ЭВОЛЮЦИЯ ТОЛЕРАНТНОСТИ ОРГАНИЗМОВ ПОЙКИЛОТЕРМНЫХ ЖИВОТНЫХ К ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ СРЕДЫ

Авторы

  • Татьяна Борисовна Калинникова Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28
  • Рифгат Роальдович Шагидуллин Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28
  • Руфина Рифкатовна Колсанова Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28
  • Евгения Борисовна Белова Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28
  • Тимур Маратович Гайнутдинов Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28
  • Марат Хамитович Гайнутдинов Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28

Ключевые слова:

эволюция термотолерантности, пойкилотермные животные, механизмы теплоустойчивости, Caenorhabditis elegans

Аннотация

Анализ многочисленных исследований негативного влияния превышения физиологического оптимума температуры на поведение и выживаемость организмов пойкилотермных животных различных таксономических групп (низшие беспозвоночные, высшие беспозвоночные и пойкилотермные позвоночные) и на клетки, выделенные из этих организмов, показал, что прогрессивное усложнение организмов в ходе эволюции Metazoa уже на ранней стадии (низшие беспозвоночные с простой нервной системой) привело к качественному изменению механизмов негативного влияния тепла на функции и выживаемость организмов Metazoa. Если причиной негативного влияния гипертермии на функции и выживаемость организмов Protozoa и простых организмов Metazoa без нервной системы (губки) является тепловое повреждение клеток, то у низших беспозвоночных (нематоды), высших беспозвоночных и пойкилотермных позвоночных причиной негативного влияния тепла на организм животного является тепловая дезинтеграция клеточных функций. В свою очередь, тепловые нарушения интеграции функций клеток в теле животного являются следствием нарушения интегративных функций нервной системы, которые проявляются при интенсивности и продолжительности теплового стресса, подпорогового для теплового повреждения нейронов. Свободноживущая почвенная нематода C. elegans является удобным модельным организмом для изучения как молекулярных механизмов тепловой дезинтеграции нейронов в их ансамблях, так и для моделирования процессов эволюции термотолерантности с использованием лабораторных популяций пойкилотермных животных.

Библиографические ссылки

Александров В.Я. Реактивность клеток и белки. Л.: Наука, 1985. 318 с.

Андроников В.Б. Терморезистентность гамет и температурные условия размножения пойкилотермных животных // Успехи соврем. биол. 1999. Т. 119. № 6. С. 548–556.

Анохин П.К. Избранные труды: Кибернетика функциональных систем / Под ред. К.В.Судакова. Сост. В.А.Макаров. М.: Медицина, 1998. 400 с.

Васильева Л.А., Ратнер В.А., Бубенщикова Е.В. Стрессовая индукция транспозиций ретротранспозонов дрозофилы: реальность явления, характерные особенности и возможная роль в быстрой эволюции // Генетика. 1997. Т. 33. С. 1083–1093.

Гайнутдинов М.Х., Красноперова И.А., Лобода В.И., Яргунов В.Г., Гайнутдинов Т.М. Регуляция феромонами численности оппортунистической популяции Daphnia magna (Cladocera) при действии высокой температуры среды // Доклады РАН. 2000а. Т. 372. С. 135–137.

Гайнутдинов М.Х., Яргунов В.Г., Калинникова Т.Б., Гайнутдинов Т.М., Варламов В.Е. О роли децентрализованной системы управления в приспособлении популяции малощетинковых червей Tubifex tubifex к действию высокой температуры среды // Экология. 2000б. № 6. С. 478–480.

Гайнутдинов М.Х., Калинникова Т.Б., Гайнутдинов Т.М., Яргунов В.Г. Саморегуляция организмов малощетинковых червей распространяемыми ими химическими сигналами // Журн. эвол. биохим. и физиол. 2002. Т.38. С. 283–284.

Гайнутдинов М.Х., Тимошенко А.Х., Гиндина В.В., Гайнутдинов Т.М., Калинникова Т.Б. Адаптация лабораторных популяций Caenorhabditis elegans к высокой температуре как модель эволюции термотолерантности пойкилотермных Metazoa // Докл. РАН. 2007а. Т. 413. № 5. С. 707–710.

Гайнутдинов М.Х., Тимошенко А.Х., Гайнутдинов Т.М., Калинникова Т.Б. Характеристика новых линий Caenorhabditis elegans с высокой и низкой термотолерантностью // Генетика. 2007б. Т. 43, № 9. С. 1218–1225.

Грант В. Эволюция организмов. М.: Мир, 1980. 408 с.

Имашева А.Г. Стрессовые условия среды и генетическая изменчивость в популяциях животных // Генетика. 1999. Т. 35. С. 421–431.

Калинникова Т.Б., Тимошенко А.Х., Гайнутдинов Т.М., Гиндина В.В., Гайнутдинов М.Х. Адаптация нематоды Caenorhabditis elegans к высокой температуре среды // Журн. эвол. биохим. и физиол. 2006. Т.42. С. 457–462.

Калинникова Т.Б., Тимошенко А.Х., Тарасов О.Ю., Гайнутдинов Т.М., Гайнутдинов М.Х. Термотолерантность организмов почвенных нематод Caenorhabditis briggsae линии AF16 и Caenorhabditis elegans линии N2 в эксперименте // Экология. 2011. № 5. С. 398–400.

Калинникова Т.Б., Колсанова Р.Р., Шагидуллин Р.Р., Осипова Е.Б., Гайнутдинов М.Х. О роли гена рецептора серотонина SER-4 в теплоустойчивости поведения Caenorhabditis elegans // Генетика. 2013. Т. 49. С. 415–419.

Калинникова Т.Б., Колсанова Р.Р., Белова Е.Б., Хакимова Д.М., Гайнутдинов М.Х., Шагидуллин Р.Р. О возможной роли рецепторов дофамина DOP-1 и DOP-3 в регуляции теплоустойчивости поведения Caenorhabditis elegans Maupas // Самарский научный вестник. 2018. Т. 7, № 2. С. 63–68.

Новалес Р., Гилберт Л., Браун Ф. Эндокринные механизмы // Сравнительная физиология животных / Под ред. Л. Проссера. М.: Мир, 1977. Т. 3. С. 411–507.

Пианка Э. Эволюционная экология. М.: Мир, 1981. 400 c.

Проссер Л. Температура // Сравнительная физиология животных / Под ред. Л. Проссера. М.: Мир, 1977. Т. 2. С. 84–209.

Шеррингтон Ч. Интегративная деятельность нервной системы. Л.: Наука, 1969. 389 с.

Шмальгаузен И.И. Избранные труды. Организм как целое в индивидуальном и историческом развитии. М.: Наука, 1982. 383 с.

Шмидт-Ниельсен К. Физиология животных. Приспособление и среда. М.: Мир, 1982. Т. 1. 416 с.

Ailion M., Thomas J.H. Dauer formation induced by high temperatures in Caenorhabditis elegans // Genetics. 2000. V. 156. P. 1047–1067.

Bligh J. Mammalian homeothermy: An integrative thesis // J. Therm. Biol. 1998. V.23, № 4. P. 143–258.

Brenner S. The genetics of Caenorhabditis elegans // Genetics. 1974. V. 77. P. 71–94.

Brun J. Genetic adaptation of C. elegans (Nematoda) to high temperatures // Science. 1965. V. 150. P. 1467.

Cossins A.R. Temperature adaptation of biological membranes. London: Portland Press, 1994. 227 p.

Dawson-Scully K., Robertson R.M. Heat shock protects synaptic transmission in flight motor circuitry of locusts // Neuroreport. 1998. V. 9. P. 2589–2593.

Elbert Th., Ray W.J., Kovalik Z.J., Skinner J.E., Graf K.E., Birbaumer N. Chaos in physiology: deterministic chaos in excitable cell assemblies // Physiol. Rev. 1994. V. 74. P. 1–47.

Fatt H.V., Dougherty E.C. Genetic control of differential heat tolerance in two strains of the nematode, Caenorhabditis elegans // Science. 1963. V. 141. P. 266‒267.

Feder M.E., Hofmann G.E. Heat-shock proteins, molecular chaperones, and the stress response: evolutionary and ecological physiology // Annu. Rev. Physiol. 1999. V. 61. P. 243–282.

Fodor A., Riddle D.L., Nelson F.K., Golde J.W. Comparison of a new wild-type Caenorhabditis briggsae with laboratory strains of C. briggsae and C. elegans // Nematologica. 1983. V. 29. P. 203–217.

Friendlander M.J., Kotchabhakdi N., Prosser C.L. Effects of cold and heat on behaviour and cerebellar function in goldfish // J. Comp. Physiol. 1976. V. 112. P. 19–45.

Hebb D.O. The organization of behavior. New York: Wiley, 1949. 335 p.

Hoffmann A.A., Sørensen J.G., Loeschkce V. Adaptation of Drosophila to temperature extremes: bringing together quantitative and molecular approaches // J.Therm.Biol. 2003. V. 28. P. 175–216.

Honda Y., Honda S. Oxidative stress and life span determination in the nematode Caenorhabditis elegans // Ann. N.Y. Acad. Sci. 2002. V. 959. P. 466–474.

Jospin M., Qi Y.B., Stawicki T.M., Boulin T., Schuske K.R., Horvitz R., Bessereau J.-L., Jorgensen E.M., Jin Y. A neuronal acetylcholine receptor regulates the balance of muscle excitation and inhibition in Caenorhabditis elegans // PLoS Biology. 2009. V. 7. P. e1000265.

Kalinnikova T.B., Kolsanova R.R., Gainutdinov M.Kh. Caenorhabditis elegans as a convenient model organism for understanding heat stress effects upon intact nervous system // Heat Stress: Causes, Treatment and Prevention. NY: Nova Science Publishers, 2012. P. 113–140.

Kalinnikova T.B., Shagidullin R.R., Kolsanova R.R., Osipova E.B., Zakharov S.V., Gainutdinov M.Kh. Acetylcholine deficiency in Caenorhabditis elegans induced by hyperthermia can be compensated by ACh-esterase inhibition or activation of GAR-3 mAChRs // Environ. Nat. Res. Research. 2013. V. 3. P. 98–113.

Kalinnikova T.B., Kolsanova R.R., Belova E.B., Shagidullin R.R., Gainutdinov M.Kh. Opposite responses of the cholinergic nervous system to moderate heat stress and hyperthermia in two soil nematodes // J. Therm. Biol. 2016. V. 62. P. 37–49.

Kelty J.D., Noseworthy P.A., Feder M.E., Robertson R.M., Ramirez J.-M. Thermal pre-conditioning and HSP72 preserve synaptic conditioning during thermal stress // J. Neurosci. 2002. V. 22. P. RC193:1–RC193:6.

Klose M.K., Robertson R.M. Stress-induced thermoprotection of neuromuscular transmission // Integr. Comp. Biol. 2004. V. 44. P. 14–20.

Klose M.K., Chu D., Xiao C., Seroude L., Robertson R.M. Heat shock-mediated thermoprotection of larval locomotion compromised by ubiquitous overexpression of Hsp70 in Drosophila melanogaster // J. Neurophysiol. 2005. V. 94. P. 3563–3572.

Klose M.K., Atwood H.L., Robertson R.M. Hyperthermic preconditioning of presynaptic calcium regulation in Drosophila // J. Neurophysiol. 2008. V. 99. P. 2420–2430.

Klose M.K., Boulianne G.L., Robertson R.M., Atwood H.L. Role of ATP-dependent calcium regulation in modulation of Drosophila synaptic thermotolerance // J. Neurophysiol. 2009. V. 102. P. 901–913.

Lithgow G.J., White T.M., Melov S., Johnson T.E. Thermotolerance and extended life-span conferred by single-gene mutations and induced by thermal stress // PNAS. 1995. V. 92. P. 7540–7544.

Muñoz M.J. Longevity and heat stress regulations in Caenorhabditis elegans // Mechanisms of ageing and development. 2003. V. 124. P. 43–48.

Nicolelis M.A.L., Fanselow E., Ghazanfar A.A. Hebb's dream: the resurgence of cell assemblies // Neuron. 1997. V. 19. P. 219–221.

Nurrish S., Ségalat L., Kaplan J.M. Serotonin inhibition of synaptic transmission: Gα0 decreases the abundance of UNC-13 at release site // Neuron. 1999. V. 24. P. 231–242.

Orr P.R. Heat death, whole animal and tissues // Physiol. Zool. 1955. V. 22. P. 290–302.

Parsons. P.A. Evolutionary rates: effects of stress upon recombination // Biol. J. Linn. Soc. 1988. V. 35. P. 49–68.

Pereira L., Kratsios P., Serrano-Saiz E., Sheftel H., Mayo A.E., Hall D.H., White J.G., LeBoeuf B., Garcia L.R., Alon U., Hobert O. A cellular and regulatory map of the cholinergic system of C. elegans // eLife. 2015. V. 4. P. e12432.

Petrash H., Philbrook A., Haburcak M., Barbagallo B., Francis M.M. ACR-12 ionotropic acetylcholine receptor complexes regulate inhibitory motor neuron activity in Caenorhabditis elegans // J. Neurosci. 2013. V. 33. P. 5524–5532.

Robertson R.M. Modulation of neural circuit operation by prior environmental stress // Integr. Comp. Biol. 2004. V. 44. P. 21–27.

Robertson R.M., Sillar K.T. The nitric oxide/cGMP pathway tunes the thermosensitivity of swimming motor patterns in Xenopus laevis tadpoles // J. Neurosci. 2009. V. 29. P. 13945–13951.

Robertson R.M., Money T.G.A. Temperature and neuronal circuit function: compensation, tuning and tolerance // Curr. Opin. Neurobiol. 2012. V. 22. P. 724–734.

Rodgers C.I., Armstrong G.A.B., Shoemaker K.L., LaBrie J.D., Moyes C.D., Robertson R.M. Stress preconditioning of spreading depression in the locust CNS // PLoS ONE. 2007. V. 12. P. e1366.

Somero G.N., DeVries A.L. Temperature tolerance of some Antarctic fishes // Science. 1967. V. 156. P. 257–258.

Spencer H. Principles of biology. London: Williams and Norgate, 1864. 499 p.

Walker G.A., Walker D.W., Lithgow G.J. A relationship between thermotolerance and longevity in Caenorhabditis elegans // J. Investig. Dermatol. Symp. Proc. 1998. V 3. P. 6–10.

White J.G., Southgate E., Thompson J.N., Brenner S. The structure of the nervous system of the nematode Caenorhabditis elegans // Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 1986. V. 314. P. 1–340.

Xiao C., Mileva-Seitz V., Seroude L., Robertson R.M. Targeting HSP70 to motoneurons protects locomotor activity from hyperthermia in Drosophila // Dev. Neurobiol. 2007. V. 67. P. 438–455.

Загрузки

Опубликован

2018-09-14

Как цитировать

Калинникова, Т. Б., Шагидуллин, Р. Р., Колсанова, Р. Р., Белова, Е. Б., Гайнутдинов, Т. М., & Гайнутдинов, М. Х. (2018). ЭВОЛЮЦИЯ ТОЛЕРАНТНОСТИ ОРГАНИЗМОВ ПОЙКИЛОТЕРМНЫХ ЖИВОТНЫХ К ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ СРЕДЫ. Российский журнал прикладной экологии, (3), 38–52. извлечено от https://rjae.ru/index.php/rjae/article/view/114

Выпуск

Раздел

Статьи

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

1 2 3 > >>