Zoologijos (N 014) mokslo kryptis

Claudio Navarrete

Tradiciškai mokslininkai manė, kad norint atskirti rūšis būtina jų morfologinė diferenciacija, tačiau pastarųjų dešimtmečių molekulinių tyrimų pažanga parodė, kad nemažai rūšių morfologiškai nesiskiria (t. y. jos yra kriptinės). Nepaisant jų paplitimo, kriptinės rūšys yra retai formaliai aprašomos, daugumos jų neatpažįsta gamtos apsaugos agentūros, todėl joms gresia didesnis išnykimo pavojus nei formaliai pripažintoms rūšims. Ši problema dar aštresnė hiperįvairiose grupėse (rūšių kompleksuose), kurias sudaro nuo dešimčių iki šimtų kriptinių rūšių, esančių įvairiose rūšių formavimosi stadijose. Nustatyti tikrąjį atskirų rūšių skaičių tokiose grupėse tebėra sudėtinga. Be to, vis dar nežinoma, kaip morfologinė stazė išlaikoma įvairiais evoliucinio laiko tarpsniais ir ar šie dėsningumai skiriasi tarp rūšių kompleksų.

Siūlomo doktorantūros projekto tikslas – išaiškinti kriptinę rūšiadarą tiek molekuliniu, tiek morfologiniu lygmenimis įvairiais evoliucinio laiko tarpsniais nepriklausomai besivystančiuose Kaukazo regiono vėžiagyvių šoniplaukų rūšių kompleksuose. Projektas turės keturis pagrindinius tikslus (atitinkančius keturių planuojamų mokslinių straipsnių tematikas): (1) nustatyti DNR barkodingo ir tikrųjų rūšių ribų atitiktį, (2) kiekybiškai įvertinti kriptinių rūšių morfologinį persidengimą, (3) išaiškinti morfologinės stazės evoliucinę dinamiką, (4) formaliai aprašyti kriptines rūšis. Studentas turės galimybę dirbti su išskirtine modelinių organizmų (gėlavandenių gamaridinių šoniplaukų) medžiaga, surinkta hiperįvairove pasižyminčiame, bet menkai ištirtame Kaukazo regione. Studentas atliks molekulinius laboratorinius darbus (DNR išskyrimą, PGR, elektroforezę), skrodimus ir morfometrinę analizę, analizuos duomenis ir rengs straipsnių rankraščius.

Žygiai (Carabidae) gali efektyviai reguliuoti kenkėjų ir piktžolių sėklų gausą agrocenozėse. Jų kaip biokontrolės agentų reikšmė ypač svarbi, kai žemės ūkyje siekiama diegti labiau aplinką tausojančias praktikas. Naujoji “Farm to Fork” ES strategija pabrėžia būtinybę spartinti perėjimą į tvarias maisto gamybos sistemas. Šia strategija ES sieka, kad maisto gamybos sistemos turėtų neutralų arba teigiamą maisto gamybos sistemų poveikį aplinkai, mažintų neigiamą poveikį ir adaptuotųsi prie klimato kaitos, sustabdytų bioįvairovės nykimą, užtikrintų maisto saugumą ir visuomenės sveikatą ir t.t. Tai kontrastuoja su įprastiniu intensyviu žemės ūkiu, kuris yra labai neatsparus klimato kaitai (pvz., klimato ekstremumams, tokiems kaip aukštos temperatūros) bei jame naudojama daugybė sintetinių agro-cheminių medžiagų. Abu šie veiksniai gali sutrikdyti žygių biokontrolės funkcijos efektyvumą. Dar daugiau, netgi kai kurios organiniuose ūkiuose leidžiamos naudoti priemonės gali potencialiai turėti neigiamas pasekmes žygių funkcionavimui. Pvz., kaip mulčas naudojamos polietileno plėvelės gali būti mikroplastikų dirvoje šaltiniu. Šie antropogeniniai veiksniai (pesticidai, aukšta temperatūra, mikroplastikai) gali veikti paskirai arba turėti sąveikaujantį poveikį ir tuo būdu dar labiau neigiamai veikti žygių biokontrolės funkciją. Iki šiol tokios sąveikos ir kokiais mechanizmais jos veikia žygių funkcionavimą (bet taip pat ir individualus mikroplastikų poveikis) nebuvo tirtas.
Šis doktorantūros projektas siekia įvertinti paskirus ir sąveikaujančius aukštos temperatūros (imituojant klimatinius ekstremumus), pesticidų ir mikroplastikų poveikį žygių funkcionavimui. Žygių funkcionavimas bus vertinamas matuojant lokomotorinį aktyvumą (pirma potemė) ir selektyvų maisto vartojimą (antra – trečia potemės).
Projektas apima tris potemes:
1. Sąveikaujantis ir paskiras pesticidų ir temperatūros poveikis žygių lokomotoriniam aktyvumui. Šie eksperimentai atskleis as skirtingi pesticidai turi neigiamą poveikį žygių judėjimo aktyvumui ir ar neigiamas poveikis sustiprėja ties aukštesnėmis temperatūromis. Lokomotorinis aktyvumas bus registruojamas su kompiuteriu integruota video įrašinėjimo sistema.
2. Paaukštintos temperatūros ir pesticidų sąveikaujantis poveikis žygių makro-maistmedžiagių selekcijai. Šiuose eksperimentuose bus naudojami tie pesticidai, kurie turės poveikį lokomotoriniam žygių aktyvumui atliekant pirmos potemės eksperimentus. Žygiai bus veikiami paaukštinta temperatūra ir pesticidais bei jiems bus patiekti pusiau-dirbtiniai maistai su skirtinga maistmedžiagių sudėtimi. Taip pat bus vertinamas žygių kūnų sudėties pokyčiai (baltymai, riebalai, sausa kūno masė) po atliktų eksperimentinių poveikių.
3. Mikroplastikų poveikis žygių mitybinei fiziologijai. Šis eksperimentas parodys, kokį poveikį turi potencialiai aplinkoje esantys mikroplastikai turi žygių maismedžiagių balansavimui. Dalis vabalų bus maitinami pusiau dirbtiniu maistu, o kita dalis – tuo pačiu maistu sumaišytu su nedideliu kiekiu mikroplastiko dulkių.

Didelę ekonominę, veterinarinę ir medicininę reikšmę turi paukščių, sausumos žinduolių bei gėlavandenių žuvų kraujotakos organuose parazituojantys helmintai, tame tarpe paukščių šistosomos, kurių cerkarijos sukelia žmogaus cerkarinį dermatitą ir žuvų helmintai sukeliantys žuvų masines žūtis. Neįmanoma prognozuoti bei efektyviai kontroliuoti šių parazitų populiacijų ir jų plitimo, nes daugumos jų gyvenimo ciklai nėra žinomi. Šių rūšių identifikacija paremta tik morfologiniais suaugėlių, gautų iš galutinių šeimininkų, tyrimais. Žinant didelę galutinių ir tarpinių šeimininkų įvairovę, tikrasis kraujotakos sistemoje parazituojančių helmintų rūšių skaičius turėtų būti didesnis. Realų helmintų rūšių skaičių ir šeimininkų ratą, tuo pačiu gyvenimo ciklus, galima nustatyti tik molekuliniais tyrimais. Europoje šešios šistosomų gentys kaip galutinius šeimininkus naudoja vandens paukščius. Dėl klimato šiltėjimo daugėja pranešimų apie paukščių šistosomų cerkarijinio dermatito pasireiškimą, susijusių su sraigių pasiskirstymo ir tankio pokyčiais. Tačiau nėra paskelbta duomenų apie paukščių šistosomų įvairovę ir paplitimą Lietuvoje ir kitose Baltijos regiono šalyse. Lietuvoje ir kaimyninėse šalyse žinomos keturios Sanguinicola rūšys parazituojančios žuvų kraujotakos organuose, tačiau nė viena rūšis nepatvirtinta molekuliniais tyrimais.

Tyrimams planuojama surinkti helmintus, parazituojančius stuburinių kraujotakos organuose ir pilvakojuose moliuskuose, Lietuvoje ir kitose Baltijos jūros regiono valstybėse. Taip pat numatytas bendradarbiavimas su Skandinavijos, Lenkijos ir Ukrainos parazitologais. Pagrindinis dėmesys bus skirtas genetinės helmintų įvairovės įvertinimui, palyginant bent tris skirtingas branduolio ir mitochondrijos DNR sekas. Šie tyrimai leis įvertinti filogenetinius, filogeografinius ryšius; susiejant skirtinguose šeimininkuose rastas helmintų vystymosi stadijas atskleisti jų gyvenimo ciklus ir tikrąjį parazitų specifiškumą. Numatoma atrasti ir aprašyti naujas helmintų rūšis.

Parazitinės ligos, ypač plintančios vektorių pagalba, sudaro didelę dalį infekcinių ligų pasaulyje. Kintant klimatui šios ligos sparčiai plinta į šiaurinius regionus. Siekiant kontroliuoti patogenų keliamas grėsmes būtina žinoti apie šių patogenų biologiją ir paplitimą. Studijų metu bus tiriamas paukščių kraujas ir kraujasiurbiai vabzdžiai siekiant išaiškinti galutinius šeimininkus ir galimus vektorius. Subrendusios onchocercidų patelės produkuoja mikrofiliarijas kurios patenka į šeimininko kraujotaką ir gyvena kraujyje arba odoje. Mikrofiliarijos lengvai aptinkamos paukščių kraujyje taikant kraujo sluoksniavimo metodą. Nepaisant to, parazitų rūšių identifikavimas naudojant mikrofiliarijų morfologinius požymius, dėl jų morfologinio panašumo, išlieka labai sudėtingas, todėl užsikrėtusių paukščių kraujas bus toliau tiriamas ne tik mikroskopuojant, bet ir taikant molekulinės genetikos metodus. Siekiant sukurti genetinius markerius bus tiriami ir suaugę nematodai. Molekuliniai metodai padėtų supaprastinti visų vystymosi stadijų paukščių filiarioidų diagnozę ir rūšių identifikavimą tiek šeimininkų kraujyje, tiek audiniuose.

Pasaulyje yra žinomos 124 Tipula (Yamatotipula) pogentei priklausančios rūšys paplitusios Afrotropinėje, Holarktinėje, Orientalinėje ir Neotropinėje srityse. Ši pogentė kartu su T. (Acutipula) ir T. (Tipula) sudaro atskirą filogenetinę šaką polimorfiškoje Tipula gentyje, kurios statusas reikalauja sistematinės revizijos. Tuo pačiu metu, pogentėje T. (Yamatotipula) yra išskiriami trys morfologiniai kompleksai, galimai turintys pogentės arba aukštesnio taksono sistematinį rangą. Sistematinei šios pogentės revizijai atlikti, reikalinga filogenetinė analizė, kuri iki šiol nėra atlikta. Dalis pogentės rūšių yra menkai morfologiškai išnagrinėtos, požymiai turintys diagnostinę ir filogenetinę vertę nėra iliustruoti arba pakankamai išsamiai aprašyti. Darbo tikslas – atlikti išsamią lyginamąją morfologinę, taksonominę ir filogenetinę šios uodų grupės analizę.

Naminių karvelių  (Columba livia f. urbana) parazitai daro įtaką ne tik pačių paukščių sveikatai, bet taip pat gali turėti neigiamą poveikį ir kelti riziką kitiems gyvūnams bei žmonėms, kadangi ši paukščių grupė gyvena miesto aplinkoje, taip pat yra veisiama žmonių. Nors naminiai karveliai yra artimai susiję su žmonėmis, tačiau jų parazitai iki šiol nėra pakankamai ištirti. Todėl šio disertacinio darbo metu planuojama tirti naminių karvelių apikompleksinius (Apicomplexa) parazitus, ektoparazitus, bei galimus pernešėjus. Planuojama nustatyti kokiais apikompleksiniais parazitais yra užsikrėtę mieste gyvenantys miesto balandžiai. Kai kurie iš šių parazitų, kaip paukščių hemosporidiniai parazitai (Haemoproteidae), yra specifiniai paukščiams, tačiau kai kurie, pavyzdžiui, kriptosporidijos (Cryptosporidiidae), gali būti zoonotiniai. Tyrimas taip pat apims naminių karvelių užsikrėtimą ektoparazitais ir jų rūšinę įvairovę bei parazitų paplitimo galimybes, nustatant jų pernešėjus. Šio tyrimo rezultatai suteiks vertingų duomenų apie parazitų įvairovę ir paplitimą Lietuvoje gyvenančiuose miesto balandžiuose bei galimas rizikas žmonių sveikatai.

Paukščių maliariniai parazitai kelia didelę grėsmę laukiniams gyvūnams. Dėl gamtoje paplitusių mišrių infekcijų yra būtina geriau suprasti vietinių ir afrikinių Plasmodium parazitų dinamiką. Tyrime keliama hipotezė, kad dėl geresnio prisitaikymo prie vietinių pernešėjų, Europoje paplitę Plasmodium parazitai gali vaidinti lemiamą vaidmenį darant įtaką afrikinių Plasmodium rūšių multikloniškumui ar net blokuojant jų pernešimą mišrių infekcijų metu. Taikant šiuolaikines molekulines priemones, šis tyrimas suteiks naujų įžvalgų apie paukščių maliarinių parazitų vystymąsi ir sąveiką su pernešėjais. Atliekant eksperimentus natūralioje parazitų aplinkoje siekiama papildyti teorines žinias apie Plasmodium parazitų perdavimą, sąveiką ir galimą plitimą gamtoje. Šiuo metu publikuotuose leidiniuose daugiausia dėmesio skiriama parazitų sąveikos tyrimams stuburiniuose šeimininkuose, o apie mišrias infekcijas pernešėjų organizme žinoma labai mažai. Sąveikų tarp parazitų suvokimas labai svarbus vertinant grėsmes paukščių populiacijoms, taip pat gali padėti suprasti veiksnius, turinčius įtakos naujoms pernešėjų platinamoms ligoms.

Paukščių hemosporidijos yra labai įvairūs parazitai tiek morfologiškai, tiek genetiškai. Daugiau nei 300 rūšių aprašytos trijose gentyse (Plasmodium, Haemoproteus ir Leucocytozoon) ir molekuliniu būdu su daugiau nei 5000 nustatytų genetinių linijų. Tačiau jų gyvenimo ciklai, ypač jų egzoeritrocitinės stadijos arba audinių stadijos, yra žinomi ribotam rūšių skaičiui (mažiau nei 50). Šiems parazitams tirti kraujas paprastai renkamas molekulinei analizei, kraujo tepinėliai daromi rūšių apibūdinimui ir aprašymui, o paukščių organai reikalingi audinių stadijų tyrimams. PGR pagrįsti metodai, mikroskopiniai ir histologiniai tyrimai, taip pat chromogeninė in situ hibridizacija yra pagrindinės metodikos, skirtos ištirti šių parazitų gyvenimo ciklo etapus paukščiuose. Šio projekto tikslas – ištirti plačiai paplitusius Europos paukščius dėl jų hemosporidinių infekcijų, jų įvairovę ir egzoeritrocitinio vystymosi ypatumus. Projekto rezultatai bus: (i) geresnis paukščių hemosporidijų parazitų įvairovės supratimas, (ii) geresnis jų erdvinio ir laiko paplitimo supratimas Lietuvoje, (iii) naujos žinios apie audinių stadijų vystymąsi paukščiuose, (iv) hemosporidijų potencialus vaidmuo paukščių sukeltoje patologijoe, (v) nauji duomenys apie paukščių hemosporidijų molekulinį apibūdinimą ir (vi) nauji duomenys, skirti prognozuoti audinių stadijų vystymąsi atsižvelgiant į filogenetinius tyrimus.