Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 8
1.1 Критерии выделения таксонов и их делимитации 8
1.2 Филогенетический подход к систематике 13
1.3 Влияние восприятия скоростей эволюции последовательностей ДНК на делимитацию таксонов 15
1.4 Построение филогении и делимитация таксонов с использованием данных мультигенного анализа 19
1.5 Критерии надёжности реконструкций филогении 21
1.6 Состояние системы Onuphidae на момент начала исследований 23
1.7 Состояние системы рода Nannopus до оценки родства морф и популяций. 25
1.8 Состояние системы Portunoidea до начала исследований 26
Глава 2 Материал и методы 28
2.1 Выбор групп 28
2.2 Материал 29
Оригинальные данные 29
Сторонние данные 33
2.3 Методы 34
Выделение ДНК 34
Амплификация и секвенирование 39
Множественное выравнивание 43
Методы реконструкции филогенетических отношений 43
Глава 3. Результаты 44
3.1 Реконструкция филогенетических отношений в группе Onuphidae 44
3.2 Скрытая изменчивость «вида» Nannopus palustris 51
3.3 Реконструкция филогенетических отношений в группе крабов Portunoidea 59
Глава 4. Обсуждение 69
4.1. Обнаружение скрытого разнообразия внутри таксонов 69
4.2. Подтверждение существующей таксономии 71
4.2.1 Подтверждение существующей таксономии для Onuphidae 71
4.2.2 Подтверждение существующей таксономии для Portunidae 73
4.3. Таксономические ревизии, необходимые согласно наблюдаемой по молекулярным данными филогении 75
4.3.1. Необходимость ревизии Onuphidae 75
4.3.2. Необходимость выделения новых таксонов из состава Nannopus palustris 76
4.3.3. Необходимость ревизии Portunoidea 77
4.4. Валидация используемых в таксономии морфологических признаков 80
4.4.1 Валидация используемых в таксономии Onuphidae признаков 80
4.4.2 Высокий уровень морфологической пластичности Nannopus palustris. 81
4.4.3 Валидация используемых в таксономии Portunoidea признаков 82
Глава 5. Заключение 84
Выводы 88
Библиография 89
- Влияние восприятия скоростей эволюции последовательностей ДНК на делимитацию таксонов
- Реконструкция филогенетических отношений в группе Onuphidae
- Реконструкция филогенетических отношений в группе крабов Portunoidea
- Необходимость ревизии Portunoidea
Введение к работе
Актуальность работы
Для современной биологии переосмысление системы органического мира в свете филогенетической систематики является задачей, важность которой сложно переоценить. Проблема делимитации таксономических единиц и аргументированного выбора между существующими гипотезами филогенеза групп организмов не теряет своей значимости в течение многих десятилетий. Методология решения возникающих при этом противоречий крайне важна как при проведении таксономических ревизий, так и в ходе опирающихся на них исследований разного профиля.
Внедрение новейших методов исследования последовательностей
нуклеиновых кислот (как фрагментов отдельных генов, так и полных геномов) в
совокупности с передовыми достижениями микроскопии, применёнными к
исследованию морфологии, приводит к стремительному накоплению данных и
гипотез, их объясняющих, которые требуют корректного сравнительного
анализа. В большинстве случаев филогенетические реконструкции,
основывающиеся на данных о последовательностях ДНК, позволяют разрешить многие существующие таксономические вопросы, давая возможность выбрать из существующих гипотез более вероятную, что, в свою очередь, завершает дискуссии, длящиеся, в отдельных случаях, многие годы (Aleshin et al., 2009). Тем не менее, постоянно появляются новые случаи, показывающие, что реконструкции, опирающиеся на данные по структуре и изменчивости последовательностей различной локализации, могут быть не конгруэнтны. Это, в свою очередь, может быть обусловлено неравномерностью перестроек в различных филогенетических линиях и клеточных компартментах (ядро, митохондрии, пластиды) (Farr et al., 2015).
Часто скорости накопления изменений в маркерах разного уровня различаются в соответствии с их структурной сложностью и адаптивностью.
Закономерности закрепления мутаций, в свою очередь, определяются различными типами наследования. Однако в части случаев несоответствия могут быть вызваны и методологическими ошибками исследования.
Таким образом, во многих случаях важна оценка возможной степени внутренней противоречивости полученных реконструкций филогении, а также её возможных несоответствий существующей таксономии. Использование признаков, проявления которых изменяются с разной скоростью, значительно усложняет реконструкцию филогенетических отношений и таксономическую интерпретацию результатов. Одна из интересных задач эволюционной биологии - выявление и анализ такого рода противоречий.
Для современной биологии необходима разработка протоколов работы с
молекулярно-генетическими данными, которые позволяют получать
непротиворечивые результаты, легко сравнимые между собой и удобные для сведения воедино из различных независимых исследований. Без этого применение современных и вновь возникающих методов приведёт к накоплению трудно сопоставимых данных, корректный комбинированный анализ которых будет чрезмерно труден или вовсе невозможен.
Цели и задачи
Целью настоящего исследования является уточнение филогенетических связей при таксономической ревизии ряда групп филогенетически далёких животных, на основе анализа изменчивости генетических маркеров (фрагментов нуклеотидных последовательностей митохондриальной и ядерной ДНК) в соотнесении с особенностями их морфологии. Для этого поставлены следующие задачи:
1. Получить набор молекулярно-генетических данных, необходимых для анализа скрытого разнообразия и филогенетических отношений в таксонах Onuphidae Kinberg, 1865 (Eunicida, Annelida), Nannopus Brady, 1880 (Harpacticoida, Arthropoda) и Portunoidea Rafinesque, 1815 (Decapoda, Arthropoda).
-
Провести оценку соответствия уровней таксономических рангов для подтаксонов Onuphidae и Portunoidea на основе полученных молекулярно-генетических данных.
-
Провести анализ и обосновать необходимость ревизии таксономии Onuphidae, Nannopus и Portunoidea в соответствии с реконструированной филогенией.
-
Обосновать целесообразность переоценки веса признаков, традиционно используемых для систематики в таксономических группах Onuphidae, Nannopus и Portunoidea.
Научная новизна
Проведён анализ соответствия существующей таксономии и системы для
четырёх групп неблизкородственных беспозвоночных животных (Onuphidae,
Nannopus и Portunoidea) реконструкциям их филогении, основанным на
молекулярно-генетических данных. Выявлено скрытое генетическое
разнообразие, способное служить основанием для выделения ряда новых таксонов или ревизии уже существующих. Найдены консенсусные решения для соотнесения генетических и морфологических данных для четырёх вышеперечисленных групп.
Теоретическая и практическая значимость работы
Показана необходимость разработки методических подходов к анализу молекулярно-генетических данных, которые позволяют сравнивать данные разного типа и получать консенсусные решения. Для трёх немодельных групп животных обоснованы изменения таксономии по сравнению с ранее существовавшей. Это имеет как фундаментальное значение (расширение представлений об эволюции и разнообразии органического мира), так и практическое применение: возможность оценки экологического статуса видов, мониторинга окружающей среды.
Апробация работы
Результаты отдельных исследований, вошедших в состав работы, были представлены и обсуждены на конференции молодых учёных ИБР РАН (Москва, 2012) и International Biogeography Society 6th Biennial Meeting (Miami, USA 2013).
Результаты работы в полном объёме были доложены на заседании объединённого семинара генетических лабораторий ИБР РАН 29 ноября 2017 года.
Личное участие автора
Непосредственно автором получены последовательности ДНК и осуществлена биоинформатическая часть работы: обработка данных, выравнивание последовательностей, реконструкция филогений и оценка достоверности полученных реконструкций. Автор лично участвовал в планировании и проведении экспериментов, а также подготовке и написании публикаций на основе результатов описываемых исследований.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 3 статьи в международных рецензируемых журналах.
Структура и объем диссертации
Влияние восприятия скоростей эволюции последовательностей ДНК на делимитацию таксонов
Различия в скоростях накопления мутаций последовательностей ядерной и митохондриальной локализации – факт, установленный на самых ранних этапах изучения скоростей эволюции последовательностей ДНК. Это следовало предполагать ещё до внедрения генетических методов в изучение эволюции и филогенеза (Расницын, 1987). Также достаточно быстро стало очевидно различие этого соотношения в различных группах организмов. (Martin and Palumbi, 1993).
В настоящее время различие в скоростях эволюции нуклеотидных последовательностей различных локусов ядерной или митохондриальной локализации является многократно подтверждённым и не вызывает сомнения, также как и различие скоростей накопления мутаций в целом в ядерном и митохондриальном геноме. Повышенной частоте мутаций в митохондриальном геноме способствует одновременно несколько факторов. Во-первых, митохондриальная ДНК является кольцевой структурой, не фрагментирована на отдельные хромосомы и, соответственно, не окружена защитными белковыми структурами, подвержена большему окислительному стрессу (Maruyama et al., 1980). Во-вторых, при допущении, что митохондриальная (и хлоропластная) ДНК наследуется только по материнской линии (как происходит в подавляющем числе случаев, за редкими исключениями), согласно теоретической модели (Shigenaga et al., 1994), митохондриальные селективно нейтральные замены должны накапливаться быстрее аналогичных ядерных. Это, в свою очередь, подтверждается на некоторых экспериментальных данных для синонимических замен в белок-кодирующих генах (Miyata et al., 1982).
Помимо этого важно учитывать, что кроме того, геномы симбиотических органелл (и митохондрий и пластид) наследуются не так, как ядерные, для них характерно снижение контроля репликации и прочие особенности, сходные с таковыми у бактерий (Birky, 1983).
Митохондриальный геном не является нейтральным и, более того, геномы не всех митохондрий одного многоклеточного организма одинаковы (Excoffier, 1990; Roze et al., 2005; Rand, 2001).
Однако, математически предсказано (Birky et al., 1989), что в подразделённых популяциях при некоторых соотношениях полов и скоростях миграции генетическое разнообразие ядерных локусов должно быть относительно больше митохондриальных, что противоречит большинству наблюдаемых экспериментально случаев. При этом существуют данные о том, что закономерности, работающие для соотнесения генетического разнообразия ядерных локусов и размеров популяций и продолжительности поколений, не соблюдаются для митохондриальных локусов (Bazin et al., 2006).
Дополнительная неопределённость вносится возможной рекомбинацией между гетероплазмичными линиями митохондрий, что может создавать ситуацию, при которой наследование митохондриальной ДНК происходит не в соответствии с применяемой при исследованиях модели (Tsaousis et al., 2005; White et al., 2008).
Также существуют множественные свидетельства патрилинейной передачи цитоплазматических органелл. Отдельные случаи патрилинейной передачи симбиотических органелл были показаны, как для хлоропластов (Mason and Jansen, 1994; McCauley et al., 2007), так и для митохондрий (Wagner, 1991).
При этом, на примере растений, показано соответствующие закономерности значительно отличаются (Wolfe et al., 1987). По новейшим данным, у представителей растений изменение скорости эволюции митохондриального генома также влияет на скорость накопления замен в ядерных генах, кодирующих сопряжённые метаболические пути (Zhang et al., 2015; Havird et al., 2017)
Отдельную проблему составляет отличие соотношений скоростей накопления замен в последовательностях митохондриальной и ядерной локализации у разных групп организмов. Экспериментально было показано, что существуют такие отличия для некоторых групп цветковых растений (Cho et al., 2004). Аналогичная ситуация наблюдается с соотношениями скоростей эволюции в различных группах беспозвоночных животных, что показано при сравнительном исследовании 330 видов из 10 таксонов (Lepidoptera, Arachnida, Cephalopoda, Gastropoda, Echinodermata, Platyhelminthes, Hymenoptera, Bivalvia, Annelida и Monogenea). Более того, опровергаются исходные теоретические предпосылки того, что это соотношение должно быть связано с размерами тела организма (Thomas et al., 2006). Сходная ситуация показана и для позвоночных, например, в случае соотношений скоростей эволюции митохондриальной и ядерной ДНК у акул и млекопитающих (Martin et al., 1992). Однако данные о соотношениях этих скоростей у животных по большей части анализировались для человека, модельных объектов и близких к ним таксонов. (Rand and Kann, 1996; Zhang and Broughton, 2013; Sloan et al., 2014; Sloan et al., 2015).
Кроме того, данные последних исследований показывают также существование отличий в соотношениях скоростей накопления синонимических и не синонимических замен в ядерных и митохондриальных белок-кодирующих генах на примере генов белков окислительного фосфорилирования для всех эукариот. (Havird and Sloan, 2016).
Всё это вносит разного рода искажения в получаемые реконструкции и оказывает соответствующее влияние на интерпретацию филогении при обсуждении необходимых таксономических изменений, если возможное влияние подобных эффектов игнорируется. 1.4 Построение филогении и делимитация таксонов с использованием данных мультигенного анализа
Теоретически и экспериментально показано, что увеличение выборки, то есть представленности таксонов, улучшает разрешенность топологии филогенетической реконструкции больше, чем увеличение количества данных от каждого образца (Graybeal and Cannatella, 1998). Если используемые для выяснения филогенетических отношений данные (вне зависимости от их природы) достаточно информативны сами по себе и действительно базируются на апоморфном или плезиоморфном состоянии признака, не включают упущенные исследователем и ложно трактуемые случаи конвергентного сходства, всегда следует в первую очередь увеличивать число последовательностей, вовлеченных в анализ. Тем не менее, не для всех исследований это возможно.
Всегда следует с осторожностью относиться к результатам, получаемым на основе единственного локуса. Часто из-за недостаточности данных или плохого соотношения сигнал-шум реконструкция по малому числу признаков оказывается неверной, а картина, получаемая на основании разных таких локусов, разительно отличается. (Igea et al., 2010).
По сравнению с построением филогении на основе данных о последовательностях одного гена, использование комплексных наборов данных позволяет получать более разрешённые реконструкции. (Gontcharov et al., 2003; Theriot, 2010).
Тем не менее, и у такого подхода есть свои ограничения. Выбор используемых локусов в значительной степени оказывается ограниченным уже имеющимися в открытых базах данных маркерами. Это необходимо для возможности корректного сравнения с результатами, полученными другими исследователями. Чем большее число генов используется, тем больше вероятность отсутствия достаточно обширной репрезентативной выборки, представляющей требуемое количество таксонов. Это создаёт необходимость получать большое количество данных заново (недопустимо использовать вместе последовательности, полученные не от одного образца). Кроме того, возникает техническая сложность при использовании составных данных, состоящих из конкатенированных последовательностей с различными моделями эволюции в разных локусах этого подразделённого набора (Yang, 1996). Во многих имплементациях алгоритмов построения филогенетических реконструкций нет возможности использовать независимые модели эволюции для разных частей выравнивания, а использование тех, программ и пакетов программ, где это возможно часто требует от исследователя определённых познаний в области биоинформатики.
Реконструкция филогенетических отношений в группе Onuphidae
Отдельные реконструкции с каждым из наборов данных привели к относительно плохому разрешению, особенно когда были включены очень полиморфные последовательности 18S в аутгруппах Oenonidae и Dorvilleidae. Для решения этой проблемы было составлено конкатенированное выравнивание двух использованных маркеров для оригинальных и доступных из открытых источников данных объёмом в 2480 пар нуклеотидов. После корректировки алгоритмом Gblocks сокращённое выравнивание составило 2189 пар нуклеотидов.
Реконструкции филогении методами Максимального Правдоподобия и байесовской оценки обратных вероятностей для комбинированных данных дают высоко конгруэнтные топологии, частично подтверждающие предложенные ранее на основе морфологии ревизии. Подтверждена монофилия клады Onuphidae и подклад Hyalinoeciinae и Onuphinae. Также полностью подтверждается предложенное ранее распределение родов по подсемействам (Рис. 1). Для 10 из 14 родов показана высокая поддержка монофилии присутствующих в исследовании представителей рода. Никакие новые клады, соответствующие традиционным таксонам ранга рода, не появляются в пара-или полифилетических групп на байесовских или построенных методом максимального правдоподобия филогенетических реконструкциях.
Hyalinoeciinae (Рис. 2, клада отмеченная синим) объединяет три рода Hyalinoecia, Leptoecia и Nothria. Onuphinae включает в себя высокопоставленную кладу, состоящую из четырёх родов: Aponuphis, Onuphis, Diopatra, Paradiopatra (Рис. 2, клады отмеченные зелёным, жёлтым, красным, и бирюзовым) и кладу, включающую рода Hirtutonuphis, Paxtonia, Kinbergonuphis, и Mooreonuphis (Рис. 2, клада, отмеченная голубым). Aponuphis оказывается кладой сестринская Onuphis, однако узел их объединяющий поддержан недостаточно высоко. Роды Americonuphis, Australonufhis и Rhamphobrachium располагаются внутри Onuphinae (Рис. 2, клады фиолетовым, сиреневым, и малиновым), образуют хорошо поддержанные клады.
Данные исследования подтверждают филогенетическую значимость традиционно используемых для таксономии группы морфологических признаков и опровергают предположение о конвергентном сходстве строения вследствие сходной среды обитания.
Таким образом, показано, что Onuphidae, скорее всего, являются монофилетическим таксоном и представляют собой сестринскую группу монофилетических Eunicidae (Рис. 2, клада отмеченная темно серым), с которыми, в свою очередь образуют высокоподдержаную кладу. Короткие длины ветвей как у Onuphidae, так и у Eunicidae полученные в наших реконструкциях совпадают с аналогичным результатом полученным другими авторами ранее (Zanol et al., 2010). Несмотря на то что филогенетические отношения между другими семействами выходят за рамки настоящего исследования, наши результаты подтверждают реконструкцию, построенную на основе анализа нескольких генов (Struck et al., 2006). Наша филогенетическая реконструкция, основанная на молекулярных данных, убедительно поддерживает систематическую реорганизацию Onuphidae, предложенную (Paxton, 1986Б) на основе морфологических признаков. Два обозначенных подсемейства, Hyalinoeciinae и Onuphinae, соответствуют монофилетическим кладам реконструкции. Принадлежность всех родов онуфид к двум подсемействам, предложенным (Paxton, 1986Б), полностью поддерживается. Ограниченный выбор видов ряда тестируемых родов не позволяет сделать выводы об их монофилии. Тем не менее, десять из четырнадцати проанализированных родов образуют компактные группы с поддержкой высоких узлов, что является убедительным доказательством их монофилетического статуса.
Реконструкция филогенетических отношений в группе крабов Portunoidea
Для всех доступных данных о последовательностях генов H3 были проведены реконструкции методом байесовской оценки обратной вероятности и методом максимального правдоподобия. Обе полученные дендрограммы, несмотря на крайне схожую топологию, имеют относительно невысокие уровни поддержки значительного количества узлов и не позволяют с полной уверенностью говорить о монофилии групп крабов-плавунцов, ранее формировавшихся по морфологическим признакам.
Так, для реконструкции методом максимального правдоподобия узел, соответствующий Portunoidea (Рис 6), в широком смысле имеет бутстрап-поддержку всего в 22%, а по данным реконструкции методом байесовской оценки обратной вероятности узел соответствующий выделению клады, содержащей представителей Portunidae вовсе отсутствует. При этом использованные как части составной аутгруппы (в которую так же входят Carcinoplax suruguensis (Goneplacidae), Trichodactylus dentatus (Trychodactylidae), Epilobocera siniatifrons (Pseudothelphusidae), Trapezia tigrina (Trapeziidae), и Daldorfia horrida (Parthenopidae)) виды из рода Carpilius (Carpiliidae), Cancer pagurus и два вида Atelecyclus (Cancroidea), Demania scaberrima, Etisus utilis и Liagore rubromaculata (Xanthidae), и Telmessus cheiragonus плюс Corystes cassivelaunus (Cheiragonoidea) формируют соответствующие высоко (95-99% бутстрап-поддержки и 0.99-1 в обратных вероятностях) поддержанные клады.
Внутри прочих Portunoidea (Рис 7 клада отмеченная бардовым) отдельные образцы образуют поддержанные клады, хотя в целом топология не разрешена. Benthochascon hemingi и Chaceon granulatus образуют слабо поддержанную по результатам реконструкции методом байесовской оценки обратной вероятности кладу. Два вида Ovalipes, принадлежащие к мелководной (O. trimaculatus) и глубоководной группе (O. iridescens) соответственно, по-видимому, тесно связаны филогенетически и группируются с высокой поддержкой обоими методами, но не обнаруживают, как ожидалось, тесных филогенетических отношений с кладой Chaceon / Benthochascon. Другая клада, которая имеет сильную поддержку по результатам реконструкции методом байесовской оценки обратной вероятности, позволяющую говорить о монофилии, включает в себя виды, традиционно относившиеся к семействам Carcinidae, Polybiidae, Pirimelidae и Thiidae. Часть дендрограммы, представляющая эту группу, имеет топологию, практически идентичную исходно опубликованным результатам анализа внешнего материала (Schubart и Reuschel, 2009) и состоит из клады, включающей виды Carcinidae (Carcinus maenas, Portumnus latipes) и Pirimela denticulata (Pirimelidae), клады, состоящей из Thia scutellata вместе с Bathynectes maravigna и двумя видами Liocarcinus, а также Macropipus tuberculatus. Тем не менее, на основе обеих реконструкций, отношения между этими группами остаются недостаточно разрешёнными.
Хорошо поддержанная только по данным реконструкции методом байесовской оценки обратной вероятности клада (Рис. 7 клада отмеченная голубым) соответствует Portunidae sensu stricto (Schubart и Reuschel 2009). При этом, в пределах других Portunoidea нет достаточно хорошо разрешённых клад, поэтому невозможно говорить о межгрупповых отношениях на основании данной реконструкции.
Podophthalmus vigil (Podophthalminae) образует сестринскую группу ко всем другим Portunidae. Для остальных образцов Portunidae образуется несколько относительно хорошо поддержанных клад, так или иначе группируются вместе. Первая клада, хорошо поддержанная по обоим методам реконструкции филогении включает два вида из рода Lupocyclus и виды, ранее называвшиеся Portunus (Lupocycloporus) gracilimanus. Вторая клада этой группы состоит в основном из видов, относимых к Thalamitinae. Lissocarcinus orbicularis (Caphyrinae Paulson, 1875) также вложен в эту группу, но его положение внутри группы недостаточно поддержано. Вместе эти две клады объединяются узлом, однако он недостаточно поддержан.
Еще одна клада состоит из видов, принадлежащих к роду Achelous De Haan, 1833 (или подрода Achelous рода Portunus в устаревшей классификации), но поддерживается, хотя и высоко, только методом байесовской оценки обратной вероятности.
Комплексные реконструкции, проведённые обоими методами по всем трем генам (H3, COI и 28S) также дали конгруэнтные результаты. В эти реконструкции были включены только представители тех видов, для которых удалось получить достаточную информацию, и как следствие, результаты могут использоваться только для обсуждения отношений внутри Portunoidea. При этом дендрограмма внутри Portunoidea хорошо разрешается и почти все узлы дерева имеют высокую поддержку хотя бы по одному из методов реконструкции (Рис 8).
Portunidae sensu stricto в этой реконструкции - разрешённая монофилетическая клада с высокой по данным реконструкции методом байесовской оценки обратной вероятности, но значение поддержки бутстрапа для этой клады, полученное методом максимального правдоподобия, составляет всего 81% (Рис 8 клада, отмеченная голубым). Внутри Portunidae, в строгом смысле, есть три клады с поддержкой, достаточно высокой, чтобы говорить о их монофилии. При этом, Podophthalmus nacreus, которого удалось включить в данную реконструкцию не оказывается ни в одной из них. В целом результаты этой реконструкции не противоречат предыдущей и позволяют с большей уверенностью говорить об отношениях внутри Portunidae.
Первая крупная клада содержит представителей по три вида из родов Thalamita и Charibdis и вид Xiphonectes tenuipes. Вторая клада содержит три вида из рода Monomia, Cycloachelous orbitosinus и вид Xiphonectes hastatoides. Третья клада состоит из двух видов рода Lupocyclus и Lupocycloporus gracilimanus. При этом представители родов Thalamita, Charibdis и Lupocyclus дают на реконструкции поли или парафилитические группы, и только монофилия Monomia не опровергается (но и не подтверждается) на полученном филогенетическом древе.
Таким образом, группа Portunoidea включает морфологически разнообразные таксоны, которые связаны филогенетически, но отношения между их основными линиями еще не полностью решены.
В отличие от предыдущих исследований, результаты настоящей работы включают данные по изменчивости гена H3 и более широкий диапазон таксонов Heterotremata. Тем не менее, существовавшие ранее соображения о близости отдельных таксонов внутри группы Portunoidea, или всей группы в целом к тем или иным таксонам, составляющим Heterotremata, не находят подтверждения в результатах полученной реконструкции. Кроме того, в отличие от ранее полученных результатов (Schubart and Reuschel 2009), наша реконструкция не оказала необходимой поддержки монофилии Portunoidea sensu lato, что указывает на наличие нескольких основных линий внутри таксона, то есть Portunidae sensu stricto, Polybiidae + Thiidae + Carcinidae + Pirimelidae, Benthochascon + Geryonidae и Ovalipes. В то же время, этих данных этих реконструкций недостаточно, чтобы полностью и окончательно отвергать гипотезу монофилии Portunoidea.
Необходимость ревизии Portunoidea
Портуноидные крабы это группа с высоким внутренним разнообразием, включающая активных генерализованных хищников и собирателей, обитающих во множестве биотопов и батиметрических диапазонов.
Недавно было продемонстрировано преимущество молекулярных филогенетических исследований с использованием нескольких генов и охвата широкого спектра видов из более высоких таксонов для Trapeziidae (Lai et al., 2009) и Xanthidae (Lai et al., 2009). Теперь уже и мы можем предварительно заключить, что Portunoidea демонстрируют параллельные эволюционные тенденции адаптации к активному плаванию в разных линиях (где, однако, присутствуют как плавающие, так и не плавающие формы или, реже, только неплавающие формы, то есть Geryonidae). В то время как Pirimelidae (как Pirimelinae) были помещены в Portunidae, а Geryonidae считались наиболее родственными с Portunidae более 30 лет назад (Manning и Holthuis, 1989), такие группы, как Thiidae, никогда не считались Portunidae на основе их морфологии в прошлом. Эти линии, соответствующие Geryonidae, Ovalipidae, Carcinidae + Pirimelidae + Polybiidae + Thiidae и Portunidae, сами по себе, по-видимому, являются монофилетическими, но вместе они не образуют доказаную монофилетическую группу. При этом Portunidae отделяется в обособленную кладу близко основанию дерева, что даёт серьёзные аргументы в пользу необходимости повышения его таксономического ранга.
В то же время, несколько крупных родов в Portunidae, то есть Charybdis и Thalamita, по всей видимости, являются полифилетическими, а Lupocyclus парафилитичен и включает в себя Lupocycloporus gracilimanus ранее называвшиеся Portunus (Lupocycloporus) gracilimanus. Поскольку этот вид филогенетически удален от Portusus pelagicus, а его младший синоним Lupocycloporus whitei A. Milne-Edwards, 1861 является типом для видов Lupocycloporus Alcock, 1899 (Ng et al., 2008), следует пересмотреть таксономию соответствующим образом. При этом сам род Portunus sensu lato больше не должен использоваться из-за его доказанного полифилетического состава. Подроды бывших Portunus sensu lato (Achelous, Cycloachelous + Monomia, Lupocycloporus, Portunus, Xiphonectes) вложены в разные клады Portunidae, а некоторые из них (например, Xiphonectes) по-видимому, являются полифилетическими. По-видимому, Portuninae ограничивается Portunus sensu stricto (с типом рода Cancer pelagicus Linnaeus, 1758), Arenaeus и Callinectes.
При обсуждении филогении крабов следует учитывать, что расхождение основных групп Heterotremata (предположительно, в середине мелового периода) может быть геологически коротким событием по сравнению с их последующей эволюцией и увеличением разнообразия видов и родов до миоцена (Brsing, 2008). Некоторые исследования предполагают ещё более раннее расхождение групп крабов (Porter et al., 2005). В этом случае начальные изменения последовательностей ядерных генов, связанные с основными диверсификационными событиями, могут быть относительно небольшими по сравнению с дальнейшей диверсифекацией. Вероятно, ещё лучшее разрешение филогенетический реконструкций может быть достигнуто в ходе дальнейших исследований с использованием нескольких ядерных генов и сбалансированной выборки представителей конкретных таксонов.