Пиявки — это сегментированные паразитические или хищные черви , входящие в подкласс Hirudinea в типе Annelida . Они тесно связаны с олигохетами , к которым относятся дождевые черви , и, как и они, имеют мягкие, мускулистые сегментированные тела, которые могут удлиняться и сокращаться. Обе группы являются гермафродитами и имеют клителлум , но пиявки обычно отличаются от олигохет наличием присосок на обоих концах и кольцевыми отметинами, которые не соответствуют их внутренней сегментации. Тело мускулистое и относительно твердое; целом , просторная полость тела, встречающаяся у других кольчатых червей, редуцирована до небольших каналов.
Большинство пиявок обитают в пресноводных местообитаниях, в то время как некоторые виды можно встретить в наземной или морской среде. Наиболее известные виды, такие как медицинская пиявка, Hirudo medicinalis , являются гематофагами , прикрепляясь к хозяину с помощью присоски и питаясь кровью, предварительно выделив пептид гирудин, чтобы предотвратить свертывание крови. Челюсти, используемые для прокалывания кожи, у других видов заменены хоботком , который вдавливается в кожу. Меньшинство видов пиявок являются хищниками, в основном охотящимися на мелких беспозвоночных.
Яйца заключены в кокон, который у водных видов обычно прикрепляется к подводной поверхности; члены одного семейства, Glossiphoniidae , проявляют родительскую заботу, и яйца высиживаются родителем. У наземных видов кокон часто скрыт под бревном, в расщелине или закопан во влажную почву. В настоящее время известно почти семьсот видов пиявок, из которых около сотни являются морскими, девяносто наземными, а остальные пресноводными.
Пиявки использовались в медицине с древних времен до 19 века для забора крови у пациентов. В наше время пиявки находят медицинское применение при лечении заболеваний суставов, таких как эпикондилит и остеоартрит, заболеваний вен конечностей и в микрохирургии , в то время как гирудин используется как антикоагулянт для лечения нарушений свертываемости крови.
Пиявка появляется в библейской Книге Притчей как архетип ненасытной жадности . [1] Термин «пиявка» используется для характеристики человека, который берет, не давая, живя за счет других. [2]
Было описано около 680 видов пиявок, из которых около 100 являются морскими, 480 пресноводными, а остальные наземными. [ 4] [5] Среди Euhirudinea , настоящих пиявок, самая маленькая имеет длину около 1 см ( 1⁄2 дюйма ), а самая большая — гигантская амазонская пиявка Haementeria ghilianii , которая может достигать 30 см (12 дюймов). За исключением Антарктиды, [4] пиявки встречаются по всему миру, но наиболее многочисленны в умеренных озерах и прудах в северном полушарии. Большинство пресноводных пиявок встречаются в мелководных, покрытых растительностью областях по краям прудов, озер и медленно текущих ручьев; очень немногие виды переносят быстротекучую воду. В своих предпочтительных местах обитания они могут встречаться в очень высокой плотности; В благоприятной среде с водой, богатой органическими загрязнителями, более 10 000 особей были зарегистрированы на квадратный метр (более 930 на квадратный фут) под камнями в Иллинойсе . Некоторые виды впадают в спячку во время засухи, зарываясь в осадок, и могут терять до 90% своего веса и все равно выживать. [6] Среди пресноводных пиявок есть Glossiphoniidae , дорсовентрально сплющенные животные, в основном паразитирующие на позвоночных, таких как черепахи, и уникальные среди кольчатых червей , как вынашивающие яйца, так и вынашивающие детенышей на нижней стороне своего тела. [7]
Наземные Haemadipsidae в основном обитают в тропиках и субтропиках, [8] в то время как водные Hirudinidae имеют более широкий глобальный ареал; оба они питаются в основном млекопитающими, включая людей. [6] Отличительной чертой семейства являются Piscicolidae , морские или пресноводные эктопаразиты, в основном рыбы, с цилиндрическими телами и обычно хорошо выраженными, колоколообразными, передними присосками. [9] Не все пиявки питаются кровью; Erpobdelliformes , пресноводные или земноводные, плотоядны и оснащены относительно большим, беззубым ртом, чтобы заглатывать личинки насекомых, моллюсков и других кольчатых червей, которых они проглатывают целиком. [10] В свою очередь, пиявки являются добычей рыб, птиц и беспозвоночных. [11]
Название подкласса, Hirudinea, происходит от латинского hirudo ( родительный падеж hirudinis ), пиявка; элемент -bdella, встречающийся во многих названиях групп пиявок, происходит от греческого βδέλλα bdella , также означающего пиявка. [12] Название Les hirudinées было дано Жаном-Батистом Ламарком в 1818 году. [13] Пиявки традиционно делились на два инфракласса, Acanthobdellidea (примитивные пиявки) и Euhirudinea (настоящие пиявки). [14] Euhirudinea делятся на Rhynchobdellida , имеющих хоботок , и остальные, включая некоторые челюстные виды, « Arhynchobdellida », не имеющие хоботка. [15]
Филогенетическое дерево пиявок и их родственников-кольчатых червей основано на молекулярном анализе (2019) последовательностей ДНК. Оба бывших класса « Polychaeta » (щетинистые морские черви) и « Oligochaeta » (включая дождевых червей) являются парафилетическими : в каждом случае полные группы ( клады ) будут включать все другие группы, показанные ниже них на дереве. Branchiobdellida являются сестринскими по отношению к кладе пиявок Hirudinida, которая приблизительно соответствует традиционному подклассу Hirudinea. Основное подразделение пиявок — на Rhynchobdellida и Arhynchobdellida, хотя Acanthobdella являются сестринскими по отношению к кладе, содержащей эти две группы. [15]
Самая древняя группа кольчатых червей состоит из свободноживущих полихет, которые появились в кембрийский период и были многочисленны в сланцах Берджесс около 500 миллионов лет назад. Олигохеты произошли от полихет, а пиявки ответвились от олигохет. [16] Самые древние окаменелости пиявок относятся к среднему пермскому периоду около 266 миллионов лет назад, [17] также есть неопубликованное исследование о возможной пиявке из вергилия (поздний карбон ) Нью-Мексико . [18] Хотя ископаемое с внешними кольцевыми отметинами, найденное в силурийских слоях в Висконсине, иногда идентифицируется как пиявка, [19] [20] но определение ископаемого все еще является предположительным и спорным, [21] [17] и животное также альтернативно интерпретировалось как член Cycloneuralia . [22] [18]
Пиявки демонстрируют замечательное сходство друг с другом по морфологии, сильно отличаясь от типичных кольчатых червей, которые имеют цилиндрическую форму с заполненным жидкостью пространством, целомом (полостью тела). У пиявок большая часть целома заполнена гроздевидной тканью, рыхлой соединительной тканью, состоящей из скоплений клеток мезодермального происхождения. [23] Оставшаяся полость тела была уменьшена до четырех тонких продольных каналов. Обычно тело уплощено в дорсовентральном направлении и сужается на обоих концах. Продольные и кольцевые мышцы в стенке тела дополняются диагональными мышцами, что дает пиявке возможность принимать широкий диапазон форм тела и демонстрировать большую гибкость. Большинство пиявок имеют присоску как на переднем (спереди), так и на заднем (сзади) концах, но некоторые примитивные пиявки имеют одну присоску сзади. [24] [25]
Как и большинство кольчатых червей, за несколькими исключениями, такими как Sipuncula , Echiura и Diurodrilus , [27] пиявка является сегментированным животным, но в отличие от других кольчатых червей сегментация замаскирована вторичными внешними кольцевыми отметинами ( кольцами ). [28] Количество колец варьируется как между различными областями тела, так и между видами. [24] У одного вида поверхность тела разделена на 102 кольца . [29] Однако все виды пиявок имеют 32 сегмента, называемых сомитами, (34, если подсчитать два сегмента головы, которые имеют различную организацию). [30] [31] Из этих сегментов первые пять обозначаются как голова и включают в себя передний мозг, несколько глазков (глазных пятен) дорсально и присоску вентрально. Следующие 21 сегмент средней части тела содержат каждый нервный ганглий , а между ними находятся два репродуктивных органа, один женский гонопор и девять пар семенников . Последние семь сегментов содержат задний мозг и слиты, образуя хвостовую присоску животного. [24] Перегородки , разделяющие сегменты тела, и брыжейки, которые, в свою очередь, разделяют каждый сегмент на левую и правую половины, у большинства кольчатых червей были утрачены у пиявок, за исключением примитивного рода Acanthobdella , у которого все еще есть некоторые перегородки и брыжейки. [30] [32]
Стенка тела состоит из кутикулы , эпидермиса и толстого слоя волокнистой соединительной ткани , в которую встроены кольцевые мышцы, диагональные мышцы и мощные продольные мышцы. Также имеются дорсовентральные мышцы. У пиявок первоначальная кровеносная система утрачена и заменена модифицированным целомом, известным как гемоцеломическая система, а целомическая жидкость, называемая гемоцеломической жидкостью, взяла на себя роль крови. Гемоцеломические каналы проходят по всей длине тела, два основных из них находятся по обе стороны. [33] Часть выстилающего эпителия состоит из клеток хлорагогена , которые используются для хранения питательных веществ и выделения . В средней части пиявки имеется от 10 до 17 пар метанефридий (выделительных органов). Из них протоки обычно ведут в мочевой пузырь , который опорожняется наружу через нефридиопору . [26]
Пиявки — гермафродиты, у которых первыми созревают мужские репродуктивные органы — яички , а яичники — позже. У пиявок пара выстраивается в линию, соприкасаясь клителлярными областями, при этом передний конец одной пиявки направлен к заднему концу другой; это приводит к тому, что мужской гонопор одной пиявки соприкасается с женским гонопором другой. Пенис пропускает сперматофор в женский гонопор, и сперма переносится во влагалище и, вероятно, хранится там. [34]
У некоторых пиявок без челюстей (Rhynchobdellida) и пиявок без хоботка (Arhynchobdellida) отсутствует пенис, и у них сперма передается от одной особи к другой путем подкожной инъекции . Пиявки переплетаются и захватывают друг друга присосками. Сперматофор проталкивается одной через покровы другой, обычно в область клителляра. Сперма высвобождается и проходит в яйцеклетки либо через целомические каналы, либо интерстициально через специальные пути «целевой ткани». [34]
Через некоторое время после копуляции откладываются небольшие, относительно безжелтковые яйца. У большинства видов кокон, заполненный альбумином, выделяется клителлумом и получает одно или несколько яиц, когда он проходит через гонопор самки. [34] В случае североамериканской Erpobdella punctata размер кладки составляет около пяти яиц, и производится около десяти коконов. [35] Каждый кокон прикрепляется к погруженному в воду объекту или, в случае наземных пиявок, откладывается под камень или закапывается во влажную почву. Кокон Hemibdella soleae прикрепляется к подходящей рыбе- хозяину . [34] [36] Глоссифонииды вынашивают свои яйца, либо прикрепляя кокон к субстрату и покрывая его своей брюшной поверхностью, либо прикрепляя кокон к своей брюшной поверхности и даже перенося недавно вылупившихся детенышей к их первому приему пищи. [37]
При размножении большинство морских пиявок покидают своих хозяев и становятся свободноживущими в эстуариях. Здесь они производят свои коконы, после чего взрослые особи большинства видов умирают. Когда из яиц вылупляются личинки, они ищут потенциальных хозяев, когда те приближаются к берегу. [37] У пиявок в основном годовой или двухгодичный жизненный цикл. [34]
Около трех четвертей видов пиявок являются паразитами , питающимися кровью хозяина, в то время как остальные являются хищниками . У пиявок либо есть глотка, которую они могут выдвигать, обычно называемая хоботком, либо глотка, которую они не могут выдвигать, которая в некоторых группах вооружена челюстями. [38]
У пиявок без хоботка челюсти (если таковые имеются) Arhynchobdellids находятся в передней части рта и имеют три лезвия, установленные под углом друг к другу. При питании они прорезают кожу хозяина, оставляя Y-образный разрез. За лезвиями находится рот, расположенный вентрально на переднем конце тела. Он последовательно ведет в глотку , короткий пищевод, зоб (у некоторых видов), желудок и заднюю кишку, которая заканчивается анусом, расположенным чуть выше задней присоски. Желудок может быть простой трубкой, но зоб, если он есть, представляет собой увеличенную часть средней кишки с несколькими парами слепых отростков , в которых хранится проглоченная кровь. Пиявка выделяет в слюну антикоагулянт гирудин , который предотвращает свертывание крови перед проглатыванием. [38] Взрослая медицинская пиявка может питаться только два раза в год, и на переваривание крови уходят месяцы. [25]
Тела хищных пиявок похожи, хотя вместо челюсти у многих есть выдвижной хоботок , который они большую часть времени держат втянутым в рот. Такие пиявки часто являются засадными хищниками , которые ждут, пока не смогут ударить добычу хоботком, как копьем. [39] Хищные пиявки питаются мелкими беспозвоночными, такими как улитки, дождевые черви и личинки насекомых. Добыча обычно засасывается и проглатывается целиком. Однако некоторые Rhynchobdellida высасывают мягкие ткани из своей добычи, что делает их промежуточными между хищниками и кровососами. [38]
Кровососущие пиявки используют свои передние присоски для присоединения к хозяевам для питания. После прикрепления они используют комбинацию слизи и всасывания, чтобы оставаться на месте, пока они впрыскивают гирудин в кровь хозяев . В целом, кровососущие пиявки неспецифичны для хозяина и наносят ему небольшой вред, отпадая после употребления крови. Однако некоторые морские виды остаются прикрепленными до тех пор, пока не наступит время для размножения. Если они присутствуют в большом количестве на хозяине, они могут быть изнурительными, а в крайних случаях привести к смерти. [37]
Пиявки необычны тем, что они не вырабатывают определенные пищеварительные ферменты , такие как амилазы , липазы или эндопептидазы . [38] Дефицит этих ферментов и витаминов группы В компенсируется ферментами и витаминами, вырабатываемыми эндосимбиотической микрофлорой. У Hirudo medicinalis эти дополнительные факторы вырабатываются в результате обязательных мутуалистических отношений с бактериальным видом Aeromonas veronii . Некровососущие пиявки, такие как Erpobdella octoculata , являются хозяевами большего количества бактериальных симбионтов. [40] Кроме того, пиявки вырабатывают кишечные экзопептидазы , которые удаляют аминокислоты из длинных молекул белка одну за другой, возможно, с помощью протеаз из эндосимбиотических бактерий в задней кишке. [41] Этот эволюционный выбор экзопептического пищеварения у Hirudinea отличает этих плотоядных клителлят от олигохет и может объяснить, почему пищеварение у пиявок такое медленное. [38]
Нервная система пиявки образована несколькими крупными нервными клетками . Их большой размер делает пиявок удобными модельными организмами для изучения нервных систем беспозвоночных. Главный нервный центр состоит из церебрального ганглия над кишечником и другого ганглия под ним, с соединительными нервами, образующими кольцо вокруг глотки немного позади рта. Нервный тяж идет назад от него в вентральном целомическом канале с 21 парой ганглиев в сегментах с 6 по 26. В сегментах с 27 по 33 другие парные ганглии сливаются, образуя каудальный ганглий. [42] Несколько сенсорных нервов напрямую соединяются с церебральным ганглием; в каждом сегменте есть сенсорные и двигательные нервные клетки, соединенные с ганглиями брюшного нервного тяжа. [25]
Пиявки имеют от двух до десяти пигментных пятен-глазков , расположенных парами по направлению к передней части тела. Также имеются сенсорные сосочки, расположенные в боковом ряду в одном кольце каждого сегмента. Каждый сосочек содержит множество сенсорных клеток. Некоторые ринхобделлиды обладают способностью резко менять цвет, перемещая пигмент в хроматофорных клетках; этот процесс находится под контролем нервной системы, но его функция неясна, поскольку изменение оттенка, по-видимому, не связано с цветом окружающей среды. [42]
Пиявки могут определять прикосновение, вибрацию, движение близлежащих объектов и химические вещества, выделяемые их хозяевами; пресноводные пиявки ползут или плывут к потенциальному хозяину, стоящему в их пруду, в течение нескольких секунд. Виды, которые питаются теплокровными хозяевами, движутся к более теплым объектам. Многие пиявки избегают света, хотя некоторые кровососы движутся к свету, когда они готовы питаться, предположительно увеличивая шансы найти хозяина. [25]
Пиявки живут во влажной среде и в целом дышат через стенку тела. Исключением являются Piscicolidae, у которых ветвящиеся или листовидные боковые выросты стенки тела образуют жабры . У некоторых пиявок Rhynchobdellid есть внеклеточный пигмент гемоглобина , но он обеспечивает только около половины потребностей пиявки в транспортировке кислорода, остальное происходит путем диффузии. [26]
Пиявки двигаются, используя свои продольные и кольцевые мышцы в модификации локомоции перистальтикой , самодвижением путем попеременного сокращения и удлинения частей тела, наблюдаемого у других кольчатых червей, таких как дождевые черви. Они используют свои задние и передние присоски (по одной на каждом конце тела), чтобы иметь возможность продвигаться, образуя петли или медленно продвигаясь вперед, подобно гусеницам пяденицы . Задний конец прикреплен к субстрату, а передний конец перистальтическим образом выдвигается вперед кольцевыми мышцами, пока не коснется его, насколько это возможно, и передний конец прикрепляется. Затем задний конец освобождается, тянется вперед продольными мышцами и снова прикрепляется; затем передний конец освобождается, и цикл повторяется. [43] [25] Пиявки исследуют окружающую среду с помощью движений головы и размахивания телом. [44] Hirudinidae и Erpobdellidae могут быстро плавать, совершая волнообразные движения телом вверх-вниз или в стороны; Glossiphoniidae, напротив, плохие пловцы, сворачиваются и падают на дно, если их потревожить. [45]
Укусы пиявок, как правило, вызывают тревогу, а не опасность, хотя у небольшого процента людей возникают серьезные аллергические или анафилактические реакции , и им требуется срочная медицинская помощь. Симптомы этих реакций включают красные пятна или зудящую сыпь по всему телу, отек вокруг губ или глаз, чувство слабости или головокружения и затрудненное дыхание. [48] Внешне прикрепленная пиявка отсоединится и отпадет сама по себе, когда насытится кровью, что может занять от двадцати минут до нескольких часов; кровотечение из раны может продолжаться в течение некоторого времени. [48] Внутренние прикрепления, такие как внутри носа, с большей вероятностью потребуют медицинского вмешательства. [49]
Бактерии, вирусы и простейшие паразиты из предыдущих источников крови могут выживать в пиявке в течение месяцев, поэтому пиявки потенциально могут выступать в качестве переносчиков патогенов. Тем не менее, было зарегистрировано лишь несколько случаев передачи пиявками патогенов человеку. [50] [51]
Обычно считается, что слюна пиявки содержит анестезирующие соединения, чтобы обезболить место укуса, но некоторые специалисты с этим не согласны. [52] [53] [54] Хотя морфиноподобные вещества были обнаружены у пиявок, они были обнаружены в нервных тканях , а не в слюнных тканях. Они используются пиявками для модуляции собственных иммуноцитов , а не для анестезии мест укуса на их хозяине. [55] [52] В зависимости от вида и размера укусы пиявок могут быть едва заметными или довольно болезненными. [56] [57]
Лекарственная пиявка Hirudo medicinalis и некоторые другие виды использовались для клинического кровопускания по крайней мере 2500 лет: аюрведические тексты описывают их использование для кровопускания в Древней Индии. В Древней Греции кровопускание практиковалось в соответствии с теорией гуморов, найденной в Корпусе Гиппократа пятого века до нашей эры, которая утверждала, что здоровье зависит от баланса четырех гуморов: крови, мокроты , черной желчи и желтой желчи . Кровопускание с использованием пиявок позволяло врачам восстанавливать баланс, если они считали, что крови было в избытке. [58] [59]
Плиний Старший сообщал в своей «Естественной истории» , что конская пиявка могла сводить с ума слонов, забираясь в их хоботы, чтобы пить кровь. [60] Плиний также отметил медицинское использование пиявок в Древнем Риме , заявив, что их часто использовали при подагре , и что пациенты становились зависимыми от лечения. [61] В древнеанглийском языке lǣce было названием как для врача, так и для животного, хотя эти слова имели разное происхождение, а lǣcecraft , leechcraft, было искусством врачевания. [62]
В стихотворении Уильяма Вордсворта 1802 года « Резолюция и независимость » описывается один из последних собирателей пиявок, людей, которые путешествовали по Британии, вылавливая пиявок в дикой природе, и вызвав резкое сокращение их популяции, хотя они по-прежнему многочисленны в Ромни-Марше . К 1863 году британские больницы перешли на импортных пиявок, около семи миллионов из которых были импортированы в больницы Лондона в том году. [60]
В девятнадцатом веке спрос на пиявок был достаточным для того, чтобы гирудикультура, разведение пиявок, стала коммерчески жизнеспособной. [63] Использование пиявок сократилось с упадком гуморальной теории, [64] но в небольших масштабах вернулось в 1980-х годах после многих лет упадка, с появлением микрохирургии , где венозный застой может возникнуть из-за неэффективного венозного дренажа. Пиявки могут уменьшать отек в тканях и способствовать заживлению, помогая, в частности, восстановить кровообращение после микрохирургии для повторного присоединения частей тела. [65] [66] Другие клинические применения включают варикозное расширение вен , мышечные спазмы, тромбофлебит и заболевания суставов, такие как эпикондилит и остеоартрит . [67] [68] [69] [70]
Выделения пиявок содержат несколько биологически активных веществ с противовоспалительным , антикоагулянтным и антимикробным действием. [69] Одним из активных компонентов слюны пиявки является небольшой белок, гирудин. [71] Он широко используется в качестве антикоагулянтного препарата для лечения нарушений свертываемости крови и производится с помощью технологии рекомбинантной ДНК . [72] [73]
В 2012 и 2018 годах Ида Шнелл и ее коллеги опробовали использование пиявок Haemadipsa для сбора данных о биоразнообразии их млекопитающих- хозяев в тропических лесах Вьетнама, где трудно получить надежные данные о редких и скрытых млекопитающих. Они показали, что митохондриальная ДНК млекопитающих , амплифицированная с помощью полимеразной цепной реакции , может быть идентифицирована из крови пиявки в течение как минимум четырех месяцев после кормления. Таким образом они обнаружили аннамитского полосатого кролика , мелкозубого хорька-барсука , мунтжака Труонг Сон и сероу . [74] [75]
Воздействие синтетического эстрогена , используемого в противозачаточных препаратах, который может попасть в пресноводные экосистемы из городских сточных вод , может повлиять на репродуктивную систему пиявок. Хотя пиявки не так чувствительны к этим соединениям, как рыбы, они показали физиологические изменения после воздействия, включая более длинные семенные мешочки и вагинальные луковицы , а также снижение веса придатка яичка . [76]