Содержание к диссертации
Введение
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Глава I. Спорные вопросы систематики гольцов рода salveliuus 6
Глава 2. Спорные вопросы систематики сигов рода coregonus 22
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Глава 3. Объекты исследования 44
Глава 4. Молекулярная гибридизация ДНК гольцов рода sabvelinus 63
Глава 5. Генетическая дивергенция сиговых 77
ВЫВОДЫ 88
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 90
- Спорные вопросы систематики гольцов рода salveliuus
- Молекулярная гибридизация ДНК гольцов рода sabvelinus
- Генетическая дивергенция сиговых
Введение к работе
Лососевые и сиговые рыбы водоёмов Северной Евразии относятся к наиболее ценным объектам промысла, акклиматизации и рыбоводства. Для успешного осуществления этих мероприятий необходимо, в первую очередь, знание их систематического положения и родственных отношений.
Чрезвычайная морфологическая пластичность этих рыб затрудняет определение их и выявление структуры отдельных видов. Особые трудности и дискуссии возникают при изучении арктических ГОЛЬЦОВ рода Saiveiinus (Nilsson)Richardson и СИГОВ рода Со-regonus (Linne). Для решения этих вопросов в настоящее время привлекаются самые разнообразные методы: традиционное изучение морфологических признаков, в том числе остеологических, а также методы кариологические, биохимические, методы паразитов-индикаторов и нумерической таксономии. Результаты, получаемые с их помощью, часто противоречивы. В связи с этим использование метода молекулярной гибридизации ДНК может оказаться полезным при решении ряда вопросов и дополнить результаты, полученные при использовании традиционных методов.
Целью настоящей работы явилось изучение генетической дивергенции в роде Saiveiinus И семействе Coregonidae методом молекулярной гибридизации ДНК. Поставленная цель определила следующие основные задачи:
Оценить дивергенцию основных видов и форм гольцов и сигов Евразии и Северной Америки от реперных форм Фенноскандии (Финской Лапландии), как наиболее близких к описанным Линеем ТИПОВЫХ Salmo alpinus L., Salmo lavaretus Ъ.
На основании данных по молекулярной гибридизации ДНК, - 4 -как не подверженных конвергенции, произвести оценку генетического веса используемых в систематике признаков фенотипа.
3. Выяснить родственные отношения между гольцами и сигами Фенноскандии и северо-востока Азии.
В результате была впервые получена количественная оценка генетической дивергенции ряда видов и форм арктических гольцов и сиговых от видов, которые считаются типовыми для данных родов. Показано, что некоторые фенетические признаки, широко используемые в систематике, характеризуются высоким уровнем конвергентной и гомологической изменчивости. Было также установлено, что некоторые формы, трактуемые иногда как хорошие виды, по степени генетической дивергенции связаны с реперними видами Фенноскандии промежуточными интерградирующими популяциями. Подтверждено существование у лососевых и сиговых сложных популяционных систем разного иерархического уровня.
Исследование пространственной, экологической и генетической структуры видов приобретает сейчас большое значение в связи с усиливающимся влиянием человека на природные экосистемы. В первую очередь, это относится к таким хозяйственно ценным рыбам, как сиговые и лососевые. Результаты настоящей работы могут быть использованы при составлении рекомендаций по промыслу, акклиматизации, разведению и гибридизации этих объектов, а также для оценки и прогнозирования свойств их природных популяций и сохранения генофондов.
Можно надеяться, что результаты настоящей работы будут способствовать более широкому внедрению методов молекулярной генетики в систематические исследования.
Работа выполнена на кафедре ихтиологии биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова. - 5 -Автор глубоко признателен своим научным руководителям доктору биологических наук Ксении Александровне Савваитовой и доктору биологических наук Борису Михайловичу Медникову за всестороннюю помощь и большое внимание при выполнении работы, а также группе, возглавляемой им в межфакультетской лаборатории биоорганической химии,И.А. Лебедевой, Е.А. Шубиной, М.В. Глазкову, В.А. Горшкову, Н.С. Литвинову, А.А. Ломову, оказывавшим незаменимую помощь в усвоении новой для автора методики молекулярной гибридизации. Хочется ещё поблагодарить всех, кто любезно предоставил материал для работы, и особенно В.А. Максимова, Л.А. Скурихину, М. Химберга, К. Салоярви и 0. Симола.
ОБЗОР ЛИ'ТЕРАТУРЫ
Спорные вопросы систематики гольцов рода salveliuus
В трактовке понятия "вид" в настоящее время существуют две концепции. Согласно первой, называемой типологической (см. обзор Майр, 1974), критерием для выделения популяции в отдельный, отличный от других, вид является степень её морфологических различий. Если популяции отличны друг от друга, предпочтительно по ряду признаков, и могут быть различимы,хотя бы и не по единичным экземплярам, а по массовым сериям, это самостоятельные виды. Однако типологическая концепция при последовательном её применении наталкивается на непреодолимые трудности (например, золотой и серебряный карась морфологически отличны и относятся к разным видам, но различия, между выведенными человеком разновидностями серебряного карася - золотыми рыбками несравненно более значительны, однако не свидетельствуют о видовой обособленности).
Согласно биологической концепции вида, основное, что объединяет вид - это репродуктивная изоляция от других и интеграция генов внутри вида. Вид - это защищенный генофонд (Майр, 1974). На практике подобная концепция также сталкивается с трудностями, так как возможны (и описаны) случаи репродуктивной изоляции между аллопатрическими географически разобщенными популяциями одного вида, а также несоответствие между репродуктивной изоляцией и морфологическими различиями.
Популяции могут резко различаться, но скрещиваются там, где места их обитания перекрываются, а с другой стороны - репродуктивная изоляция может возникать раньше морфологической дивергенции.
Любая достаточно долго изучавшаяся группа организмов может стать примером разногласий между сторонниками типологической и биологической концепции вида.
Хорошим примером являются очень изменчивые по своей морфологии и экологии лососевидные рыбы, в частности гольцы рода Saiveiinus и сиги рода Coregonus. В таких случаях геносисте-матический метод, метод молекулярной гибридизации ДНК, может служить связывающим звеном между типологической и биологической концепциями вида (Медников, 1978).
Очень большая изменчивость гольцов вызывала таксономические трудности, сходные с трудностями с сигами Coregpms. За период господства типологической концепции вида (XIX век - начало XX) ЛИННеевскиЙ ВИД Saiveiinus (Salmo)alpinus был раздроблен на десятки "видов", обитающих в Северной Америке, Западной и Восточной Европе и Северной Азии. Вслед за этим наступил процесс "отрезвления", и многочисленные "виды", определить которые затруднялись сами описавшие их систематики в западной Европе были снова объединены в один вид S.aipinus. Часто европейских гольцов делят на две формы, которые могут получать подвидовой или даже видовой статус.
Молекулярная гибридизация ДНК гольцов рода sabvelinus
В наших экспериментах в качестве реперной формы был представлен жилой озерный голец оз. Инари Финская Лапландия. Как указывал Л.С. Берг (1948), "в озерах шведской Лапландии, по-видимому, встречается форма, не отличающаяся от морской" (т.е. проходной - М.К.). Лапландский озерный голец и был описан Линнеем как Saimo alpinus L. (1758). Можно полагать, что использованная нами в качестве реперной форма наиболее близка к описанной Линнеем и типовой для вида Salveiinus аїріпи&По классификации К.А. Савваитовой и В.В.Волобуева, он относится к так называемому "алышноидному" морфотипу. Проходная его форма циркумполярна; отсутствие проходных популяций в ряде рек Сибири при наличии там жилых озерных, несомненно, вторичное явление.
Для оценки степени генетической дивергенции представлялось желательным сопоставить наши данные с данными, полученными в экспериментах, выполненных ранее (Савваитова и др., 1977 и др.). В предыдущих опытах в качестве реперной формы была использована термостабильная фракция ДНК тихоокеанской популяции р.Камчатки. Для того, чтобы обе серии опытов были сопоставлены, мы, помимо абсолютных значений CD использовали относительные, в % от дивергенции ДНК "хорошего" вида, согласно всем системам - кунджи Salveiinus leucomaenis (Pallas). Этот вид обитает симпатрично с гольцами мальмоидного и высокоарктического морфотипа, не смешиваясь с ними,и хорошо различается .
Генетическая дивергенция сиговых
Сиговые рыбы, возможно, самый трудный объект для систематического анализа. В этом они значительно превосходят других лососевых. У сиговых очень мало достаточно стабильных, пригодных для систематики, признаков. Как указывает Ю.С. Решетников (1980),пластические признаки сиговых зависят от влияния внешних условий и практически никогда не свидетельствуют о родстве. В других же случаях признаки оказываются стабильными у разных видов (число лучей в плавниках, позвонков). Единственный фенотипический признак, который может в данном случае принести пользу - это число жаберных тычинок. В самом большом виде, который, на наш взгляд, правильнее называть комплексом -Coregonus lavaretus complex, различают две группы - малотычинковые сиги (20 - 30) и многотычинковые (30 - 50). Однако система, построенная по одному признаку, неизбежно оказывается искусственной, тем более, что в водоёмах Швеции, Финляндии и Карелии описаны многочисленные популяции, состоящие из промежуточных форм, скорее всего, гибридного происхождения.
Анализ кариотипа также мало что может дать. Как правило, у сигов он весьма стабилен (в среднем 2п =80, NF =100, исключение составляют только чир, пелядь, нельма и ряд сигов Канады) (Кайданова, 1983). Однако отличия эти незначительны и не могут способствовать генетической изоляции. Недаром уже давно описаны межвидовые естественные гибриды сигов (см. литературную часть). Возникновение многих гибридных популяций документировано, так как они возникли в результате интродукций и искусственного рыборазведения. Так, акклиматизация двух подвидов .с.lavaretus (лудоги и чудского) в озере Севан в 1924-27 гг привела к формированию гибридной популяции, из которой лишь единично выщепляются особи, морфологически сходные с предковими формами. По ряду признаков большая часть членов популяции напоминает чудского сига, по другим - лу-догу. При одинаковом числе хромосом сиг-лудога имел 98 хромосомных плеч, чудской - 102 и севанский - 100 (Рухкян, Аракелян, 1980). Напомним, что подобные различия в кариотипах некоторые авторы считают достаточным критерием видового обособления (Вик-торовский, 1975 и др.). Кроме того, лудога относится к малотычинковым сигам (20-29), а чудской - к многотычинковым (35-45); другие их морфологические признаки также достаточно характерны.
Мы можем прийти к выводу, что обычный критерий в биологической концепции вида - генетическая обособленность, отсутствие обмена генами между популяциями, принадлежавшими к разным видам, лишь в ограниченной мере применим к сиговым рыбам. Многие популяции c.lavaretus, скорее всего, имеют гибридное происхождение. Возможна также интрогрессия генов и других видов из числа "хороших" , за исключением относящихся к роду Prosopium.
