетические и экологические особенности распространения криптических форм озерной лягушки в восточной части ареала : автореф. дис. … канд. биол. наук. Пенза, 2019. 22 с.

8. Леонтьева О. А., Семенов Д. В. Земноводные как биоиндикаторы антропогенных изменений среды // Успехи современной биологии. 1997. Т. 117, вып. 6. С. 726 – 736.

9. Меньшиков В. В., Делекторская Л. Н., Золотницкая Р. П., Андреева 3. М., Анкирская А. С., Балаховский И. С., Белокриницкий Д. В., Воропаева С. Д., Гаранина Е. Н., Лукичева Т. И., Плетнева Н. Г., Смоляницкий А. Я. Лабораторные методы исследования в клинике М. : Медицина, 1987. 368 с.

10. Минеева О. В., Минеев А. К. Нарушения лейкоцитарной формулы крови озёрной лягушки Саратовского водохранилища // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. 2011. № 2 (2). С. 94 – 97.

11. Нормативы качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектах рыбохозяйственного значения (Приказ Федерального агентства по рыболовству от 18.01.2010 г. № 20). М., 2010. 90 с.

12. Пескова Т. Ю. Влияние антропогенных загрязнений среды на земноводных. Волгоград : Волгоградский государственный педагогический университет, 2001. 156 с.

13. Пескова Т. Ю. Действие смесей солей тяжелых металлов на головастиков бесхвостых земноводных // Известия Самарского научного центра РАН. 2003. № 1. С. 157 – 164.

14. РД 52.24.643-2002. Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям / Росгидромет. Ростов н/Д, 2002 56 с.

15. Романова Е. Б., Николаев В. Ю., Гелашвили Д. Б. Экологические аспекты организации иммунной системы амфибий // Современная герпетология. 2014. Т. 14, вып. 3/4. С. 126 – 133.

16. Силс Е. А. Популяционные особенности гематологических показателей периферической крови сеголеток Rana ridibunda Pall. в условиях урбанизации // Экология. 2010. № 2. С. 158 – 160.

17. Ткаченко Е. А., Дерхо М. А. Лейкоцитарные индексы при экспериментальной кадмиевой интоксикации мышей // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2014. № 3 (47). С. 81 – 83.

18. Шитиков В. К., Розенберг Г. С. Рандомизация и бутстреп: статистический анализ в биологии и экологии с использованием R. Тольятти : Кассандра, 2014. 314 с.

19. Aljanabi S. M., Martinez I. Universal and rapid salt-extraction of high genomic DNA for PCR-based techniques // Nucleic Acids Research. 1997. Vol. 25, iss. 22. P. 4692 – 4693. https://doi.org/10.1093/nar/25.22.4692

20. Akin Peksen Ҫ. Molecular evolution and phylogeography of the Eastern Mediterranean water frog (Pelophylax) complex: PhD Thesis / School of Natural and Applied Sciences of Middle East Technical University. Ankara, 2015. 342 p.

21. Akin Ç., Can Bilgin C., Beerli P., Westaway R., Ohst T., Litvinchuk S. N., Uzzell T., Bilgin M., Hotz H., Guex G.-D., Plötner J. Phylogeographic patterns of genetic diversity in eastern Mediterranean water frogs were determined by geological processes and climate change in the Late Cenozoic // Journal of Biogeography. 2010. Vol. 37, iss. 11. P. 2111 – 2124. https://doi.org/10.1111/j.1365- 2699.2010.02368.x

22. Cabagna M. C., Lajmanovich R. C., Stringhini G., Sanchez-Hernandez J. C., Peltzer P. M. Hematological parameters of health status in the common toad Bufo arenarum in agro ecosystems of Santa Fe Province, Argentina // Applied Herpetology. 2005. Vol. 2. P. 373 – 380.

23. Coico R., Sunshine G., Benjamini E. Immunology. A Short Course. Hoboken : Wiley-Liss Publ., 2003. 237 p.

24. Das S., Nikolaidis N., Klein J., Nei M. Evolutionary redefinition of immunoglobulin light chain isotypes in tetrapods using molecular markers // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2008. Vol. 105. P. 16647 – 16652.

25. Davis A. K., Maney D. L., Maerz J. C. The use of leukocyte profiles to measure stress in vertebrates: A review for ecologists // Functional Ecology. 2008. Vol. 22, iss. 5. P. 760 – 772. https://doi.org/10.1111/j.1365-2435.2008.01467.x

26. Ermakov O., Ivanov A., Titov S., Svinin A., Litvinchuk S. N. New multiplex PCR method for identification of east European green frog species and their hybrids // Russian Journal of Herpetology. 2019. Vol. 26, № 6. P. 367 – 370. https://doi.org/10.30906/1026-2296-2019-26-6-367-370

27. Geisberger R., Lamers M., Achatz G. The riddle of the dual expression of IgM and IgD // Immunology. 2006. Vol. 118. P. 429 – 437.

28. International Guiding Principles for Biomedical Research Involving Animals. Geneva, Switzerland : Council for International Organization of Medical Sciences Publ., 2012. 4 p.

29. Khokhlova I. S., Spinu M., Krasnov B. R., Degen A. A. Immune response to fleas in a wild desert rodent: Effect of parasite species, parasite burden, sex of host and host parasitological experience // Journal of Experimental Biology. 2004. Vol. 207. P. 2725 – 2733.

30. Litvinchuk S. N., Ivanov A. Yu., Lukonina S. A., Ermakov O. A. A record of alien Pelophylax species and widespread mitochondrial DNA transfer in Kaliningradskaya Oblast’ (the Baltic coast, Russia) // Bioinvasions Records. 2020. Vol. 9, № 3. P. 599 – 617. https://doi.org/10.3391/ bir.2020.9.3.16

31. Meyer A. Evolution of mitochondrial DNA in fishes // Molecular Biology Frontiers, Biochemistry and Molecular Biology of Fishes / eds. P. W. Hochachka, T. P. Mommsen. New York ; Amsterdam : Elsevier Press, 1993. Vol. 2. Р. 1 – 38.

32. Ohta Y., Flajnik M. IgD, like IgM, is a primordial immunoglobulin class perpetuated in most jawed vertebrates // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2006. Vol. 103. P. 10723 – 10728.

33. Peskova T. Ju., Bachevskaya O. N., Plotnikov G. K. Hematological indices of the lake frog Pelophylax ridibundus (Pallas, 1771) (Ranidae, Anura) inhabiting reservoirs in the Northwestern Ciscaucasia with various pollution types. Current Studies in Herpetology, 2019, vol. 19, no. 1–2, pp. 40–45. https://doi.org/10.18500/1814-6090-2019-19-1-2-40-45

34. Plötner J., Uzzell T., Beerli P., Spolsky C., Ohst T., Litvinchuk S. N., Guex G.-D., Reyer H.-U., Hotz H. Widespread unidirectional transfer of mitochondrial DNA: A case in western Palaearctic water frogs // Journal of Evolutionary Biology. 2008. Vol. 21, № 3. P. 668 – 681. https://doi.org/10.1111/j.1420-9101.2008.01527.x

35. Plötner J., Köhler F., Uzzell T., Beerli P., Schreiber R., Guex G-D., Hotz H. Evolution of serum albumin intron-1 is shaped by a 5 truncated non-long terminal repeat retrotransposon in western Palearctic water frogs (Neobatrachia) // Molecular Phylogenetics and Evolution. 2009. Vol. 53, iss. 3. P. 784 – 791.

36. R Core Team. R : A Language and Environment for Statistical Computing. Vienna, Austria, 2020. Available at: http://www.R–project.org (accessed 17 December 2020).

37. Robert J., Ohta Y. Comparative and developmental study of the immune system in Xenopus // Developmental Dynamics. 2009. Vol. 238, iss. 6. P. 1249 – 1270. S

38. vinin A. O., Dedukh D. V., Borkin L. J., Ermakov O. A., Ivanov A. Yu., Litvinchuk J. S., Zamaletdinov R. I., Mikhaylova R. I., Trubyanov A. B., Skorinov D. V., Rosanov Yu. M., Litvinchuk S. N. Genetic structure, morphological variation, and gametogenic peculiarities in water frogs (Pelophylax) from northeastern European Russia // Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research. 2021. Vol. 59, iss. 3. P. 646 – 662. https://doi.org/10.1111/jzs.12447

39. Warr G. W., Magor K. E., Higgins D. A. IgY: Clues to the origins of modern antibodies // Immunology Today. 1995. Vol. 16. P. 392 – 398.