Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные аспекты проблемы вида и видообразования 13
1.1. Концепции вида 13
1.2. Многообразие путей и форм видообразования 18
1.2.1. Современные эволюционные концепции 18
1.2.2. Хромосомная изменчивость и эволюция кариотипа 25
1.2.3. Модели видообразования у двукрылых насекомых 41
1.3. Комары-звонцы как модельный объект 48
1.3.1. Морфологические исследования 49
1.3.2. Гигантские хромосомы и исследования кариотипа 54
1.3.3. Генетико-биохимические методы 58
1.3.4. Комплексный морфо-кариотипический подход . 59
Глава 2. Материал и методы 63
2.1. Материал 63
2.2. Методы исследования 63
2.2.1. Сбор материала и выведение комаров 64
2.2.2. Морфологический анализ 65
2.2.3. Кариотипический анализ 66
2.2.4. Статистический анализ 69
2.2.5. Критерии рода, подрода и группы видов хирономии 69
2.2.6. Анализ родственных связей 72
2.3. Морфологический и кариотипический очерк 73
Глава 3. Систематика Chironomus meigen, Campto chironomus kieffer и Baeotendipes kieffer 88
3.1. Систематика Chironomus, Camptochironomus и Baeotendipes... 89
3.1.1. Изменение объема рода Chironomus 89
3.1.2. Комплексный подход к исследованию Chironomus, Camptochironomus и Baeotendipes 91
3.1.3. Анализ подродовой структуры Chironomus 93
3.1.4. Сходство и различие видов Chironomus, Camptochironomus и Baeotendipes 96
Заключение 100
3.2. Морфология самок Chironomus, Camptochironomus и Baeo tendipes 101
3.2.1. Значимость морфологических показателей самок 102
3.2.2. Определительная таблица самок комаров 111
3.2.3. Морфологическое описание самок 114
Глава 4. Морфологическая дифференциация близкородственных видов хирономид 151
4.1. Дифференциальный диагноз близкородственных видов хирономид 152
4.1.1. Chironomus, группы plumosus и nuditarsis 152
4.1.2. Chironomus, группа obtusidens 164
4.1.3. Chironomus, группа riparius 168
4.1.4. Chironomus, группа dorsalis 171
4.1.5. Chironomus, группа lacunarius 171
4.1.6. Halochironomus (Chironomus), группа albidus 173
4.1.7. Camptochironomus, группа tentans 179
4.1.8. Microtendipes, группа pedellus 180
4.2. Тенденции морфологической дифференциации видов в эволюции хирономид 181
Глава 5. Хромосомный полиморфизм, дифференциация и эволюция кариотипа хирономид 186
5.1. Хромосомный полиморфизм и дифференциация видов хирономид 186
5.1.1. Кариотипы и кариофонды Chironomus групп plu-mosus и nuditarsis 186
5.1.2. Пути дифференциации Chironomus группы obtusidens , 209
5.1.3. Дифференциация Chironomus группы riparius 213
5.1.4. Кариотип Chironomus группы albidus 216
5.1.5. Пути дифференциации Chironomus группы dorsalis 217
5.1.6. Дифференциация Chironomus группы lacunarius 219
5.1.7. Дифференциация Microtendipes группы pedellus . 221 Заключение 225
5.2. Типология последовательностей дисков хромосом (ПДХ) и эволюция кариотипа хирономид 227
5.2.1. Типология ПДХ на примере Chironomus группы plumosus 228
5.2.2. Эволюция кариотипа у хирономии 237
Заключение 244
5.3. Видообразование на основе межвидовой гибридизации хирономид 246
5.3.1. Роль межвидовой гибридизации в эволюции 246
5.3.2. Гибридогенез на примере видообразования С. usenicus 248
5.3.3. Этапы видообразования на основе гибридизации на примере хирономии 254
5.3.4. Хромосомный анализ межвидовых гибридов 264
5.4. Реконструкция видообразования у хирономид 266
Глава 6. Неравномерность темпов морфологической и хромосомной дифференциации комаров- звонцов 269
6.1. Проблема мозаичности эволюции 269
6.1. Родственные связи и особенности эволюции в группах близкородственных видов комаров-звонцов 272
6.1.1. Chironomus групп plumosus и nuditarsis 273
6.1.2. Chironomus группы riparius 277
6.1.3. Chironomus группы obtusidens 279
6.1.4. Chironomus групп lacunarius и dorsalis 281
6.1.5. Анализ родственных связей Chironomus, Baeoten-dipes, Camptochironomus, Microtendipes 282
6.2. Способы видообразования комаров-звонцов 284
6.2.1. Способы видообразования у хирономии 285
6.2.2. Пути хромосомной и морфологической дифференциации видов при разных способах видообразования . 290
6.3. Причины нескоррелированности хромосомной и морфологической дифференциации видов хирономид в процессе видо образования 294
Заключение 301
Выводы 308
Список литературы 312
Приложения 374
Таблицы 374
Рисунки 468
- Современные эволюционные концепции
- Сбор материала и выведение комаров
- Комплексный подход к исследованию Chironomus, Camptochironomus и Baeotendipes
- Chironomus, группы plumosus и nuditarsis
Введение к работе
Важнейшая особенность эволюции живого - это относительная независимость темпов преобразования разных структур организма (Воронцов, 1980). С современной точки зрения видообразование (ВДО) заключается в изменении генетического аппарата клетки, ее генома (Воронцов, 1966; White, 1978; Жимулев, 1992; Стегний, 1993). Изменение генома, морфологическая дивергенция и становление репродуктивной изоляции не обязательно протекают одновременно, что составляет важнейшую особенность эволюции в целом (Майр, 1974; Воронцов, 1999), а объективную картину этого процесса способен дать только поиск корреляций на основе комплексного подхода. Выбор двукрылых насекомых комаров-звонцов трибы Chironomini (Chi-ronomidae, Diptera, Nematocera) для реализации такого комплексного подхода в эволюционном анализе не случаен. Хирономиды обладают, с одной стороны, полным метаморфозом, формирование стадий которого протекает в разных биотопах, а с другой - гигантскими хромосомами наибольшей степени политении и разнообразием перестроек наряду с низкими хромосомными числами.
Развитию комплексного подхода к пониманию вида у двукрылых насекомых с полным метаморфозом первоначально способствовал тезис о самостоятельности «личиночной» и «имагинальной» эволюции. Он был выдвинут на основе анализа стадий развития - личинок и комаров, резко отличающихся по образу жизни, морфологии и биологическим функциям (Мончадский, 1937; Hendel, 1938). В отношении комаров-звонцов (Chironomidae, Diptera) такое разобщение существовало долгое время, что крайне негативно сказалось на систематике этой обширной и чрезвычайно значимой группы. Всесторонний подход исследователей к анализу всех стадий метаморфоза насекомых привел к пониманию преемственности внутренней организации последовательных стадий метаморфоза в целом (Кривошеина, 1969; Wiliamson, 1992; Шатров, 2000). Исследования Chironomidae последних десятилетий
были направлены на выяснение соответствия имагинальной и личиночных форм с целью создания их естественной системы (Wiederholm, 1983, 1986, 1989; Макарченко, 1999).
Хирономиды относятся к насекомым с педоморфозом (или дезимаги-низацией), при котором наибольшие изменения в филогенезе протекают на преимагинальных стадиях, следуя по пути совершенствования, а имаго меняются слабо, обладая поэтому более древними признаками (Родендорф, 1959). Разрешению центрального вопроса систематики хирономид - по каким же фазам метаморфоза должна строиться их система (Черновский, 1949) - на современном этапе исследования этой группы насекомых может многое дать кариотипический анализ хирономид.
Наличие в клетках слюнных желез личинок комаров-звонцов политен-ных хромосом не только сделало их излюбленным цитогенетическим объектом для изучения функционирования интерфазных хромосом эукариот (Кик-надзе, 1972; Жимулев, 1992), но и способствовало лучшему пониманию путей эволюции кариотипа этой группы насекомых на самом высоком уровне -по Байту (White, 1978) - уровне дзета-кариологии. Изучение политенных хромосом открыло новый этап в развитии теории хромосомного видообразования, базировавшейся до этого на использовании метафазных хромосом. Был намечен следующий этап в совершенствовании комплексного подхода -сопоставление хромосомной и морфологической дивергенции видов в ходе эволюции (Шобанов, 1990, 2000).
Несмотря на обилие публикаций по комарам-звонцам, комплексный анализ с учетом всех стадий развития и рисунка дисков политенных хромосом проведен только на единичных видах (Шобанов, 1990, 2000; Wulker, 1997, 1998). В основном сохраняется разрозненность и вынужденная (в силу узкой специализации) односторонность исследований: одними авторами изучается только морфология (Wederholm et al, 1983, 1986, 1989; Макарченко, 1999; Зорина, 2002), а другими - только кариотипы (Michailova, 1989; Кик-надзе и др., 1996). Чаще всего попытки внедрения комплексного подхода ог-
раничиваются привлечением к кариологическому анализу морфологических признаков личинки (Кикнадзе и др., 1991). Комары самки к построению системы и установлению родственных связей у хирономид привлекаются крайне редко. Между тем привлечение морфологии самок важно не только для установления филогенетических связей, но и выявления эволюционных тенденций таксона в целом, потому что самки, как носители плезиоморфий, отражают прошлое вида, в то время, как самцы показывают будущее (Геодакян, Смирнов, 1965; Геодакян, 2000). Поэтому выводы о филогенетических связях, эволюционных тенденциях формообразования и месте конкретных видов в естественной системе семейства, полученные разными авторами с использованием отдельных стадий метаморфоза, в известной мере ограничены.
Так, согласно зарубежным авторам (Pinder, Reiss, 1983, 1986; Cranston et al., 1989), род Chironomus представлен четырьмя подродами: Chironomus s. str., Camptochironomus Kieffer, Chaetolabis Townes, Lobochironomus Ryser и Wulker et Scholl, российские же исследователи (Шобанов, Шилова, Белянина, 1996; Шобанов, 2000), формально принимая такое деление, считают Camptochironomus отдельным родом. Неясно положение и Baeotendipes Kieffer (Ashe, Cranston, 1990; Кикнадзе и др., 1991). Для комплексного анализа в решении этих проблем не достает детального анализа самок комаров.
На Chironomus было показано опережение хромосомной дифференциации видов над генетической (Гундерина, 2001) и ее нескоррелированность с морфологической (Шобанов, 1990), но темпы хромосомной и морфологической дифференциации видов при разных способах ВДО не изучены.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - на основе комплексного анализа - морфологического (с привлечением особенностей самок комаров) и кариотипического сделать заключение о систематическом положении Camptochironomus Kieffer, Baeotendipes Kieffer и подродовом составе Chironomus Meigen, и на примере нескольких групп близкородственных видов вскрыть и сопоставить их морфологическую и хромосомную дифференциацию при разных способах видообразования (ВДО).
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Выделить недостающие для комплексного анализа Chironomus Mei-gen, Camptochironomus Kieffer и Baeotendipes Kieffer таксономически значимые показатели самок комаров, разработать их систематику и составить диагнозы видов.
На современном уровне пересмотреть комплексы показателей разных стадий развития в связи с открытием новых видов-двойников и изучить морфологическую дифференциацию внутри групп у Chironomus, Camptochironomus и Microtendipes Kieffer.
Унифицировать типологию последовательностей дисков хромосом (ПДХ), исследовать структуру хромосомного полиморфизма популяций в группах близкородственных видов у Chironomus, Camptochironomus, Microtendipes и обсудить роль разных инверсий в эволюции кариотипа.
Выделить основные способы ВДО хирономии, в том числе рассмотреть роль межвидовой гибридизации.
Провести анализ родственных связей в группах видов на основе хромосомных и морфологических показателей.
Сравнить морфологическую и хромосомную дифференциацию видов в эволюции комаров-звонцов при разных способах ВДО.
Сопоставить морфологическую дифференциацию хирономид на разных стадиях метаморфоза.
Обосновать причины нескоррелированности хромосомной и морфологической дифференциации видов в ходе эволюции хирономид.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. На современном уровне пересмотрены комплексы признаков разных стадий развития в связи с открытием новых видов-двойников у Chironomus, Camptochironomus, Baeotendipes и Microtendipes. Обнаружено 4 новых для науки вида Chironomus, впервые описаны кариоти-пы еще двух Chironomus и одного - Microtendipes. Разработана систематика самок Chironomus, Camptochironomus и Baeotendipes Палеарктики, впервые описаны самки 15 видов, переописаны - 12. С учетом особенностей морфо-
логии самок пересмотрена систематика Baeotendipes и Camptochironomus. Уточнена подродовая структура Chironomus и выделен новый подрод. Показана родственная связь между предковым Chironomus, новым подродом Halochironomus и Baeotendipes. Описан комплекс признаков личинки солоновато-водных хирономии. Выделенные признаки самки Camptochironomus позволили отнести к этому роду Chironomus brevisetis Shilova.
Описано 83 новые последовательности дисков хромосом (ПДХ) у 22 видов Chironomus, Camptochironomus, Baeotendipes и Microtendipes. Унифицирована типология ПДХ на примере Chironomus группы plumosus, обосновано, что внутривидовая изменчивость и эволюция кариотипа осуществляются за счет разных пара- и перицентрических инверсий. Реконструирована гипотетическая форма Chironomus в группе plumosus, к которой наиболее близок С. plumosus. Установлены способы видообразования (ВДО) хирономии и морфо- кариотипические характеристики видов с разными способами ВДО. Показана роль гибридизации в ВДО хирономии и представлены этапы ВДО на основе гибридогенеза. Впервые для хирономид представлена и обоснована неравномерность темпов преобразования кариотипа и морфологических признаков при разных способах ВДО.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Поли-тенные хромосомы хирономии - основные модели функционирования интерфазных хромосом и эволюции кариотипа. Составлены кадастры ПДХ ряда видов, которые нашли применение в цитогенетических работах других исследователей. Унифицированная типология ПДХ Chironomus позволяет проводить хромосомный мониторинг. Обосновано использование С. balatonicus как наиболее чувствительного вида для проведения анализа на генотоксич-ность. Составлены диагнозы и определительная таблица 27 видов Chironomus, Camptochironomus и Baeotendipes по показателям самки комара, разработан комплекс признаков самки, который может быть использован в качестве стандарта при описании видов этих родов. Представлен перечень
морфологических и кариотипических показателей для комплексного анализа видов-двойников у хирономии.
АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ. Материалы работы представлены на: совещании «Систематика хирономид и их значение в жизни водных экосистем» (Паланга, 1988); IV совещании по фенетике популяций (Борок, 1990); V диптерологическом симпозиуме (Новосибирск, 1990); VI съезде гидробиологического общества (Мурманск, 1991); II симпозиуме по кариосистематике беспозвоночных животных (Чебоксары, 1991); 1 конференции по генетике насекомых (Москва, 1991); IX и X совещаниях по проблемам изучения хирономид (Борок, 1992, 2002); VI съезде общества генетиков и селекционеров (Минск, 1992); XI и XII Всероссийских конференциях молодых ученых (Борок, 1999, 2002); 6-ой Пущинской школе-конференции молодых ученых (Пущино, 2002), Международных научных конференциях (Тольятти, 2001, 2003) и «Новые технологии в защите биоразнообразия в водных экосистемах» (Москва, 2002); XIII, XIV и XV Международных симпозиумах по хиро-номидам (Фрайбург, 1997; Рио-де-Жанейро, 2000; Минесота, 2003); XII Съезде Русского энтомологического общества (Санкт-Петербург, 2002); ХП и XIII Международных конференциях «Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря» (Астрахань, 2003,2004).
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 83 работы (среди них 54 статьи, из которых 16 - в центральной печати), 2 - находятся в печати.
ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.
Сходство родов Chironomus, Baeotendipes и Camptochironomus на стадии личинки носит конвергентный характер. Наиболее точную реконструкцию родственных связей видов этих родов позволяют получить данные морфологического анализа имаго и анализа кариотипа.
По частоте встречаемости и распространению в популяциях близкородственных видов все последовательности дисков хромосом (ПДХ) можно разделить на четыре типа: межвидовые гомологичные, внутривидовые базо-
вые, редкие внутривидовые и часто встречаемые внутривидовые. Значимыми в эволюции кариотипа являются внутривидовые базовые ПДХ.
Эволюция кариотипа носит направленный характер и связана со способом видообразования (ВДО). При симпатрическом ВДО эволюция кариотипа основана на изменении внутривидовых базовых ПДХ за счет инверсий и слиянии хромосомных плеч, а при аллопатрическом - на изменении количества и локализации гетерохроматина.
ВДО на основе гибридогенеза у комаров-звонцов можно представить формулой - 1+1=3 (например, С. plumosus+C. behningi=C. usenicus), при этом возникновение гибридной формы - только начальный этап становления нового вида, за которым следует преобразование кариотипа гибридной формы.
Изменение кариотипа на основе хромосомных перестроек опережает изменения во внешней морфологии, что выражено при всех способах ВДО, но особенно - при симпатрическом и ВДО на основе гибридогенеза.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и выводов. Текст диссертации изложен на 310 страницах и включает 30 таблиц и 15 рисунков. Список литературы содержит 687 источников, из которых 298 на иностранном языке. Приложение состоит из 60 таблиц и 57 рисунков.
Современные эволюционные концепции
Многообразие концепций вида объективно порождает различия как в терминологии, так и понимании самого процесса видообразования (ВДО). С другой стороны, существующее многообразие моделей ВДО безусловно связано с реальной сложностью и многообразием форм и способов ВДО в природе, что, в первую очередь, зависит от биологических особенностей объекта исследования.
Современные эволюционные концепции основаны на выяснении причин эволюции и ВДО. В отношении причин эволюции всегда существовали две крайние точки зрения: согласно одной из них, движущие причины заключаются в саморазвитии, то есть являются внутренними причинами (эндо-генез), согласно другой - изначальным толчком служит воздействие внешних условий (экзогенез). Большинство эволюционных концепций представляют собой разные варианты промежуточных представлений на движущие причины эволюции и не являются взаимоисключающими: одни из них касаются движущих сил эволюционных преобразований, другие - затрагивают, например, способы осуществления этих изменений, тем самым органически дополняя друг друга. Согласно синтетической теории эволюции (СТЭ), суть ВДО состоит в плавном (градуальном) превращении популяции исходного вида в некоторую новую видовую популяцию, что контролируется естественным отбором (Майр, 1968).
К концу 70-х годов возник кризис популяционно-генетического подхода к проблемам эволюции (Левонтин, 1978). Были переосмыслены и принципы систематики, и основные положения СТЭ. Типологическое мышление в систематике (Мейен, 1984) и макромутационистские взгляды Коржинского, Де Фриза и Гольдшмидта на проблему ВДО (Тахтаджян, 1983; Стегний, 1993) были пересмотрены и возрождены на современном уровне. Пытаясь полностью объяснить эволюционный процесс, СТЭ всегда сталкивалась с серьезными трудностями при объяснении причин таких неопровержимых явлений, как дискретность видов и высших таксонов, возникновение новых типов строения и тенденции филогенетического развития. Этим объясняется развитие эволюционной мысли и в недарвиновских направлениях. Среди таких эволюционных направлений можно указать автогенетические и сальта-ционные концепции Берга (1977), Шиндевольфа (Schindewolf, 1950). Стимулом к дальнейшему развитию таких концепций на современном уровне стали новые достижения в области организации и функционирования геномов организмов.
Наличие автогенетического компонента в эволюции прослеживается также в особенностях цитоархитектоники генома как надхромосомного уровня организации (Гилева, 1990). Основное внимание обращает на себя хромосомный набор ядра, представляющий собой целостную систему - ка-риом (Лухтанов, 1999), эволюционная трансформация которой детерминирована определенными внутрисистемными свойствами. Согласно моделям интерфазного ядра (Ashley, Pocock, 1981 и др.), в основе надхромосомной организации лежит периферическое распределение интерфазных хромосом вблизи ядерной мембраны с прикреплением к ней определенных (гетерохроматических) участков хромосом. Так, функционирование регуляторных последо вательностей, изменение которых лежит в основе морфологической эволюции, зависит от их взаимного расположения в ядре. Было высказано предположение, что хромосомные перестройки, фиксируясь в ходе эволюции, оказывают влияние на морфологические характеристики организмов, стимулируя дальнейшие процессы фенотипической эволюции (Гилева, 1990).
Развитие и популярность сальтационных представлений о ВДО были непосредственно связаны с дальнейшим прогрессом цитогенетики и молекулярной генетики. Гипотеза «прерывистых равновесий» (Eldredge, Gould, 1972) рассмотрена в качестве одного их механизмов быстрых эволюционных преобразований в отношении хромосомного ВДО (Гилева, 1990). Эгоистические последовательности ДНК, меняя в результате перемещений ключевые регуляторные позиции в геноме, способны скачкообразно преобразовывать фенотип и приспособленность их носителей (Гилева, 1990). ВДО как скачкообразное событие, связанное с возникновением системных мутаций и общей реорганизацией генома, было рассмотрено Стегнием (1993) на малярийных комарах. Были обнаружены также внутригеномные процессы, в первую очередь, транспозиции мобильных генетических элементов (МГЭ), которые возможно служат базисом для системных макромутаций, эволюционная роль которых обсуждалась в концепциях де Фриза и Гольдшмидта (Kidwell et al., 1977; Герасимова, 1985). Транспозиции МГЭ способны резко повышать частоту спонтанных хромосомных перестроек, ускоряя хромосомную эволюцию и процесс ВДО в целом. Оказывают влияние на образование и частоту инверсий и вирусные пандемии (Воронцов, 1999). Отношение вирусных пандемий к инициации хромосомных перестроек объясняется в свете одной из современных гипотез о вирусной природе МГЭ (Матушкин, Родин, 1994).
Разногласия о путях и способах ВДО могут быть обусловлены тем, что даже в пределах одного вида географически изолированные популяции идут к ВДО разными путями, тем более для разных групп организмов эти пути и механизмы будут неодинаковы. Бесспорно одно - процесс ВДО происходит постоянно, «ежеминутно и ежечасно» (Бородин, Поляков 2001), из чего сле дует, во-первых, наличие всех переходных состояний от субпопуляции до валидного вида, включая «локальные подвиды», «разновидности», «географические расы» и «кариоформы», статус и границы которых выявить чрезвычайно сложно, а во-вторых, наличие разного уровня репродуктивной изоляции. В настоящее время уже не вызывает сомнений, что в природе существуют и градуализм, и пунктуализм, и постепенное, и внезапное ВДО (Воронцов, 1999, 2004).
В результате многолетних дискуссий о способах и путях эволюции, а также благодаря развитию современных хромосомных исследований, были признаны четыре формы ВДО во времени (табл. 2) - анагенез, кладогенез, стасигенез и симгенез (Воронцов, 1999, 2004). Понятия дивергентной эволюции, адаптивной радиации, идиоадаптации по А.Н. Северцову относятся только к одной из форм ВДО - кладогенезу, которая считается «наиболее обычной» (Воронцов, 1999).
Кладогенез может идти, как за счет постепенной смены частот аллелей в периферических популяциях в соответствии со всеми канонами СТЭ, так и за счет скачкообразного возникновения изолирующих механизмов. Этот путь возможен как в условиях территориальной изоляции при интенсивном протекании генетико-автоматических процессов (аллопатрическое ВДО), так и без территориальной изоляции - симпатрическое (квантовое) ВДО (Базыкин, 1965; Гриценко, Креславский, 1983).
Сбор материала и выведение комаров
Хирономид собирали в основном по общепринятой гидробиологической методике и методике фаунистических сборов (Черновский, 1949; Константинов, 1950; Шилова, 1976; Макарченко, 1985). Сборы материала проводились как однократно в одноразовых выездах по намеченным регионам из попадающихся мелких речек, прудов, искусственных временных водоемов, так и многократные - из нескольких, выбранных в окрестностях Саратова и Энгельса водоемов - Волги у Энгельса в районе Мостотряда и ряда прилежащих к Саратову прудов, а также в рейсовых выездах на судне ГосНИИОРХ а по Саратовскому и Волгоградскому водохранилищам.
Личинок выбирали или на месте сбора, или промытый грунт помещали в полиэтиленовый пакет с небольшим количеством воды, и разбор проводили в лаборатории. Отобранных личинок в зависимости от предполагаемой работы фиксировали сразу в смеси этанол-ледяная уксусная кислота (3:1) или хранили в холодильнике в кюветах с небольшим количеством воды.
Сбор комаров осуществляли энтомологическим сачком. Комаров ловили в сумерках утром или вечером на открытых местах у водоема или на свет ночью. Собранных комаров фиксировали на месте сбора в жидкости Удеманса или в 70 этаноле и хранили при комнатной температуре. Во всех случаях установление видовой принадлежности личинок сопровождали кариологическим анализом. Фазу развития и пол личинок определяли по имагинальным дискам на 8-м и 9-м брюшных сегментах (Ильинская, Иордан, 1975, 1977).
Выведение комаров из личинок и куколок проводили в осенне-зимний и в весенне-летний периоды сбора материала. Личинок и куколок, собранных весной и летом в природе, сразу же переносили в индивидуальные сосуды и выводили комаров по методике Шиловой (1976). Личинки, собранные поздней осенью и из-под льда, нуждались в некоторой «пре добработке» перед окукливанием. Их не сразу ставили на выведение при комнатной температуре (20-22С), а предварительно выдержав в кюветах на холоде и постепенно повышая температуру в кюветах. В качестве корма использовали мелко растертую сушеную элодею и гидролизатные дрожжи. Домики с личинками или предкуколками переносили в индивидуальные емкости, прикрытые сверху сеточкой. Вылетевшего комара через несколько часов после вылупления вместе с экзувием куколки и личиночной шкуркой фиксировали в жидкости Удеманса или 70 этаноле в отдельном флакончике, снабжая его подробной этикеткой. При выведении часть личинок доходила в развитии до стадии куколки, такой материал использовали не только для описания куколки, но и для изучения строения имаго, так как у куколок на последних преимагинальных фазах имеются сформировавшиеся детали комара.
Личинок, куколок и комаров при необходимости предварительно помещали в тигельки с 10% раствором КОН на сутки до растворения мышц и осветления особо пигментированных покровов, а потом отмывали в воде. Материал препарировали в капле глицерин-вода (1:1), монтировали на предметных стеклах с лункой, или в глицерин-желатине (Макарченко, 1985).
Из личинки на одном предметном стекле готовили два отдельных препарата - головной капсулы и заднего конца тела с последними тремя сегментами и подталкивателями. Куколку иглой предварительно освобождали изнутри от мышц, затем отделяли головогрудь от брюшка и все монтировали под одним покровным стеклом. У имаго последовательно отделяли голову, антенны, ноги с мезостернумом, крылья, грудь, брюшные тергиты и стерниты. Мышцы груди и брюшка удаляли. Все отпрепарированные части тела переносили на предметное стекло и укладывали под од но покровное стекло в одном и том же порядке для всех препаратов: голову - лицом вверх, рядом помещали антенны, грудь - посредине препарата, крылья обязательно расправляли, ноги располагали таким образом, чтобы были видны вершины голеней и лапок. Тергиты и стерниты расправляли, конец брюшка самца помещали вверх дорзальной стороной, а конец брюшка самки — вентральной.
Морфологический анализ личинок, куколок и комаров проводили в основном с помощью светового микроскопа «Люмипан». Для более тонкой диагностики мельчайших деталей морфологических структур вида СЫ-ronomus curabilis был использован электронный сканирующий микроскоп IS М-25. Для измерений пользовались окуляр-микрометром и для перевода в микрометры (мкм) условных единиц - объект-микрометром. Для перевода в микрометры условные единицы перемножались на коэффициент, соответствующий определенному увеличению.
Препараты хромосом готовили как из фиксированных, так и свежих личинок 4-го возраста. Для построения цитофотокарт использовали хромосомы зимних личинок, так как в это время в хромосомах выявляется максимальное количество дисков (Ильинская, Максимова, 1976, 1978; Ильинская, 1979; Ильинская и др., 1988). Личинок, собранных в другое время, для улучшения качества хромосомных препаратов подвергали предобработке, помещая в холодильник на одну-две недели.
Комплексный подход к исследованию Chironomus, Camptochironomus и Baeotendipes
Нами пересмотрена систематика Chironomus, Camptochironomus и Baeotendipes на основе комплексного анализа с привлечением морфологических особенностей самок комаров. Анализ структуры Chironomus, Camptochironomus и Baeotendipes, построенной по кариотипическим признакам (цитокомплексам), морфологии личинки (личиночному типу) и особенностям спаривания, свидетельствует о тесных взаимосвязях между таксонами родового и подродового ранга. Значительное морфологическое сходство между ними, с одной стороны, может объясняться конвергенцией в сходных условиях обитания видов близкородственных таксонов на наиболее продолжительной стадии развития - личинки (личиночные типы) и родственными связями видов молодой в эволюционном отношении трибы Chi-ronomini.
С другой стороны, наблюдается видимая обособленность таких таксонов, как Camptochironomus и Baeotendipes - различия таксонов по морфологии и особенностям спаривания комаров Baeotendipes и Camptochironomus свидетельствует об их родовом статусе, на основе чего мы придерживаемся мнения о родовой самостоятельности Baeotendipes (Ashe, Cranston, 1990) и Camptochironomus (Шилова, Шобанов, 1988; Шобанов и др., 1996). У каждого из этих родов выявляется свой набор морфологических признаков (табл. 4, приложение: табл. 3), который, наряду с особенностями спаривания комаров, надежно характеризуют род. Уровень выявленных признаков комара этих родов в целом соответствует уровню выделенных отличий и других родов трибы Chironomini (Шилова, 1969). Отданное нами, таким образом, предпочтение признакам имаго в установлении родственных связей между таксонами вполне согласуется с выводом о наличие на этой стадии плезиоморфных признаков у педоморфных насекомых, к которым относятся хирономиды (Родендорф, 1959).
В качестве критериев рода, по нашему мнению, можно рассматривать такие морфологические показатели самок комаров, как: окраска SVIII (наличие или отсутствие хорошо различимых светлых участков), определенное расположение мелких щетинок на буграх (у медиальной стороны бугра или у медиального угла), соотношение ширины и высоты бугров, строение постгенитальной пластинки. Так, родовой статус Camptochironomus подтверждается совокупностью следующих морфологических показа телей самок - наличием у всех видов этого рода на SVIII хорошо различимых крупных неокрашенных участков, расположенных в дистальнои части стернита, а также расположение мелких щетинок на буграх у медиального угла, невыраженностью полос Omb мезонотума и выпуклости латеростер-нита, отсутствием светлой полосы в задней части ТІ, ТИ брюшка. На основании выделенных критериев рода по совокупности морфологических показателей самок и самцов к Camptochironomus мы отнесли еще один вид, описанный ранее в составе рода Chironomus - С. brevisetis с Памира (Шилова, 1989). Вид обладает всеми признаками, в том числе и этологически-ми, определяющими род Camptochironomus. Для С. brevisetis также характерно спаривание на субстрате (Шилова, 1989).
Такой показатель как наличие гомологии участков политенных хромосом можно было бы вынести в критерий более высокого ранга, чем родовой. В зоологической номенклатуре (Кодекс, 2002) такой надродовой таксон («suprageneris») допустим (статья 25) - это подтриба (subtribe name). К подтрибе Chironomina, согласно указанному критерию, можно отнести следующие рода: Chironomus, Camptochironomus, Baeotendipes, Kiefferulus.
В основе деления на подроды, как известно, лежат более морфологические показатели в строении генитального аппарата комаров тонкие (чем для разделения родов) (Шобанов и др., 1996). Комплексный анализ хирономии Каспийского моря позволил нам выделить еще один подрод Chironomus - Halochironomus п. subg. (Полуконова, 2005, в печати). Виды этого подрода- С. albidus Konst. (Константинов, 1956), С. paraalbidus Poluko-nova et al. (Полуконова и др., 2005, в печати) и С. sp. группы albidus (Беля-нина и др., 2005) обладают необычным комплексом признаков (приложение: табл. 4), хорошо отличающих их от Chironomus других подродов и занимающих промежуточное положение между этими подродами и Baeoten dipes (табл. 5, рис. 2).
Chironomus, группы plumosus и nuditarsis
Группа plumosus. Начиная с 70-х годов 19 века по программе ЮНЕСКО «Человек и биосфера» проект № 86/18 «Вид и его продуктивность в ареале» была развернута работа по изучению модельного вида Chironomus plumosus. На основе морфологических и кариотипических данных было дано описание этого вида, выделены типичная форма, вариететы и шесть кариотипических рас, из которых пять рас оказались при дальнейшем изучении самостоятельными видами и были выделены (Devai et al., 1983) в группу plumosus. К настоящему времени уже выделены 12 видов этой группы: С. agilis, С. agilis 2, С. balatonicus, С. bonus, С. borokensis, С. entis, С. muratensis, С. nudiventris, С. plumosus, С. usenicus, С. vancouveri и Chironomus sp. (Кикнадзе и др., 1996).
Виды этой группы широко распространены в пределах Голарктики (Максимова, Петрова, 1978; Петрова, Максимова, 1979; Ryser et al., 1980; Линевич, 1981; Панкратова, 1983; Соколова и др., 1983; Devai et al., 1983; Michailova, Fischer, 1986 а) и часто являются симпатрическими, только два вида этой группы аллопатрические - С. bonus и С. vancouveri (Michailova, Fischer, 1986; Шобанов, 1980). Несмотря на признание валидности перечисленных видов-двойников, их диагностика по морфологическим признакам долгое время вызывала затруднение - надежно они диагностировались только по кариотипу. При детальном изучении личинок, куколок и самцов (Шобанов, 1989, 1990; Логинова (Полуконова), 1992; Полуконова, 2003) стала возможным и морфологическая их дифференциация, при этом наиболее четкие видовые признаки были выявлены на стадии личинки.
Центральным видом в группе является голарктический и циркумбо-реальный С. plumosus (Линевич, Соколова, 1983). Несмотря на интенсивное изучение этого вида в таксономическом, кариотипическом и экологическом аспектах, дальнейшие исследования его остаются актуальными, сведения об ареале недостаточны, мало изучен внутривидовой полиморфизм на морфологическом и кариотипическом уровнях.
На основе анализа морфологии видов Chironomus группы plumosus нами составлены их диагнозы (приложение: табл. 5) и изучена изменчивость морфологических показателей на разных стадиях метаморфоза. Для восьми видов этой группы морфологический анализ личинок, куколок и комаров уже проведен (Shobanov, 1989; Шобанов, 1989, 1990), поэтому мы приводим только отличительные особенности этих видов из изученных нами популяций. Исследованные нами личинки соответствуют описанию Шобанова (1989, 1990). Изученные нами самцы С. plumosus отличаются от представленных в описании Шобанова (1990) большими размерами тела, члеников максиллярного щупика, значениями AR и Set S, куколки - диапазоном варьирования HI - 69-100 (по Шобанову - 84-96). Изученные самцы и куколки С. balatonicus отличаются от представленных в описании Шобанова (1990) большей длиной тела, большим значением AR и меньшим значением LR. Исследованные самцы С. entis отличаются от описаных Шоба-новым (1990) большими размерами тела, большими размахами значений AR и Dc, меньшими размерами члеников максиллярного щупика и меньшим значением LR, куколки - меньшим числом HI. Изученные нами самцы С. muratensis имеют отличия от представленных в описании Шобанова (1990) в длине тела и члеников максиллярного щупика, в значениях AR, SctS; а в описании Ризера с соавторами (Ryser et al., 1984) - в значениях AR, Dc, Ас, куколки - только большим размахом числа HI. Куколки С. nudiventris отличаются от описанных Шобановым (1990) меньшим НІ (по Шобанову (1990) их 109-128 (116).
Описан новый вид С. usenicus (Логинова (Полуконова), Белянина, 1994) (приложение: рис. 16 - 18, табл. 5). От С. plumosus имаго этого вида отличается окраской тергитов брюшка, узкой боковой проекцией анального отростка гениталий самца. Куколка отличается от С. plumosus светлым экзувием. На стадии личинки отличия от С. plumosus состоят в наличии светлых пятен у тенториумов на гулярном склерите, в меньшем числе бороздок на вентроментальных пластинках, более длинной сенсиллой, пальцевидной щетинкой под нижними зубцами мандибулы, часто расщепленными гулярными щетинками, меньшими значениями mLC, CR, РА.
Интегрирующими для группы могут быть следующие признаки. На стадии имаго виды объединяют большие размеры (9-17 мм), расположение развилки крыла FCu, как правило, дистальнее жилки RM, узкий анальный отросток и верхние придатки типа Е, по классификации Штренцке (Stren-zke, 1959); значительная пигментация SVIII и резкая выраженность бугров гениталий самок, а также крупные церки, шаровидные сперматеки, прямые протоки, крупные латеростерниты. Стадия куколки характеризуется крупными размерами и относительно светло окрашенным экзувием брюшка. Признаки личиночной стадии впервые отмечены Шобановым (1989): крупные размеры тела (16-30 мм), присутствие на VIII брюшном сегменте латеральных отростков, окрашенность гулярного склерита разной степени интенсивности, хорошо обособленные добавочные зубцы ментума, выступающие за передний край зубчики вентроментальных пластинок, морщинистая скульптура наружной поверхности пластинок. У личинок видов этой группы наблюдается определенная скоррелированность таких признаков, как форма переднего края основания максиллы и длина сенсиллы антенны - С. nudiventris и С. muratensis в отличие от других видов группы с прямым передним краем основания максиллы, сенсилла их антенны не достигает середины четвертого членика, гулярное пятно не имеет четких границ по краям, а длина тела перед окукливанием, как правило, не более 20 мм. Характерной особенностью видов этой группы на всех стадиях развития является высокий уровень морфологического полиморфизма.
Установлен значительный размах в вариантах окраски груди и рисунка на тергитах брюшка на стадии имаго как у самцов (Шобанов, 1990), так и самок. Так, в одной из саратовских популяций С. balatonicus у всех особей на имагинальной стадии развилка крыла FCu расположена под жилкой RM, хотя для группы и рода в целом свойственно расположение этой развилки дистальнее RM.
Полученные нами данные морфологического анализа имаго самца видов Chironomus группы plumosus и сравнение их с данными других авторов (Strenzke, 1959; Шилова, Джваршеишвили, 1974; Devai et al., 1983; Ryser et al., 1983) показали, что в качестве дифференцирующих виды группы plumosus можно выделить 32 признака - 7 окраски и формы (окраска тела, окраска поверхности груди между полосами, окраска рисунка на бра-хиолюме, окраска брюшных тергитов и стернитов, рисунок брюшка и форма боковой проекции анального отростка) и 25 мерных и хетома (длина и ширина лобных штифтов, длина антенны, индексы AR, BR, BRTab LR, Ta2,3R, tiR и Pm3L, Pm4L, Pm5L, Ac, Dc, SctS, feL, tiL, Ta,L, Ta2L, Ta3L, Ta4L, Ta5L, RiS, R4+5 S, std) (табл. 14).
Комары С. plumosus, С. balatonicus, С. muratensis - светлые, С. ends, С. bonus, С. usenicus - темные. У видов С. ends, С. bonus и в одной из исследованных популяций С. plumosus полосы Omb на мезонотуме имели продолжение до скутеллюма. У темных особей С. ends, С. bonus, С. plumosus скутеллюм затемнен. Рисунок на брахиолюме светлый у С. balatonicus, С. usenicus, С. muratensis и темный у С. ends, С. bonus.
Рисунок на тергитах брюшка видоспецифичен. У С. usenicus рисунок на тергитах отсутствует. У других видов рисунок брюшка в середине TIIIV неодинаков: у С. plumosus он чаще ромбовидный, у С. balatonicus и С. ends - в виде темных пятен неопределенной формы и разной степени интенсивности, у С. muratensis - в виде симметрично расположенных пятен треугольной формы, у С. bonus - в виде срединных полос. У С. ends, С. bonus, С. usenicus боковая проекция анального отростка самца узкая, у С. plumosus, С. balatonicus, С. muratensis — широкая.
Анализ самок Chironomus группы plumosus позволил выделить 28 дифференцирующих показателей - длина тела, крыла, Dc, Ac, Su, SctS, R4+5 S, R,S, GcS, GcL, GcW, GcR, TX L, TX W, TX S, CeR, mWCe, Ce W, tS]T, tS крупных, tS мелких, mtW, tR, GcWR. TLR, TWR, SDu L, CeWR, CemWR (табл. 7, приложение: рис. 10), а также характер опушения жилки крыла R4+5, форма и склеритизация бугров SVIII, форма латеростернита, ветвей аподемы и церок (Гл. 3.2).
