Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Кариотипы и цитотаксономия у хиромид. (Обзор литературы) 8
1.1. Современное состояние систематики хирономид 8
1.2. Кариологический анализ в семействе Chironomidae 10
1.3. Цитотаксономия подсемейства Chironomidae 11
1.3.1. Структура кариотипа в подсемействе Chironominae 12
1.3.2. Хромосомный полиморфизм и дивергенция рисунка дисков при видообразовании 21
1.3.3. Эволюция кариотипа в подсемействе Chironominae 29
1.4. Кариологический анализ в подсемействе Diamesinae . 33
1.4.1. Структура кариотипа в подсемействе Diamesinae 37
1.4.2. Хромосомный полиморфизм и дивергенция рисунка дисков при видообразовании .43
1.5. Кариологический анализ в подсемействе Prodiamesinae 44
1.5.1. Структура кариотипа в подсемействе Prodiamesinae 45
1.5.2. Хромосомный полиморфизм и дивергенция рисунка дисков при видообразовании 48
1.6. Эволюция кариотипа в подсемействах Diamesinae и Prodiamesinae 48
1.7. Заключение 49
Глава 2. Материалы и методы 51
2.1. Материал 51
2.2. Методы 53
Глава 3. Результаты исследования 59
3.1 Кариологический анализ в подсемействе Diamesinae . 59
3.1.1. Род Pseudodiamesa Goetghhebuer, 1939 59
3.1.2. род Pagastia Oliver, 1959 81
3 .1.3. Сравнительный кариологический анализ видов родов Pseudodiamesa и Pagastia 97
3.1.4. Род Diamesa Meigen, 1835 100
3.1.5. Род Potthastia Kieffer, 1922 106
3.1.6. Род Sympotthastia Pagast, 1947 112
3.1.7. Сравнительный кариологический анализ в подсемействе Diamesinae 115
3.2. Кариологический анализ в подсемействе Prodiamesinae 118
3.2.1 Род Prodiamesa Kieffer, 1909 118
3.2.2. Род Monodiamesa Kieffer, 1921 122
3 2 .3 Сравнительный анализ кариотипов в подсемействе Prodiamesinae 126
Глава 4 Цитотаксономия подсемейств Diamesinae и Prodiamesinae (Обсуждение) 128
4.1. Сравнительный анализ кариотипов у диамезин и продиамезин 128
4.2. Сравнительный анализ эволюции кариотипов у диамезин, продиамезин и других хирономид 129
4.3. Цитотаксономия диамезин и продиамезин 131
Выводы 135
Литература 137
Приложение 163
- Кариологический анализ в семействе Chironomidae
- Кариологический анализ в подсемействе Diamesinae
- Кариологический анализ в подсемействе Prodiamesinae
- Сравнительный анализ эволюции кариотипов у диамезин, продиамезин и других хирономид
Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы большие успехи достигнуты в цитотаксономии Diptera. С помощью кариологического анализа была существенно уточнена таксономия семейств Chironomidae (Keyl, 1957, 1962; Keyl, Keyl, 1959; Martin, 1973; Wulker, 1973, 1980; Кикнадзе и др., 1989, 1991, 1996; Шобанов, 1994 а, б; Шобанов и др., 1996, 2000; Петрова, 1989, 1990; Michailova, 1989; Провиз, Провиз, 1999; и др.), Simuliidae (Чубарева, Петрова, 1979; Rothfelds, 1979; Чубарева, 1984) и Culicidae (Стегний, Кабанова, 1976; Стегний, 1979, 1983). Кариологический анализ позволяет точно определить вид на личиночной стадии, на которой представители разных видов часто морфологически неразличимы или различимы с трудом. Эта возможность имеет большое практическое значение при гидробиологических исследованиях. Точная идентификация видов по кариотипу позволяет уточнить филогенетические связи между таксонами и оценить цитогенетическую историю вида (Шобанов, 2002; Кикнадзе и др., 2004).
Однако даже в таком хорошо изученном цитологически семействе, как Chironomidae, есть подсемейства исследованные очень слабо. К ним относятся Diamesinae и Prodiamesinae, выделенные как самостоятельные подсемейства относительно недавно, до этого их включали в Orthocladiinae. После выделения диамезин в самостоятельное подсемейство (Edwards, 1929) вопрос о статусе продиамезин продолжал обсуждаться еще до середины 70-х г.г. (Sasther, 1976). Их включали то в Diamesinae, то в Orthocladiinae. На сегодняшний день принята их самостоятельность. Diamesinae, Prodiamesinae, Orthocladiinae и Chironominae образуют монофилетическую группу и объединены Сэтером в нетаксономическую группу "семисемейство" (Sather, 2000), в которой диамезины считаются наиболее древним и примитивным таксоном, а продиамезины занимают промежуточное положение.
Слабая изученность диамезин и продиамезин объясняется трудностями сбора материала и получения препаратов политенных хромосом с четкой структурой, позволяющей провести кариологическии анализ. Кариологические данные по этим подсемействам немногочисленны, неполны, и часто противоречивы (Куберская, 1974, 1979, 1984, 1987, 1988; Zacharias, 1977, 1979, 1981, 1984; Petrova, 1980; Петрова, 1983, 1989, 1990; Шапран, 1987, 1995; Михайлова, Петрова, 1989; Michailova, 1989; Kerkis, 1992; Керкис и др., 1994, 1996; Makarchenko et al., 1997).
Все вышеизложенное определяет необходимость исследования кариотипов этих древних подсемейств и сравнения их с кариотипами молодого и процветающего подсемейства Chironominae.
Цель и задачи исследования. Цель работы - изучение и ревизия кариотипов хирономид подсемейств Diamesinae и Prodiamesinae.
Основные задачи исследования:
1. Изучить структуру кариотипов представителей подсемейств Diamesinae и Prodiamesinae из природных популяций Алтая и российского Дальнего Востока.
2. Провести ревизию систем картирования хромосом, предложенных разными авторами для представителей исследуемых подсемейств.
3. Составить цитофотокарты кариотипов изученных видов с целью дальнейшего использования их для диагностики видов.
4. Провести анализ хромосомного полиморфизма в природных популяциях изученных видов.
5. На основе анализа рисунка дисков провести сравнительный анализ кариотипов изученных видов.
6. Сравнить структуру кариотипов в изученных родах и подсемействах.
Научная новизна. Впервые проведен сравнительный кариологическии анализ 11 видов из пяти родов подсемейства Diamesinae и 4 видов двух родов подсемейства Prodiamesinae в сопоставлении с представителями подсемейства Chironominae. Впервые описаны кариотипы 8 видов, составлены цитофотокарты для 10 видов. Разработаны ключи для определения видов родов Pseudodiamesa и Pagastia (Diamesinae). Предложена единая система картирования хромосом изучаемых подсемейств. Установлено количество хромосом, характерное для кариотипов видов каждого из подсемейств. Описан новый для науки вид Pagastia altaica, выделены группы близкородственных видов в родах Pseudodiamesa и Pagastia (Diamesinae).
Теоретическая и практическая значимость. Изучение большего числа видов позволило определить структуру кариотипов, характерную для подсемейств Diamesinae и Prodiamesinae: количество хромосом, последовательности дисков, уровень хромосомного полиморфизма. В результате цитотаксономического анализа были выделены группы близкородственных видов в родах Pseudodiamesa и Pagastia (Diamesinae). Оценено сходство и различие близкородственных видов в группах, выделен и описан новый вид Pagastia altaica. Уточнены границы ареалов изученных видов. Выявлены основные черты сходства и различий в структуре кариотипов изученных подсемейств и проведено сравнение их с таковыми в подсемействе Chironominae. Определены основные пути эволюции кариотипов в подсемействах Diamesinae и Prodiamesinae.
Составленные цитофотокарты и определительная таблица могут использоваться для диагностики личинок видов Diamesinae и Prodiamesinae. Использование предложенной системы картирования позволяет проводить сравнение структуры кариотипов видов одного рода и близких родов и устанавливать филогенетические связи между ними.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на III Всероссийской конференции по кариосистематике беспозвоночных животных (Москва, 1996), VI Всероссийском диптерологическом симпозиуме, посвященном 100-летию со дня рождения А.А. Штакельберга, "Место и роль двукрылых насекомых в экосистемах" (Санкт-Петербург, 1997), XIII Международном симпозиуме по хирономидам (Германия, Фрайбург, 1997), IV Международной научной конференции "Природные условия, история и культура Западной Монголии и сопредельных регионов" (Томск, 1999), I Международной коференции "Биоразнообразие и динамика экосистем Северной Евразии" (Новосибирск, 2000), I Международной конференции "Проблема вида и видообразования" (Томск, 2000), XII съезде Русского энтомологического общества (Санкт-Петербург, 2002), Всероссийской конференции по хирономидам, посвященной столетию со дня рождения А.А. Черновского (Санкт-Петербург, 2004), Сибирской зоологической конференции (Новосибирск, 2004).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация содержит следующие главы: введение, обзор литературы, материалы и методы, результаты и обсуждение, заключение, выводы, список литературы, приложение. Работа изложена на 33 страницах, содержит / 5 таблиц, 37 рисунков и список литературы из cf Z ссылок, в том числе •// на иностранных языках.
Благодарности. Во время работы над диссертацией огромную помощь и содействие оказывали мой учитель и научный консультат д.б.н., профессор И. И. Кикнадзе и научный руководитель д.б.н. Е.А. Макарченко. Ценные советы в течение работы получены от К.Г. Аймановой, А. Г. Истоминой, В.В. Голыгиной, Л.И. Гундериной, А.В. Баркалова. Неоценима поддержка Л. В. Высоцкой, М.Г. Сергеева. Особо следует отметить моего первого научного руководителя И.Е. Керкис. Выражаю искреннюю благодарность также всем, кто поддерживал меня при выполнении этой работы.
Кариологический анализ в семействе Chironomidae
Как уже упоминалось, только для 7 подсемейств из 10 есть данные о кариологических исследованиях, и, как видно из таблицы 1, степень изученности этих подсемейств неодинакова (Петрова, 1989, 1990). Кариологически наиболее изученным является подсемейство Chironominae. Только в роде Chironomus Meigen подроде Chironomus s. str. известно 152 валидных вида, для 89 из них изучены кариотипы (Шобанов и др., 1996). Поэтому мы начинаем рассмотрение итогов цитотаксономии хирономид с подсемейства Chironominae. Кроме того, при сравнении кариотипов видов подсемейства Chironominae выявлены наиболее интересные закономерности дивергенции кариотипов при видообразовании. Возможность использования политенных хромосом хирономид для таксономии впервые обозначил Бауэр (Bauer, 1936, 1945) . Позднее Кайл показал для видов подсемейства Chironominae, а именно, рода Chironomus (Keyl, 1957, 1960, 1962), что кариологические признаки, наряду с морфологическими, могут быть использованы при определении таксономического статуса насекомого, а в некоторых случаях являются определяющими (Keyl,Keyl, 1959, Keyl, 1962).
Вслед за Кайлом изучение кариотипов хирономид было продолжено Вюлкером (Wulker, 1980) и Михайловой (Michailova, 1989) в Европе и Мартином (Martin, 1979) в Австралии. С этого момента началось интенсивное использование кариологического анализа для идентификации видов и установления родственных связей между ними. В России кариологическое исследование хирономид началось в конце 60-х годов (Кикнадзе, 1965, 1972; Белянина, 1968, 1983; Кикнадзе и др., 1989, 1991а, 1996; Петрова, 1989, 1990; Керкис, 1989; Шобанов, 1990, 1994 а, б, 2000; Провиз, 1988; Сиирин, 1996; Сигарева, 1987; Логинова, 1994; Дурнова, 1998; Голыгина, 1999; Андреева, 1999; Гундерина, 2001), оно привело к успешному изучению видов трибы Chironomini из разных географически удаленных популяций. К настоящему моменту известны кариотипы почти для 300 видов из 24 родов подсемейства Chironominae из разных районов Голарктики (Keyl, 1962; Martin, 1979; Wiilker, 1980; Провиз, 1988; Керкис, 1989; Кикнадзе и др., 1989, 1991, 1996; Michailova, 1989; Petrova, 1989; Шобанов, 1994, 2000; Сиирин, 1996; Дурнова, 1998; Голыгина, 1999; Андреева; 1999). Число и морфология хромосом- Основной характеристикой кариотипа является число хромосом. Для большинства представителей подсемейства Chironominae характерно п=4, реже встречаются представители с п=3 и совсем редко с п=2 (Keyl, 1962; Martin, 1979; Wiilker, 1980; Кикнадзе и др., 1989; 1991а, 1996; Michailova, 1989; Шобанов, 1990; Petrova, 1989; Петрова, 1990). У видов с п=4 кариотип представлен двумя длинными метацентрическими, одной субметацентрическои и одной телоцентрическои хромосомами, у видов с п=3 или с п=2 все хромосомы суб- или метацентрические. Уменьшение числа хромосом у видов хирономид с п=3 происходит в основном за счет теломер-теломерных (Т-Т) слияний и только в ряде случаев за счет транслокаций (Keyl, 1960; Martin et al., 1974; Ryser et al., 1983; Kiknadze et al., 1992; Кикнадзе и др., 1993 а, б). Предполагается также, что в результате слияния одна из центромер инактивируется (Петрова, 1972; Шобанов, Петрова, 1995).
Такие Т-Т слияния характерны для некоторых видов в роде Chironomus, например: С. nudiventris (Ryser et al., 1983; Кикнадзе, Керкис, 1984; Керкис, 1989; Кикнадзе и др., 1991 а), С wuelkeri (Белянина, 1989), С. fraternus (Wiilker, 1991), С. novosibiricus (Кикнадзе и др., 1993 а). В роде Baeotendipes - В. taurica (Сиирин, 1996, Кикнадзе и др., 19916); в роде Endochironomus - Е. albipennis, Е. tendens (Белянина, 1978, 1981, 1983; Michailova, 1987; Michailova, Gercheva, 1982). В роде Sergentia виды S. coracina и Sergentia sp. N2 также имеют гаплоидное число хромосом равное трем (Провиз, Провиз, 1992, 1999; Wiilker et al., 1999) . У S. coracina редукция числа хромосом произошла по типу видов рода Chironomus (теломер-теломерных слияний), а у Sergentia sp. N2 - путем нереципрокных транслокаций, так как фрагменты хромосомы IV с двумя кольцами Бальбиани оказались встроенными в медианную часть хромосомы I (Провиз и др., 1991). В случае хирономид с п=2, как, например, у С. tigris и Chironomus sp., уменьшение числа хромосом произошло за счет слияния короткой хромосомы с одной длинной и двух длинных хромосом друг с другом (Martin et al., 1974; Кикнадзе и др., 1993а). У видов рода Cryptochironomus пути уменьшения числа хромосом были более сложными, так как гомологию в рисунке дисков удается проследить только в отдельных участках хромосом. Возможно здесь имели место транслокации с последующей перекомбинацией рисунка дисков за счет инверсий различных типов (Кикнадзе и др., 1991а; Istomina et al., 1992; Истомина и др., 1993). Для политенных хромосом хирономид характерно явление соматической конъюгации, в результате которой число видимых хромосом в ядрах с политенными хромосомами уменьшается до гаплоидного. Поэтому точное число хромосом устанавливается по результатам анализа метафазных хромосом. У некоторых видов описаны случаи частичного и полного асинапсиса между гомологами политенных хромосом. Особый интерес с этой точки зрения представляет вид С. plumosus, у которого всегда асинаптирует короткая IV хромосома (Белянина, 1968; Максимова, 1977; Белянина и др., 1983). При трисомии по этой хромосоме все три хромосомы лежат раздельно (Демин, Ильинская, 1986). Виды близкие С. plumosus имеют разную
Кариологический анализ в подсемействе Diamesinae
В противоположность подсемейству Chironominae, кариологически хорошо изученному, подсемейство Diamesinae исследованно мало. Это подсемейство было выделено Эдвардсом в 1929 году (Edwards, 1929) , но позднее многие авторы включали диамезин в состав подсемейства Orthocladiinae (Thienemann, 1952; Brundin, 1956; Панкратова, 1970) . В настоящее время самостоятельность данного подсемейства не вызывает сомнений у большинства исследователей (Brundin, 1966, 1983; Калугина, 1976; Линевич, 1977; Sasther, 1977; Куберская, 1980; Макарченко, 1985, 1996; Ashe, Cranston, 1990; Oliver
В состав подсемейства входит 7 триб: Heptagyini, Lobodiamesini, Boreoheptagyini, Harrisonini, Diamesini, Protanypodini и Cretodiamesini (Макарченко, 1998; Sasther et. al. , 2000). Представители последней трибы известны только в ископаемом состоянии из мелового янтаря. Еще одна триба, ранее относящаяся к подсемейству Diamesinae, выделена Сэтером в самостоятельное подсемейство Prodiamesinae (Seether, 1976, 1977; Макарченко, 1985) . В мировой фауне известно около 230 видов диамезин, в Россини и Ближнем зарубежье описано около 100 видов, относящихся к 11 родам и 3 трибам: Boreoheptagyini, Diamesini и Protanypodini (Макарченко, 1998).
В систематике Diamesinae существует проблема, такая же как у хирономид в целом, - несоответствие количества видов, описанных по личинке, куколке и имаго. Такая ситуация определяется: во-первых, тем,что изучение преимагинальных фаз производилась гидробиологами, а имаго изучали энтомологи, ограничиваясь описанием только комара. Во-вторых, описание видов часто поверхностное, проведенное по сухим коллекционным экземплярам комаров, преимущественно по окраске, с недостаточным использованием структурных признаков, имеющих большое диагностическое значение. Классификация личинок и куколок в значительной степени не совпадала с классификацией имаго (Edwards, 1929; Goetghebuer, 1939; Pagast, 1947; Thienemann, 1954) . В последние 25 лет систематики-хирономидологи всех стран пытаются устранить несоответствие этих классификаций и построить единую систему, учитывающую все стадии метаморфоза. Для подсемейства Chironominae большая часть этой работы уже выполнена. Исследования в подсемействах Diamesinae и Prodiamesinae находятся на начальном этапе из-за трудностей при сборе материала и с воспитания личинок до имаго, так как его необходимо проводить в большинстве случаев непосредственно в водотоке (Макарченко/ 1998).
Значительный вклад в изучение подсемейства Diamesinae внес Е.А. Макарченко (1998) . Он выявил новые диагностические признаки самцов, куколок и личинок, позволившие составить оригинальные комплексы-диагнозы подсемейства, родов и видов, подготовить определительные таблицы. Им разработана классификация диамезин Северного полушария с учетом всех стадий метаморфоза. Согласно этой классификации проведена таксономическая ревизия подсемейства Diamesinae Палеарктики, в результате которой выявлено 153 рецентных и 1 ископаемый вид из 14 родов, описано 29 новых видов, обосновано выделение 3 новых родов, названия 18 видов сведены в синонимы, а 26 видов отнесены к nomina dubia (Макарченко, 1998) .
К сожалению, кариологический анализ был проведен для малого количества видов подсемейства Diamesinae (Таблица 2), но и эти немногочисленные исследования оказались весьма продуктивны и помогли объективно оценить сходство и различие близкородственных видов, а также выделить новый вид Р- altaica (Makarchenko et al., 1997).
Отставание кариологических исследований от таксономических в подсемействе Diamesinae обусловлено не только трудностями при сборе и фиксации материала, а но и сложностями приготовления препаратов политенных хромосом со структурой, пригодной для проведения кариологического анализа. Однако важно отметить, что при соблюдении определенных условий фисации и приготовления препаратов хромосомы диамезин вполне пригодны для кариологического анализа. Необходимо указать, что еще одна трудность возникает при исследовании кариотипов диамезин. Дело в том, что у некоторых видов диамезин все хромосомы объединены в хромоцентр и при приготовлении давленых препаратов связь в хромоцентре нарушается, хромосомы распадаются на отдельные плечи, принадлежность которых к определенной хромосоме установить трудно. Поэтому для определения числа хромосом необходим анализ метотически делящихся клеток. Однако не
Кариологический анализ в подсемействе Prodiamesinae
Широко распространенный голарктический вид. В Россииизвестен из Европы, Урала, Сибири и Дальнего Востока. Личинки хищники, эвриоксибионты, предпочитают илистые грунты слабопроточных и стоячих водоемов. Также они селятся в подверженных антропогенному загрязнению водотоках и водоемах, поэтому их выделяют как неспецифический индикатор антропогенного воздействия на ультраолиготрофныи водоем (Макарченко, Макарченко, 1999).
Структура, кариотипа. На основе анализа метафазных пластинок делящихся сперматогониальных клеток и клеток надглоточного ганглия видно, что п=3 (Приложение, рис. 27, а): две пары метацентрических хромосом, одна (II) из которых в два раза короче другой (I), и короткой субметацентрической хромосомы (III) (Zacharias, 1977). В клетках слюнных желез обнаруживаются две длинные двуплечие политенные хромосомы, в одной из которых локализованы ядрышко и кольцо Бальбиани, а третья хромосома имеет шарообразную форму (Приложение, рис. 26, б) . Гомологи хромосом полностью сконъюгированы. Анализ рисунка дисков хромосом показал, что личинки из всех изученных популяций принадлежат одному виду P. olivacea. Картирование проводилось по Михайловой (Michailova, 1977). Так как автор считала плечи IL и IR самостоятельными акроцентрическими хромосомами, она прокартировала отдельно каждое плечо, а хромосому II она считала двуплечей, поэтому нумерация районов идет насквозь от теломеры к теломере. В результате возникло расхождение в системах картирования хромосом I и II. Мы изменили нумерацию районов в плече IIR, границы которых остались прежними.
Хромосома I (Приложение, рис. 27, б) - ядрышкообра-зующая. Ядрышковый организатор расположен в плече IL в районе 8, вблизи центромеры. Ядрышко соседствует с кольцом Бальбиани (Приложение, рис. 27 а, б) , расположенным в том же районе. Плечо также хорошо узнается по веретенообразному утолщению в районе 3. Плечо подразделено на 8 районов. Рисунок дисков полностью соответствует таковому хромосомы
Ill по Михайловой (Michailova, 1977). Плечо IR подразделено на 16 районов и по рисунку дисков соответствует хромосоме I по Михайловой (Michailova, 1977).Хромосома II (Приложение, рис. 27, б) имеет перетяжки в секциях 3 (9 по Михайловой) плеча IIR и 5 IIL, характерное чередование дисков в районе 1, где конец хромосомы несколько расширен, и крупный, ярко окрашенный диск на границе районов 3 и 4 плеча IIL.
Соотношение номеров районов хромосом по Михайловой и согласно нашей системы; Михайлова 11 10 9 8 7 б І Данная работа 1 2 3 4 5 б іХромосома III - помпоноподобная (Приложение, рис. 27, б) . В центре помпона расположен плотный диск, от которого биполярно расходятся хромонемные нити. Не является ядрышкообразующие (Приложение, рис. 28, б) .Хромосомный полиморфизм в изученных популяциях редок. На Алтае в р. Сема выявлена одна гетерозиготная инверсия в плече IIR (Приложение, рис. 29, г) . Она встречается с частотой 0,63 гетерозиготных инверсий на особь.
Характерной особенностью кариотипа P.olivacea является, во-первых, наличие факультативного хромоцентра (Приложение, рис. 28, в), который разрушается при приготовлении препарата, и хромосомы распадаются на отдельные плечи. Хотя хромосомные плечи и проявляют стремление к объединению друг с другом, типичный хромоцентр не образуется, но между плечами всегда устанавливались эктопические контакты либо в виде четких хроматиновых тяжей (Приложение, рис. 29, а) , либо тонких мало заметных нитей. Как уже отмечалось (Bauer,1936; Петрова, Чубарева, 1978), ассоциации хромосомных плеч очень динамичны, хромосома III черезвычайно редко участвует в таких ассоциациях (Рис. 28,а; 29 а, б). Второй особенностью кариотипа P.olivacea является недорепликация хромосомы III (Zacharias, 1977, 1981), в результате чего хромосома не имеет характернойисковй структуры. Было показано, что у самок нереплицируется только плечо IIR, а у самцовнедореплицированным оказывается и плечо IIR, и частично плечо IIL, а их хромосома III содержит ДНК в два раза меньше (Zacharias, 1980, 1981). Третьей особенностью кариотипа P. olivacea является наличие половой хромосомы.
Восточнопалеарктический вид. Известен по тремместонахождениям в южной части российского Дальнего Востокабассейне р. Амур, на острове Сахалин и в Приморье.Личинки предпочитают заиленный песок озер и в рекахвстречаются редко (Макарченко, Макарченко, 1999).Существует описание кариотипа без предоставления фотокарты (Shapran, 1990). Фотокарта P. levanidovae представлена впервые.
Структура кариотипа. На основе анализа метафазных пластинок делящихся клеток имагинальных дисков и клеток надглоточного ганглия личинок P. levanidivae установлено, что 2п=б: хромосомы, вероятно, все субметацентрические, две пары представлены длинными хромосомами, а третья в два раза короче (Приложение, рис. 30, а) . Кариотип из клеток слюнных желез состоит из двух длинных политенных хромосом и одной
Сравнительный анализ эволюции кариотипов у диамезин, продиамезин и других хирономид
Как указывалось выше, зволюционнные отношения видов подсемейства Chironominae иследованы хорошо, тогда как в подсемействах Diamesinae и Prodiamesinae они изучены недостаточно. Вместе с тем известно (Sasther, 2000), что подсемейство Diamesinae принадлежит к числу примитивных, возможно, исходных в семействе Chironomidae. Подсемейство же Prodiamesinae занимает промежуточное положение. Это определяет необходимость сопоставления кариотипов этих трех подсемейств. Для хирономии можно выделить два основных пути эволюции кариотипа (Keyl, 1962; Martin, 1979; Кикнадзе и др., 1989, 1996; Michailova, 1989). Первый - реципрокные транслокации целых хромосомных плеч, приводящие к формированию цитокомплексов, и второй - фиксация парацентрических инверсий, лежащая в основе дивергенции кариотипов. Перицентрические инверсии встречаются довольно редко. К этим хромосомным перестройкам добавляются также Т-Т слияния, увеличение центромерного гетерохроматина, изменение числа и локализации активных районов. Гаплоидные числа у хирономин меняются от п=2 до n=4. Как отмечалось выше, у хирономин дивергенция кариотипов за счет указанных перестроек приводит к образованию групп близкородственных видов, кторые плохо различимы по морфологическим признакам. У диамезин хромосомные перестройки, так же как и у хирономин, судя по всему, играли большую роль в дивергенции кариотипов. Но у диамезин не выявлены реципрокные транслокации целых хромосомных плеч (образование цитокомплексов), хотя, возможно, они и имеют место в кариотипах таких родов, как Pseudodiamesa и Pagastia, для которых характерна "хрупкость" хромосом в центромерных районах из-за недорепликации.
Виды этого подсемейства различаются по фиксированным инверсиям, уровню хромосомного полиморфизма, по количеству и локализации активных районов. Отмечены нереципрокные транслокации отдельных участков хромосом. Хотя среди диамезин и есть виды с высоким уровнем хромосомного полиморфизма, в целом подсемейство Diamesinae значительно менее изменчиво, чем подсемейство Chironominae. У диамезин в родах Pseudodiamesa и Pagastia, так же как и у хирономин, нами впервые обнаружены группы близкородственных видов. У продиамезин рисунок дисков у видов одного рода отличается комплексом перестроек, сходных с другими подсемействами: парацентрическими инверсиями и транслокациями отдельных районов плеч, вероятнее всего, теломерных. У продиамезин группы близкородственных видов пока не обнаружены. Образование цитокомплексов, наблюдаемых в роде Chironomus, для диамезин и продиамезин, по-видимому, не характерно. При изучении диамезин и продиамезин не обнаружены Т-Т слияния, приводящие к уменьшению числа хромосом, а также увеличение прицентромерного гетерохроматина. В целом для подсемейств Diamesinae и Prodiamesinae характерно сходство основных путей хромосомной эволюции. В то же время у диамезин и продиамезин наблюдаются такие пути хромосомной эволюции, которые не наблюдаются у хирономин. К таковым можно отнести недорепликацию ДНК в центромерных районах и малой хромосомы, которая проявляется в образовании факультативного хромоцентра, «хрупкости» хромосом в области центромерных районов и образование помпоноподобных хромосом. Выше указывалось, что комплексная ревизия таксономии в подсемействах Diamesinae и Prodiamesinae началась всего 10-15 лет назад и данная работа является ее частью. Для идентификации имаго самцов при ревизии были использованы новые диагностические признаки на основе внутреннего строения гипопигия (Макарченко, 1998). Но определение особи до вида, в особенности на стадии личинки, существенно затруднено, особенно если мы имеем дело с близкими видами и видами-двойниками. Более того, в подсемействе Diamesinae часто видовая идентификация на этой стадии невозможна и ведется только до группы (Макарченко, Макарченко, 1999). Так, в роде Pseudodiamesa при морфологическом анализе все исследуемые особи на стадии личинки делятся на две группы видов: nivosa и branickii. Для определения вида необходимо трудоемкое выращивание личинок до имаго, что не всегда возможно. Метод кариологического анализа позволяет легко идентифицировать виды, входящие в одну группу. В группе видов nivosa три кариологически изученных вида: Р. stackelbergi, P. nivosa и P. latistyla - четко различаются по рисунку дисков. Остальные виды группы известны только по имаго (Макарченко, 1998) . Виды рода Pseudodiamesa чаще встречаются в Палеарктике, виды P. nivosa и P. stackelbergi широко распространены, другие же виды группы известны лишь для отдельных районов. Существует еще ориентальный вид Р. nepalensis Reiss (1968), который, по мнению Е.А. Макарченко, является синонимом палеарктического вида Р. nivosa (Макарченко, 1998). Анализ кариотипа данного вида позволил бы идентифицировать его однозначно. Группа branickii кариологически изучена хуже. Вид Р. branickii политипичен и, вероятно, включает и другие близкие виды. В пользу этого предположения говорят результаты наших исследований и работы других авторов (Михайлова, Петрова, 198 9). В результате анализа кариотипов личинок, определенных как P. branickii, были выделены кариологические расы (Михайлова, Петрова, 1989), которые, вероятно, являются самостоятельными видами. Личинки, относящиеся к разным группам, nivosa или branickii, хорошо различаются по строению и размерам щетинок, по окраске и форме зубцов ментума (Макарченко, Макарченко, 1999) . На уровне кариотипа наиболее четкие различия, кроме рисунка дисков, в структуре хромосомы IV: в группе nivosa она представлена двумя помпоноподобными хромосомами (ядрышко и гетерохроматиновый сгусток), а в группе branickii - только одной - ядрышком, так как остальная часть материала хромосомы IV недореплицируется (Zacharias, 1984).
В роде Pagastia также обнаружена группа близких видов. Виды P. orientalis, P. altaica и P. nivis, а также Р. lanceolata и P. orthogonia, на всех стадиях жизненного цикла очень похожи, хорошо различимы по морфологии самца, а на стадии личинки IV возраста различаются размерами и окраской головной капсулы (Makarchenko, Makarchenko, 2000), а также ареалами. Виды P. orientalis и P. altaica на стадии личинки не различимы и обитают симпатрически. P. altaica является эндемиком Горного Алтая и выделен исключительно по результатам кариологического анализа. Показано также, что P. nivis - островной вид, обитающий на Средних и Южных Курилах, о-ве Сахалин и Японских остравах, а P. orientalis - широко распространенный материковый вид, который заходит с п-ва Камчатка только на о-ва Парамушир и Шумшу. Применяемый нами метод кариологического анализа позволяет более четко идентифицировать виды и определить границы их ареалов. Нами также впервые составлен ключ для определения видов личинок этих двух близких родов по структуре кариотипов. В роде Diamesa некоторые виды также не различимы или плохо различимы на стадии личинки (Макарченко, Макарченко, 1999) . Этот род самый многочисленный, и в нем описаны кариотипы наибольшего количества видов. Однако, на наш взгляд, кариологический анализ этого рода должен быть продолжен с использованием современных методов, так как результаты цитотаксономических исследований пока не дают полного представления о структуре кариотипа этого вида и о механизмах изменения кариотипа при видообразовании. Это может быть связано, во-первых, со сложностью получения качественных препаратов, а, во-вторых, кариотипы видов рода Diamesa, а также родов Potthastia и Sympotthasia, очень похожи и "безлики", за исключением S. repentina, гомологи хромосом у которого расконьюгированы на большей протяженности. Некоторые виды родов Potthastia и Sympotthastia раньше считались видами рода Diamesa, их таксономический статус был уточнен в результате ревизии подсемейства (Макарченко, 1998) . Был составлен ключ для определения видов рода Diamesa, основанный на таких
