Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Вопросы таксономического статуса некоторых дальневосточных видов рода Myoxocephalus 8
1.2. Современная систематика и распространение видов родов Myoxocephalus и Megalocottus
1.2.1. Род Myoxocephalus (Steller) Tilesius - керчаки 15
1.2.2. Род Megalocottus Gill - широколобки 22
1.3. Некоторые черты биологии видов родов Myoxocephalus и Megalocottus из Японского и Охотского морей 23
1.4. Родственные отношения и происхождение дальневосточных видов рода Myoxocephalus 26
1.5. Генетические исследования видов рода Myoxocephalus 31
Глава 2. Материал и методы исследования
2.1. Объекгы исследования 37
2.2. Современные методы кариологического анализа 39
2.3. Приготовление препаратов 40
2.4. Окрашивание хромосом 41
2.5. Анализ препаратов и кариограмм 41
Глава 3. Результаты исследования
3.1. Кариотип дальневосточного керчака Myoxocephalus stelleri из залива Петра Великого Японского моря 43
3.2. Кариотип дальневосточного керчака Myoxocephalus stelleri из залива Одян Охотского моря 49
3.3. Кариотип снежного керчака Myoxocephalus hrandtii 54
3.4. Кариотип керчака — яок Myoxocephalus jaok 59
3.5. Кариотип охотского керчака Myoxocephalus ochotensis 65
3.6. Кариотип многоиглого керчака Myoxocephaluspolyacanthocephalus 70
3.7. Кариотип дальневосточной широколобки Megalocottus platycephalus 72
Глава 4. Сравнительный анализ кариотипов видов Myoxocephalus и Megalocottus Японского и Охотского морей 76
4.1. Myoxocephalus stelleri и М. brandtii из Японского моря 77
4.2. Myoxocephalus stelleri, М. ochotensis и М. polyacanthocephalus из Охотского моря 81
4.3. Myoxocephalus jaok и другие виды Myoxocephalus 84
4.4. Myoxocephalus scorpius и дальневосточные виды Myoxocephalus 86
4.5. Myoxocephalus stelleri из Японского и Охотского морей 89
4.6. Megalocottus platycephalus и виды Myoxocephalus 90
4.7. Маркерные признаки в кариотипах керчаков 94
4.8. Предполагаемое направление эволюции кариотипов керчаков Японского и Охотского морей 100
Выводы 108
Список литературы 110
- Род Myoxocephalus (Steller) Tilesius - керчаки
- Кариотип дальневосточного керчака Myoxocephalus stelleri из залива Петра Великого Японского моря
- Myoxocephalus stelleri и М. brandtii из Японского моря
- Предполагаемое направление эволюции кариотипов керчаков Японского и Охотского морей
Введение к работе
-3-
Актуальность темы. Семейство керчаковых (Cottidae) - многочисленная и сложная по составу группа рыб. Центральное положение в семействе принадлежит большой группе бычков-керчаков подсем. Myoxocephalinae, к которому относятся рода Myoxocephalus и Megalocottus. Первый род объединяет двенадцать широко распространенных в северных морях видов, три из них обитают в северной Атлантике, а девять в морях Дальнего Востока России: пять видов рода известны из Японского моря и девять видов (два эндемичных) из Охотского моря (Федоров и др., 2003; Соколовский и др., 2007). Второй род представлен одним видом -дальневосточная широколобка Megalocottus platycephalus. В нем выделяют два подвида: северная дальневосточная широколобка М. platycephalus platycephalus и южная дальневосточная широколобка М. platycephalus taeniopterus, которые широко распространены в прибрежных водах окраинных морей северо-западной части Тихого океана (Федоров и др., 2003; Соколовский и др., 2007). Центром видообразования данных групп рыб, согласно гипотезе Шмидта (1950), является северная часть Охотского моря.
Морфологические особенности видов рода Myoxocephalus достаточно хорошо изучены. Однако значительная вариабельность их морфологических признаков часто затрудняет определение видовой принадлежности особей. Следствием этого является отсутствие единого мнения о количестве и систематическом положении ряда видов рода Myoxocephalus в дальневосточных морях России.
Кариологически виды рода изучены крайне слабо. Имеются данные о кариотипе одного из атлантических видов европейского керчака М. scorpius (Васильев, 1985) и наши данные о кариотипах дальневосточного керчака М. stelleri, снежного керчака М. brandtii и керчака яок М. jaok из Японского моря (Миллер-Рязанова, 2000; Рязанова, 2005, 2007), охотского керчака М. ochotensis и дальневосточного керчака М. stelleri из Охотского моря (Рязанова и др., 2008; Рязанова, Фролов, 2009). Эти результаты показали, что данные о кариотипах позволяют не только надежно дифференцировать исследованные виды, но и делать
-4-заключения о степени дивергенции и направлениях эволюции кариотипов исследованных видов.
Цель и задачи исследования работы. Целью работы являлось: на основании сравнительного анализа кариотипов видов родов Myoxocephalus и Megalocottus из Японского и Охотского морей разработать предполагаемую схему эволюции их кариотипов в данном регионе. Для осуществления данной цели были поставлены следующие задачи:
1. Исследовать с помощью рутинного окрашивания кариотипы представителей
родов Myoxocephalus и Megalocottus из Японского и Охотского морей и выявить в
них маркерные хромосомы
2. Выявить маркерные хромосомы в кариотипах представителей родов
Myoxocephalus и Megalocottus из Японского и Охотского морей с помощью Ag -
NOR окрашивания
3. Провести сравнительный анализ кариотипов видов родов Myoxocephalus и
Megalocottus для уточнения их родственных отношений
4. Разработать схему эволюции кариотипов исследованных видов.
Научная новизна работы. Ранее кариологические исследования дальневосточных видов родов Myoxocephalus и Megalocottus, за исключением наших работ (Миллер-Рязанова, 2000; Рязанова, 2005, 2007; Рязанова и др., 2008; Рязанова, Фролов, 2009), не проводились. Нами впервые исследованы кариотипы дальневосточного керчака Myoxocephalus stelleri, керчака яок М. jaok, снежного керчака М. brandtii, многоиглого керчака М. polyacanthocephalus, охотского керчака М. ochotensis и дальневосточной широколобки Megalocottus platycephalus из Японского и Охотского морей.
Впервые с помощью Ag - NOR окрашивания хромосом исследованы кариотипы Myoxocephalus stelleri, М. brandtii, М. jaok, М. ochotensis, Megalocottus platycephalus из Японского и Охотского морей.
Полученные результаты показали, что кариотипы исследовнных видов родов Myoxocephalus и Megalocottus имеют ряд общих маркерных признаков, указывающих на их близкое родство.
Анализ кариотипов показал разную степень дивергенции кариотипов М. stelleri из Японского и Охотского морей, что указывает на необходимость уточнения их видового статуса.
Разная степень дивергенции кариотипов исследованных видов позволяет сделать заключение о разной степени продвинутости или примитивности исследованных видов керчаков. На основании этого предложена схема эволюции их кариотипов.
Теоретическое и практическое значение работы. Кариотип является хорошим дифференцирующим признаком, позволяющим часто надежно различать близкородственные виды, и может использоваться как эффективный дополнительный маркер при решении таксономических задач в ихтиологии. На основании характеристик кариотипов исследованных видов родов Myoxocephalus и Megalocottus Японского и Охотского морей составлена таблица для их определения. Представляется, что полученные нами с помощью методов сравнительной кариологии результаты уточнят существующую схему вероятных филогенетических отношений родов и видов трибы Myoxocephalini. Комплексный анализ кариологических и морфологических данных позволит составить современное представление о последовательности дивергенции, направлениях и темпах эволюции видов родов Myoxocephalus и Megalocottus, уточнить их родственные отношения.
Результаты работы могут быть использованы в курсе лекций по теории эволюции для студентов ВУЗов биологических специальностей.
Вклад автора. Личное участие заключается в планировании сбора материалов в трех экспедициях 2006, 2007, 2008 г.г. в зал. Одян Охотского моря. Осуществляла самостоятельно сбор материала, приготовление препаратов, микроскопические исследования, интерпретацию полученных данных и формулирование научных выводов. Все заимствованные данные, использованные в работе, имеют ссылки на их источники.
Апробация работы. Материалы работы были представлены на конференции молодых ученых «Биомониторинг и рациональное использование морских и пресноводных гидробионтов» (Владивосток, 1999), на международном симпозиуме «Современные достижения в популяционной, эволюционной и экологической
генетике» (Владивосток, 2007), на VIII съезде Украинского общества генетиков и селекционеров им. Н.И. Вавилова (Симферополь, 2007), на ежегодных конференциях ИБМ ДВО РАН (1999, 2000, 2001, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы (205 источников, из которых 116 на иностранном языке), проиллюстрирована 1 картой-схемой, 1 схемой, 15 таблицами, 10 рисунками. Общий объем работы 128 страниц.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.б.н. СВ. Фролову за критические замечания, помощь и постоянную поддержку в работе, чл.-кор. РАН И.А. Черешневу (ИБПС ДВО РАН, г. Магадан) за консультации и критические замечания в ходе работы над рукописью. Большое спасибо за консультации сотрудникам лаборатории ихтиологии ИБМ ДВО РАН к.б.н А.А. Баланову, к.б.н. В.Е. Харину. Я также признательна сотрудникам лаборатории искусственного воспроизводства лососевых и аквакультуры во главе с Б.П. Сафроненковым (МагаданНИРО, г. Магадан) за помощь в сборе материала, к.б.н. М.Ю. Засыпкину (ИБПС ДВО РАН, г. Магадан) за техническую поддержку работы в полевой сезон.
Род Myoxocephalus (Steller) Tilesius - керчаки
Семейство керчаковых рыб (Cottidae) - одна из самых многочисленных по числу входящих в него видов группа рыб, составляющая в российских северных и дальневосточных морях существеннейший элемент фауны (Шмидт, 1950; Андрияшев, 1954; Талиев, 1955; Балыкин, 2003; Калчугин и др. 2006). Центральное положение в этом семействе принадлежит большой группе бычков-керчаков подсемейства Myoxocephalinae, к которому относятся рода Myoxocephalus и Megalocottus. Морфологические особенности видов рода Myoxocephalus и Megalocottus хорошо изучены (Linnaeus, 1758; Fabricius, 1780; Tilesius, 1811; Pallas, 1814; Mitchill, 1815; Cuvier, Valenciennes, 1829; Steindachner,1867; Bean, 1881; Jordan, Gilbert, 1883, 1899; Jordan, Evermann 1898; Jordan, Starks, 1904; Павленко, 1910; Soldatov, Pavlenko, 1919; CTMalley, 1924; Schmidt, 1929; Солдатов, Линдберг, 1930; Таранец, 1937; Берг, 1949; Шмидт, 1950; Андрияшев, 1954; Masubara, 1955; Watanabe, 1960; Clemens, Wilby, 1961; Leim, Scott, 1966; Неелов, 1967, 1971, 1973, 1979; Cowan, 1971, 1972; Hart, 1973; Escmneyer, 1983; Masuda et al., 1984; Whitehead et al., 1986; Scott, Scott 1988; Okamura et al., 1995; Линдберг, Красюкова, 1987; Nakabo, 2002; Mecklenburg et al., 2002, 2007; Гудков, 2006), что позволило разработать их систематику.
Род Myoxocephalus объединяет двенадцать видов, встречающихся в бореальных, субарктических и арктических частях континентального шельфа северной части Атлантического и Тихого океанов, по всему арктическому бассейну и на юг северной Атлантики и северной Пацифики вдоль обоих побережий Европы и Азии (рис. 1). На основании подробного анализа морфологических особенностей и сейсмосенсорной системы Неелов (1979) разделил род Myoxocephalus на два подрода: Myoxocephalus s. str. и Littocottus subgen. nov., указав, что, не смотря на имеющиеся морфологические различия, основные характерные черты показывают несомненную близость Littocottus и Myoxocephalus s. str.. Поэтому выделение подрода Littocottus в отдельный род не целесообразно (Неелов, 1979).
Три вида рода Myoxocephalus обитают в северной Атлантике.
1. Myoxocephalus scorpius (Linnaeus, 1758) - европейский керчак. На основании различий меристических и пластических признаков в нем выделяют два подвида (Андрияшев, 1954; Cowan, 1971; Неелов, 1979; Whitehead et al., 1986).
Распространен в северо-восточной части Атлантики, Исландии, Ян-Майен, берега Европы на юг до Бискайского залива, Баренцево море до Шпицбергена на севере и на восток до западных частей Карского моря (восточное побережье Новой Земли), Белое и Балтийское моря, в последнем на восток до Ботанического, Рижского и Финского заливов (Linnaeus, 1758; Leim, Scott, 1966; Неелов, 1973, 1979; Whitehead et al., 1986; Scott, Scott, 1988; Okamura et al., 1995; Peden, Wilson, 1999; Parin et al., 2002; Mecklenburg et al., 2007).
16. M. scorpius groenlandicus (Cuvier in Cuvier et Valenciennes, 1829) -гренландский керчак.
Распространен в северно-западной части Атлантического океана на юг до штата Нью-Джерси (США) и на север до залива Святого Лаврентия, Ньюфаундленда, вокруг южной Гренландии (Jordan, Evermann, 1898; CTMalley, 1924; Андрияшев, 1954; Неелов, 1979; Whitehead et al., 1986; Okamura et al., 1995; Mecklenburg et al, 2002; Parin et al., 2002; Mecklenburg et al., 2007).
2. Myoxocephalus octodecimspinosus (Mitchill, 1815) - длинношипый керчак.
Он распространен вдоль атлантического побережья Северной Америки от штата Виржиния на юге до залива Святого Лаврентия на севере, Ньюфаундленд, обычен на банке Джорджес (Jordan, Evermann, 1898; O Malley, 1924; Leim, Scott, 1966; Неелов, 1979; Scott, Scott, 1988).
3. Myoxocephalus aeneus (Mitchill, 1815) — керчак—эней (керчак— крошка).
Распространен вдоль атлантического побережья Северной Америки от Нью-Джерси на юге, до залива Святого Лаврентия на севере (Jordan, Evermann, 1898; O Malley, 1924; Leim, Scott, 1966; Неелов, 1979; Scott, Scott, 1988).
В морях Дальнего Востока России обитают девять видов керчаков рода Myoxocephalus.
1. Myoxocephalus stelleri (Tilesius, 1811) — керчак Стеллера, дальневосточный керчак.
Широкобореальный приазиатский вид (Шейко и др., 2000). В Тихом океане обитает у берегов Азии — Берингово море (его западная часть, у Командорских и восточных Алеутских о-вов), Охотское море (повсеместно) и Японское море (вдоль материка: на юг до Южной Кореи (Youn, 2002), вдоль островов: на юг до Аомори, о. Хонсю), воды юго-восточной Камчатки, Курильских о-вов, Японии (о. Хоккайдо на юг до Хакодате) (Jordan, Evermann, 1898; Wilimovsky, 1964; Masuda et al., 1984; Линдберг, Красюкова, 1987; Nakabo, 2002; Mecklenburg et al., 2002; Федоров и др., 2003; Черешнев и др., 2005; Соколовский и др., 2007).
2. Myoxocephalus brandtii (Steindachner, 1867) - керчак Брандта, или снежный керчак.
Низкобореальный приазиатский вид (Шейко, Федоров, 2000). В Тихом океане обитает у берегов Азии - Берингово (о. Карагинский), Охотское (о. Ионы), Японское (повсеместно) моря, юго-восточная Камчатка, Курильские острова, Япония на юг до Самэ, о. Хонсю (Неелов, 1979; Masuda et al., 1984; Линдберг, Красюкова, 1987; Nakabo, 2002; Федоров и др., 2003; Соколовский и др., 2007).
3. Myoxocephalus jaok (Cuvier in Cuvier et Valenciennes, 1829) — керчак яок.
Преимущественно бореальный приазиатский вид. Арктика: Чукотское море (южная часть). В Тихом океане: у берегов Азии - Берингово (повсеместно), Охотское (повсеместно), Японское (вдоль материка: на юг до Северной Кореи (Mori, 1956); вдоль островов: на юг до района Санин, о. Хонсю) (Ueno, 1971), в Татарском проливе до Амурского лимана (Шмидт, 1950), юго-восточная Камчатка, Курильские острова; у берегов Северной Америки - залив Аляска, до залива Пьюджет-Саунд (залив Лимстон) (Bean, 1883; Jordan, Starks, 1904; Evermann, Goldsborough, 1907; Walters, 1955; Wilimovsky, 1958; Quast, Hall, 1972; Hall et al., 1977; Eschmeyer, 1983; Masuda et al., 1984; Линдберг, Красюкова, 1987; Allen, Smith, 1988; Шейко, Федоров, 2000; Nakabo, 2002; Mecklenburg et al., 2002; Федоров и др., 2003; Соколовский и др., 2007).
4. Myoxocephalus poiyacanthocephalus [Pallas, 1814] — многоиглый керчак. Широкобореальный приазиатский вид. В Тихом океане обитает у берегов Азии - Берингово (повсеместно), Охотское (повсеместно), Японское (повсеместно) моря, юго-восточная Камчатка, Курильские острова, Япония на юг до Вулканического залива; у берегов Северной Америки - залив Аляска (Evermann et al., 1907); на юго-восток до штата Вашингтон (Jordan, Evermann, 1898; Clemens, Wilby 1961; Wilimovsky, 1964; Quast, Hall, 1972; Hart, 1973; Eschmeyer, 1983, 2001; Токранов, 1984; Masuda et al., 1984; Линдберг, Красюкова, 1987; Allen, Smith, 1988; Шейко, Федоров, 2000; Nakabo, 2002; Mecklenburg et al., 2002; Youn, 2002; Федоров и др., 2003; Соколовский и др., 2007; Mecklenburg et al., 2007).
5. Myoxocephalus (Littocottus) nigerBean, 1881 -черный керчак.
Широкобореальный приазиатский вид. В Тихом океане обитает у берегов Азии - Берингово (северная и западная части, Командорские, Алеутские острова и острова Прибылова), Охотское (повсеместно), Японское (вдоль материка: на юг до залива Петра Великого; вдоль островов: на юг до Сангарского пролива) моря (Ueno, 1971; Watanabe, 1960), юго-восточная Камчатка, Курильские острова, Япония на юг до преф. Фукусима (Watanabe, 1960); у берегов Северной Америки - на восток до островов Санак и Шумагина (Bean, 1881; Elliot, 1882; Jordan, Evermann, 1898; Wilimovsky, 1964; Пинчук, 1976; Неелов, 1979; Masuda et al., 1984; Линдберг, Красюкова, 1987; Шейко, Федоров, 2000; Nakabo, 2002; Mecklenburg et al., 2002; Федоров и др., 2003; Соколовский и др., 2007). В российских водах Японского моря очень редок (Соколовский и др., 2007). Единичная находка в заливе Петра Великого датируется 1949 г. (Неелов, 1979; Линдберг, Красюкова, 1987; Соколовский и др., 2007).
6. Myoxocephalus verrucosus Bean, 1881 — бородавчатый керчак.
Арктическо-бореальный вид. В Арктике обитает у берегов Азии - на запад до моря Лаптевых (близ дельты реки Лена). В Тихом океане: у берегов Азии — Берингово (на юг до Камчатского залива) и Охотское (юго-западная Камчатка, Тауйская губа) моря; вдоль берегов Америки - до Британской Колумбии (Jordan, Evermann, 1898; Scofield, 1899; Evermarm, Goldsborough, 1907; Schmidt, 1929; Солдатов, Линдберг, 1930; Rendahl, 1931; Андрияшев, 1939, 1954; Неелов, 1979; Шейко, Федоров, 2000; Федоров и др., 2003).
Кариотип дальневосточного керчака Myoxocephalus stelleri из залива Петра Великого Японского моря
Исследовано 605 метафазных пластинок, из них 422 метафазные пластинки, окрашенные рутинно и 183 азотнокислым серебром (см. табл. 1).
Кариотип М. stelleri — 2п = 40 (табл. 2), число хромосомных плеч NF = 44+2, кариотип состоит из 2 М, 2 СМ, 2 СМ-СТ и 34 СТ и А хромосом (рис. 2 а,б).
Ряд двуплечих хромосом представлен парой средних М хромосом (рис. 2 б: пара № 1). Пара СМ хромосом (рис. 2 б: пара № 2) выделяется крупными размерами, более крупными, чем М хромосомы.
Третья пара хромосом средних размеров (рис. 2 б) определена нами как СМ-СТ, так как размеры их коротких плеч не позволяют однозначно определить морфологию этих хромосом.
Ряд одноплечих хромосом состоит из двух пар крупных СТ хромосом (рис. 2 б: пары №№ 4, 5) короткие плечи которых, не зависимо от степени спирализации этих хромосом, всегда хорошо выражены. Размеры двух пар СТ хромосом сходны по размерам с М хромосомами. Третья пара СТ хромосом также характеризуется крупными размерами (рис. 2 б: пары № 6), но размеры этой пары меньше размеров М хромосом. В отличие от первых двух пар крупных СТ хромосом короткие плечи СТ хромосом третьей пары не всегда отчетливо проявляются в разных метафазных пластинках. Остальные 7 пар СТ хромосом (морфология их коротких плеч не всегда отчетливо выражена в разных метафазных пластинках) расположены в порядке уменьшения их размеров (рис. 2 б: пары №№ 6 — 13). А хромосомы без заметных вторых плеч (рис. 2 б: №№ 14 - 20) также выделены в плавно уменьшающийся по размерам ряд хромосом.
Пары М, СМ, СМ—СТ хромосом, первые две пары крупных СТ хромосом, хорошо идентифицируются во всех исследованных метафазных пластинках и рассматриваются нами как маркерные в кариотипе М. stelleri. Третья пара крупных СТ хромосом используется нами как дополнительный маркер кариотипа данного вида.
Ag - NOR окрашивание. Для кариотипа япономорского М. stelleri характерны множественные ядры прообразующие районы (ЯОР). Максимальное число активных ЯОР в клетках М. stelleri равно двум. ЯОР выявляются в теломерных районах коротких плеч: пары СМ-СТ хромосом и второй пары крупных СТ хромосом, что соответствует числам наблюдаемых в интерфазных ядрах ядрышек (табл. 3). Однако такое их количество отмечено лишь в отдельных клетках, большинство особей М. stelleri имели в клетках 1 - 2 хромосомы с ЯОР. Наиболее часто ЯОР выявляются в коротких плечах СТ хромосом, что составило 83% от общего числа ЯОР-несущих хромосом в клетках исследованных особей и только в 17% в СМ-СТ хромосомах. Следовательно ЯОР в СТ хромосомах можно рассматривать как маркерный признак кариотипа М. stelleri.
ЯОР в клетках М. stelleri Японского моря могут быть локализованы в хромосомах сходной морфологии и сходных размеров, что в сумме составляет 8,2% от общей доли исследованных клеток, а также в хромосомах разной морфологии и разных размеров (10,3%). Для его кариотипа характерна изменчивость числа ЯОР-несущих хромосом в клетке: наиболее часто ЯОР окрашиваются в одной хромосоме (80,9% от общей доли исследованных клеток) (рис. 2 в).
Во всех метафазных пластинках двух из исследованных особей ядрышкообразующие районы окрашивались в коротких плечах одной крупной СТ хромосомы в виде тройных блоков. Следовательно, имеет место изменчивость числа окрашиваемых блоков ЯОР: в хромосоме ЯОР могут проявляться в виде одинарных или тройных блоков.
Myoxocephalus stelleri и М. brandtii из Японского моря
Кариотипы М. stelleri (2n = 40, NF = 44+2) и M. brandtii (2n = 44, NF = 46+2) (рис. №№ 2 а,б; 4 а,б) имеют ряд общих признаков (Рязанова, 2005). Это наличие:
- в ряду двуплечих хромосом одной пары М хромосом;
- одной пары СМ-СТ хромосом;
- двух пар крупных СТ хромосом одинаковых размеров;
- пары крупных одноплечих хромосом (в кариотипе М. stelleri шестая пара СТ хромосом, в кариотипе М. brandtii двенадцатая пара А хромосом);
- большое число одноплечих СТ и А хромосом средних и мелких размеров (табл. 15; рис. №№ 2 б; 4 б).
Необходимо отметить, что пара М хромосом из кариотипа М. stelleri отличается от пары хромосом сходной морфологии в кариотипе М. brandtii более крупными размерами.
Кариотипы М. stelleri (NF = 44+2) и М. brandtii (NF = 46+2) при общем сходстве их структуры различаются по числу хромосомных плеч. Это различие может быть обусловлено тем, что эволюция кариотипов этих видов шла в разных направлениях, а их различие обусловлено разными хромосомными перестройками.
Кариотипы М. stelleri (2п = 40) и М. brandtii (2п = 44) различаются также по числу и морфологии хромосом (Миллер (Рязанова), 1999, 2000; Рязанова, 2005). Кариотип М. stelleri, содержащий меньшее число хромосом, имеет в ряду двуплечих две СМ хромосомы, отсутствующие у М. brandtii, а в ряду одноплечих хромосом М. stelleri на восемь хромосом меньше (рис. №№ 2 б; 4 б). Можно предположить, что две СМ хромосомы в кариотипе М. stelleri образовались в результате робертсоновских транслокаций (слияние двух одноплечих хромосом с образованием одной двуплечей хромосомы), в которых участвовали четыре одноплечие хромосомы.
В отличие от М. brandtii, в кариотипе М. stelleri выделить СТ хромосомы (за исключением первых двух пар) в отдельный ряд сложно, из-за не всегда ясно выраженных у них коротких плеч в связи с разной степенью их спирализации. Различия кариотипов М. brandtii и М. stelleri по числу выявляемых СТ хромосом могут объясняться различиями в предварительной обработке суспензии клеток, вследствие чего короткие плечи СТ хромосом в их кариотипах проявились не одинаково. Результатом этого могло стать и различие в трактовке морфологии пары крупных одноплечих хромосом в кариотипах М. stelleri и М. brandtii.
Нельзя исключить, что различия по числу и морфологии одноплечих хромосом реально существуют, являясь одним из признаков указывающих на принадлежность этих видов к разным филетическим линиям керчаковых рыб (Рязанова, 2005). Сходная картина наличия или отсутствия в кариотипах большого числа СТ хромосом наблюдается у представителей лососёвых рыб (Salmonidae) (Фролов, 1995). Проведённые исследования лососёвых рыб (Salmonidae) позволили автору сделать вывод, что большее число СТ хромосом характерно для представителей наиболее древних филумов, а в пределах одного рода это свойственно наиболее рано дивергировавшим видам. В качестве предкового для лососёвых рыб предлагается рассматривать кариотип с большим числом СТ (или СМ-СТ) хромосом (Фролов, 1995). Принимая во внимание такое направление эволюции кариотипов и для керчаков рода Myoxocephalus, М. brandtii в сравнении с М. stelleri является наиболее рано дивергировавшим видом.
Окрашивание хромосом азотнокислым серебром показало, что кариотипьт видов М. stelleri и М. brandtii имеют множественные ЯОР, но различаются по максимальному числу ЯОР-несущих хромосом в кариотипах (у М. stelleri их две, у М. brandtii — три). Морфология ЯОР-несущих хромосом в кариотипах этих видов также различна. В клетках М. stelleri ЯОР окрашиваются в коротких плечах пары СМ-СТ хромосом и второй пары крупных, маркерных СТ хромосом, у М. brandtii ЯОР окрашиваются в теломерных районах одной М хромосомы, одной А хромосомы средних размеров и одной/двух мелких А хромосом (рис. №№ 2 в; 4 в).
Таким образом, кариотипы М. stelleri и М. brandtii достаточно сходны. Наличие пары СМ-СТ хромосом, двух пар крупных СТ хромосом, пары крупных одноплечих хромосом и большое число СТ-А хромосом указывает на таксономическую близость этих видов.
Но наряду с общими признаками кариотипов имеются и их различия. Сходная по морфологии пара М хромосом различается в их кариотипах по размерам. Кариотипы видов М. stelleri и М. brandtii различаются по числу хромосомных плеч, по числу и морфологии хромосом. В частности по отсутствию в кариотипе М. brandtii пары крупных СМ хромосом и наличию в нем большего, по сравнению с кариотипом М. stelleri, числа четко определяющихся СТ хромосом и пары крупных А хромосом. Эти различия предполагают независимую длительную эволюцию этих видов.
В свете сложившихся представлений об эволюции кариотипов рыб в сторону уменьшения числа хромосом в кариотипе (Васильев, 1985; Фролов, 1995, 2000) можно предположить, что наиболее рано дивергировавшим и сохранившим большее число предковых признаков кариотипа следует считать М. brandtii (2п = 44, NF = 46+2), а М. stelleri — более молодым (2п = 40, NF = 44+2). Данное предположение не совпадает с мнением морфологов, которые считают, наиболее древним видом, обладающим полным набором примитивных признаков, М. stelleri, а М. brandtii сравнительно молодым видом (Неелов, 1979).
Для кариотипов М. stelleri и М. brandtii характерны множественные ЯОР. Расположение ЯОР на хромосомах определенной морфологии в кариотипах М. stelleri и М. brandtii, вероятно, является видовым признаком, а ЯОР-несущие хромосомы могут считаться маркерными для их кариотипов.
Исследования лососёвых рыб (Salmonidae) (Фролов, 2000), в частности гольцов (род Salvelinus), при помощи Ag-NOR окрашивания показали, что множественные ЯОР в их кариотипах являются предковым состоянием признака, говорящим о древности происхождения данных видов. Принимая во внимание данное исследование, можно предположить, что большее число активных ЯОР в кариотипе М. brandtii подтверждает наш вывод о его наиболее ранней дивергенции в сравнении с М. stelleri.
Предполагаемое направление эволюции кариотипов керчаков Японского и Охотского морей
На основании полученных результатов представлена предположительная схема эволюции кариотипов керчаков. При ее составлении мы исходим из принимаемой большинством кариологов (Ueda, Ojima, 1983; Васильев, 1985; Phillips, Hartley, 1988; Cavender, Kimura, 1989; Phillips et al., 1989; Фролов, 2000) гипотезы об эволюции кариотипов в направлении уменьшения числа хромосом (2п) путем робертсоновских транслокаций (рис. 10).
Кариотип охотоморского М. stelleri (2п = 44, NF = 44+2), по сравнению с кариотипами исследованных видов керчаков, является наименее дивергировавшим. На это указывают ряд его признаков: отсутствие двуплечих хромосом, наибольшее по сравнению с другими видами число одноплечих хромосом, в частности СТ хромосом, максимальное число ядрышкообразующих районов. Принимая его кариотип за наиболее близкий в роду Myoxocephalus к предковому, можно предположить, что эволюция кариотипов керчаков могла идти в четырех направлениях.
К одному из эволюционных направлений относится М. ochotensis. Общими маркерными признаками кариотипов охотоморского М. stelleri и М. ochotensis являются пара СМ-СТ хромосом, две пары крупных СТ хромосом, пара крупных и пара средних ЯОР-несущих СТ хромосом. Кариотип М. ochotensis (2п = 42, NF = 44+2) дивергировал от предкового кариотипа охотоморского М. stelleri (2п = 44, NF = 44+2) с образованием пары мелких маркерных М хромосом. Размеры данной пары маркерных хромосом в кариотипе М. ochotensis равны по размерам СМ-СТ хромосомам и меньше размеров крупных маркерных СТ хромосом, располагающихся на третьем и четвертом месте в ряду одноплечих хромосом в его кариотипе. Образование пары М хромосом в кариотипе М. ochotensis может являться следствием произошедшей в ходе эволюции одной робертсоновской транслокации, в которой принимали участие четыре одноплечие хромосомы.
Виды Megalocottus platycephalus (2n = 42, NF = 44+2) и M. polyacanthocephalus (2n = 40, NF = 44+2) относятся к другой эволюционной линии.
Общими маркерными признаками для кариотипа охотоморского М. stelleri и кариотипов Megalocottus platycephalus и М. polyacanthocephalus являются: наличие пары СМ-СТ хромосом, двух пар крупных СТ хромосом, пары крупных одноплечих хромосом (у охотоморского М. stelleri 4-я пара в ряду СТ хромосом, у Megalocottus platycephalus 18-я пара в ряду А хромосом, у М. polyacanthocephalus 6-я пара в ряду СТ хромосом). Общим маркерным признаком для охотоморского М. stelleri и Megalocottus platycephalus также является наличие в их кариотипах пары крупных ЯОР-несущих СТ хромосом.
Кариотипы Megalocottus platycephalus (2n = 42, NF = 44+2) и M. polyacanthocephalus (2n = 40, NF = 44+2) дивергировали от охотоморского М. stelleri (2n = 44, NF = 44+2) с образованием, вследствие одной робертсоновской транслокации, пары мелких маркерных М хромосом. В отличие от пары маркерных хромосом данной морфологии в кариотипе М ochotensis, размеры маркерных М хромосом в кариотипах Megalocottus platycephalus и М. polyacanthocephalus меньше размеров маркерных СМ-СТ и двух пар крупных СТ хромосом в их кариотипах. В дальнейшем, в результате второй робертсоновской транслокации, в которой возможно принимали участие четыре одноплечие хромосомы средних размеров, в кариотипе М. polyacanthocephalus образовалась пара крупных, маркерных для его кариотипа, М хромосом.
Следующая эволюционная линия представлена япономорским М. stelleri (2п = 40, NF = 44+2) и М. scorpius (2п = 36-38, NF = 44).
Общими маркерными признаками для кариотипов япономорского и охотоморского М. stelleri и М. scorpius являются: две пары крупных СТ хромосом. Маркерными признаками для кариотипов япономорского и охотоморского М. stelleri являются пара СМ-СТ хромосом, пара крупных одноплечих хромосом (у охотоморского М. stelleri 4-я пара в ряду СТ хромосом, у М. stelleri 6-я пара в ряду СТ хромосом), пара крупных ЯОР-несущих СТ хромосом.
Кариотипы япономорского М. stelleri и М. scorpius дивергировали от кариотипа охотоморского М. stelleri с образованием в них крупных маркерных М и крупных СМ хромосом. Образование этих маркерных хромосом в их кариотипах может быть результатом двух робертсоновских транслокаций, в которых участвовали восемь одноплечих хромосом. Размеры маркерных М хромосом в кариотипе япономорского М. stelleri больше либо равны размерам маркерных СТ хромосом первых двух пар из ряда СТ хромосом и значительно крупнее размеров маркерных СМ-СТ хромосом. В кариотипе М. scorpius размеры маркерных М хромосом больше либо равны размерам маркерных СТ хромосом располагающихся на пятом и шестом месте в ряду СТ хромосом в его кариотипе.
Так как в кариотипе М. scorpius кроме перечисленных маркерных хромосом содержаться две пары СМ хромосом, мы предполагаем, что в образовании его кариотипа могли участвовать еще две робертсоновские транслокации.
М. brandtii (2п = 44, NF = 46+2) может являться представителем отдельной эволюционной ветви в роду Myoxocephalus. Кариотип М. brandtii (NF = 46+2) отличается от кариотипов других исследованных видов и охотоморского М stelleri (NF = 44+2) по числу хромосомных плеч. Это указывает на то, что в формировании его кариотипа участвовали не робертсоновские транслокации, как у всех исследованных видов керчаков, а возможно, перицентрическая инверсия. Дивергенция кариотипа М. brandtii шла с образованием пары мелких маркерных М хромосом. Размеры этих маркерных хромосом больше размеров маркерных СМ-СТ хромосом и меньше размеров маркерных СТ хромосом располагающихся на третьем и четвертом месте в ряду СТ хромосом в его кариотипе.
Кариотипы охотоморского М. stelleri и М. brandtii имеют много общих маркерных признаков: пару СМ-СТ хромосом, две пары крупных СТ хромосом, пара крупных одноплечих хромосом (у охотоморского М. stelleri 4-я пара в ряду СТ хромосом, у М. brandtii 12-я пара в ряду А хромосом).
М. jaok (2п = 24, NF = 44), в сравнении с исследованными видами, является наиболее кариологически продвинутым. Его кариотип состоит преимущественно из М и СМ хромосом, которые могли образоваться в результате десяти робертсоновских транслокаций. Положение М. jaok в предложенной схеме не ясно. Согласно гипотезе об эволюции кариотипов в направлении уменьшения числа хромосом (2п) путем робертсоновских транслокаций, М. jaok может являться заключительным звеном любого из представленных эволюционных направлений, либо представлять отдельную эволюционную ветвь от охотоморского М. stelleri, эволюционировавшую независимо от видов рода.
Морфологические исследования (Jordan, Everman, 1898; Covan, 1971; Неелов, 1979) показали, что М. jaok имеет примитивные признаки, на основании которых его относят к древним видам рода Myoxocephalus. Если предположить, что эволюция кариотипов керчаков шла не в направлении уменьшения числа хромосом (2п), а в направлении их увеличения путем робертсоновских разделений, то кариотип М. jaok обладал бы полным набором предковых признаков, и от него могли бы быть выведены кариотипы всех исследованных видов. Случаи спонтанного разделения двуплечих хромосом наиболее часто встречаются в кариотипах растений и животных (Jones, 1978; Yosida, 1979; Yosida, Wada, 1984; Muthu, 1987; Schubert, Rieger, 1990). Но у рыб подобная изменчивость описана только у некоторых видов, в том числе одного вида лососевых — горбуши Oncorhynchus gorbuscha (Горшков, Горшкова, 1981; Горшкова, Горшков, 1983; Phillips, Kapuscinski, 1987, 1988; Фролов, 1988, 2000). Наиболее распостраненным типом изменчивости кариотипов рыб, в силу легкости их осуществления, прохождения с наименьшей потерей генетического материала и сохранения в потомстве являются робертсоновские транслокации (White, 1973; Abe, Muramoto, 1974; Ueda, Ojima, 1983).
Согласно этому предложенная нами схема эволюции кариотипов керчаков в направлении уменьшения числа хромосом путем робертсоновских транслокаций представляется наиболее логичной. В схеме отражены как общие маркерные признаки предкового кариотипа и кариотипов видов, относящихся к разным эволюционным направлениям, так и маркерные признаки, на основании которых мы объединяем виды в группы, относящиеся к определенному эволюционному направлению.
Представленная схема согласуется со схемой распределения группы Myoxocephalini в северной части Тихого океана (Шмидт, 1950). Согласно этой схеме род Myoxocephalus развившись в Охотском море с одной стороны, дал ряд форм (М brandtii, М. stelleri и одна-две очень близкие ему формы М. raninus и М. decastrensis), проникших из более южной части этого моря в северную часть Японского моря. Результаты кариологического исследования показали, что охотоморский М. stelleri имеет кариотип наиболее близкий к предковому, а кариотипы видов М. ochotensis и Megalocottus platycephalns из Охотского моря наименее продвинуты и близки к кариотипу М. stelleri.
