Содержание к диссертации
Введение
1 Содержание 2
2 Список сокращений 5
3 CLASS Введени CLASS е ...6
3.1.1 Актуальность проблемы 6
4 Методы молекулярно-филогенетического анализа 11
4.1.1 Методы филогенетической реконструкции на основе молекулярных данных 17
4.1.2 Методы построения филогенетических схем 21
4.1.3 Оценка надежности филогенетических построений 26
4.2 История формирования оз. Байкал и его фауны 27
4.2.1 Геологическая история и характеристика оз. Байкал 27
4.2.2 Климат Прибайкалья в кайнозое 30
4.3 Букеты видов байкальских беспозвоночных 32
4.3.1 История изучения байкальских амфипод 32
4.3.2 Краткая характеристика современной классификации байкальских амфипод 35
4.3.3 Происхождение и модели развития амфипод Байкала 36
4.3.4 Морфологические особенности и современная классификация байкальских олигохет семейства Lumbriculidae 38
4.3.5 Происхождение и модели развития олигохет Байкала 43
4.3.6 Состояние изученности и классификация современных Baicaliidae и Benedictiidae 49
4.3.7 Палеонтологическая летопись и проблема происхожденияи формирования байкальской малакофауны 53
5 Материалы и методы 56
5.1.1 Сбор образцов и выделение ДНК 56
2 Сбор материала 57
5.2.1 Выделение, амплификация и секвенирование ДНК 62
5.2.2 Методы филогенетического анализа 65
результаты , 69
6. Молекулярно-филогенетический анализ эволюционной истории байкальских амфипод 69
6.1.1 Сравнительный анализ фрагментов генов первой и третьей субъединиц митохондриальной цитохром с оксидазы (mtCOI, mtCOIII) по нуклеотидным и аминокислотным последовательностям амфипод76
6.1.2 Анализ нуклеотидных и аминокислотных последовательности mtCOHI гена амфипод 77
6.1.3 Анализ нуклеотидных и аминокислотных последовательности mtCOI исследуемых амфипод Байкала 81
6.1.4 Филогения байкальских амфипод, эволюционные взаимоотношения с небайкальскими гаммаридами 96
6.1.5 Молекулярная эволюция mtCOI и mtCOIII байкальских амфипод, оценка неравномерности накопления нуклеотидных и аминокислотных замен 105
6.1.6 Возраст дивергенции байкальских амфипод 114
6.1.7 Модель развития амфиподной фауны в озере, гипотеза полифилетического происхождения байкальских амфипод 120
6.2 Филогенетические реконструкции эволюционных взаимоотношений среди байкальских люмбрикулид 124
6.2.1 Нуклеотидные последовательности фрагментов гена первой субъединицы митохондриальной цитохром с оксидазы люмбрикулид 124
6.2.2 Сравнительный анализ последовательностей фрагментов гена mtCOI 124
6.2.3 Анализ филогенетических взаимоотношений байкальских люмбрикулид на основе последовательностей СО 1 127
6.3 Оценка времени видовой радиации байкальских люмбрикулид 134
6.4 Филогенетические взаимоотношения в букетах видов байкальских эндемичных гастропод 137
6.4.1 Нуклеотидный состав и вариабельность полученных последовательностей ДНК 137
6.4.2 Анализ филогенетических взаимоотношений видов сем. Baicaliidae 143
6.4.3 Анализ филогенетических взаимоотношений видов сем. Benedictiidae 150
6.4.4 Оценка временной шкалы эволюции байкальских моллюсков 151
6.4.5 Модель эволюции семейств Baicaliidae и Benedictiidae в контексте геоклиматической истории оз. Байкал 161
6.5 Эволюционные реконструкции филогении байкальских моллюсков рода Choanomphalus 171
Заключение 177
Выводы 182
Литература 184
- Методы построения филогенетических схем
- Морфологические особенности и современная классификация байкальских олигохет семейства Lumbriculidae
- Анализ нуклеотидных и аминокислотных последовательности mtCOHI гена амфипод
- Анализ филогенетических взаимоотношений байкальских люмбрикулид на основе последовательностей СО 1
Введение к работе
Озеро Байкал среди крупнейших озер планеты занимает первое место практически по всем биологическим и физическим параметрам (Кожов, 1962; Тимошкин, 1995; Martens, 1997), как наиболее древнее по происхождению, наиболее глубокое - около 1700 м, имеющее наибольший запас пресной воды - 23 000 км , занимает второе место (31 500 км2) среди пресноводных озер (32 600 км2) по площади после Танганьики.
По различным источникам количество известных видов животных насчитывает от 2500 видов и подвидов, из которых 82% эндемики (Тимошкин, 1995), до 1825, из которых 54% эндемичные формы (Martens, 1997).
С точки зрения видового разнообразия фауна Байкала прочно занимает первое место среди озер Земли, число видов животных может приблизится к 3500 (Тимошкин, 1995). Таким образом, ценность Байкала для эволюционных исследований несомненна. Объяснение механизмов, которые создали в относительно ограниченной экосистеме такое колоссальное разнообразие жизни важно не только для познания Байкала, но и для общей теории видообразования.
За последнее десятилетие в филогенетических исследованиях широкое распространение получили методы молекулярной систематики, в частности сравнительный анализ гомологичных последовательностей ДНК. Одним из ш преимуществ этого подхода является теоретическая возможность временных оценок дивергенции различных таксонов на основе гипотезы молекулярных часов, а также соотнесение процессов видообразования с различными явлениями преобразования экосистемы. Зачастую молекулярно-филогенетический подход является единственно возможным способом, позволяющим разобраться в родственных связях таксонов.
Наиболее интересными представляются исследования таких объектов как
• эндемичные "букеты видов", то есть монофилетичные группы близкородственных видов, дивергировавшие в рамках одной замкнутой экосистемы (Brooks, 1950). Букеты видов особенно часто обнаруживаются в древних пресноводных озерах, каким является Байкал. В отличие от других древних озер (Танганьика, Малави и др.), где молекулярно-филогенетические
• исследования, получившие мировую известность, проводились преимущественно для цихловых рыб, на Байкале проведены работы, посвященные вопросам молекулярной эволюции, коттоидных рыб (Slobodyanyuk et al., 1994), амфипод (Огарков и др., 1997; Sherbakov et al., 1998), моллюсков (Зубаков и др., 1997), губок (Itskovich et al., 1998) и байкальских планарий (Kuznedelov & Timoshkin, 1993). Несомненный интерес представляет изучение эволюционной истории байкальских олигохет. Байкальские малощетинковые черви уникальны тем, что обитают в грунте (до 20-25 см) и на них не действуют многие изолирующие факторы, существенные для других групп организмов.
В рамках настоящей работы проведен сравнительный филогенетический анализ нескольких букетов видов - амфипод, моллюсков и олигохет различающихся по своим экологическим характеристикам. Для этого анализа использовали один и тот же ген, кодирующий первую субъединицу митохондриальной цитохром оксидазы. В результате появилась возможность сравнительного анализа эволюционных историй этих групп, вносящих существенный вклад в современное биоразнообразие озера Байкал.
Нель и заттачи исследования
Целью настоящей работы явилось восстановление эволюционных историй некоторых букетов видов байкальских беспозвоночных - амфипод, двух групп моллюсков и олигохет семейства Lumbriculidae с помощью сравнения нуклеотидных последовательностей, а также соотнесение основных эволюционных событий с историей байкальсой экосистемы.
Для этого необходимо было решить следующие задачи:
1. Выбрать генетические маркеры, которые бы эволюционировали со скоростью, оптимальной для получения разрешенных филогении каждой группы организмов и позволяли бы сравнение эволюционных древ различных групп; т
2. Получить продукты амплификации этих генов и определить их нуклеотидные последовательности; 3. Охарактеризовать эволюцию генетических маркеров, определить наиболее подходящие модели молекулярной эволюции, пригодные для построения филогении;
4. Провести филогенетический анализ и исследовать полученные филогенетические гипотезы для определения их статистической достоверности;
5. Выбрать набры последовательностей, для которых соблюдается гипотеза молекулярных часов, определить, для каких типов замен она верна;
6. Подобрать наиболее подходящие калибровки для молекулярных часов и оценить время основных эволюционных событий в истории букетов видов;
7. Сопоставить датировки главных эволюционных событий с известными событиями истории Байкала.
Научная новизна работы.
Впервые для изучения эволюционных взаимоотношений амфипод Байкала использован молекулярно-филогенетический подход на основе сравнения нуклеотидных последовательностей митохондриальных генов. Более того, исследование, посвященное изучению эволюции mtCOIII гена (Огарков и др., 1997), было первой молекулярно-филогенетической работой по эволюции митохондриального гена не только для байкальских амфипод, но и для всей мировой амфиподной фауны. Впервые для оценки соотношения возраста байкальских амфипод и представителей мировой амфиподной фауны используются последовательности митохондриальных генов, считающихся наиболее перспективной моделью исходя из гипотезы "молекулярных часов" (Li, 1997).
В настоящей работе впервые предпринята попытка молекулярно-филогенетической оценки характера и времени видовой радиации, которая привела к современному разнообразию люмбрикулид Байкала. Впервые амплифицированы и определены нуклеотидные последовательности фрагментов генові8S рРНК для 13 видов люмбрикулид и mtCOI для 26 видов байкальских люмбрикулид, а также mtCOI для 16 особей из двух популяций Rhynchelmis alyonae. Впервые предложены схемы филогенетических взаимоотношений внутри семейства Lumbriculidae, основанные на молекулярных данных. Уникальными для данной группы "мягких" организмов, не оставляющих палеонтологической летописи, являются временные оценки видообразования, полученные на основе гипотезы "молекулярных часов". На базе этих данных показана возможность связи эволюции люмбрикулид с конкретными геологическими событиями в истории Байкала. Рассмотрены возможные причины образования некоторых букетов видов, сделаны предположения относительно характера и механизмов адаптивной радиации групп видов исследованных олигохет.
Впервые для изучения эволюционных взаимоотношений байкальских моллюсков использован молекулярно-филогенетический подход. Использованный в данной работе в качестве филогенетического маркера фрагмент гена СО I ранее не применялся в подобного рода исследованиях байкальских организмов. Впервые в явном виде предложена схема филогенетических взаимоотношений видов моллюсков семейства Baicaliidae (для семейства Benedictiidae такая схемы была построена ранее на основе анализа морфологических признаков). С помощью молекулярных часов выдвинуты независимые от полученных ранее палеонтологических оценок предположения о временной шкале видообразовательного процесса в обеих группах исследуемых моллюсков. На основании этого показана возможность связи их эволюции с конкретными геологическими и климатическими событиями в истории Байкала. Сделаны предположения относительно характера и механизмов адаптивной радиации букетов видов исследованных моллюсков.
Методы построения филогенетических схем
Построение филогении, по сути, является процедурой оптимизации, с целью нахождения "наилучшей оценки" эволюционной истории. В принципе, можно предложить множество эволюционных сценариев, объясняющих, каким образом возникла современная структура макромолекул. Поэтому необходимо наличие некоего критерия для выбора одного или нескольких филогенетических древ из набора всех возможных. Методы филогенетической реконструкции решают эту задачу двумя способами: 1) определением последовательности шагов (алгоритма) для построения филогенетического древа и 2) определением критерия для сравнивания альтернативных древ друг с другом и выбора наилучшего из них.
В чисто алгоритмических методах, процедуры построения филогенетического древа и выбора наилучшего из возможных объединены, поэтому полученная на выходе схема филогении всегда является единственно возможной. К их числу относится большинство дистантных метдов, таких как объединение ближайших соседей, и все формы попарного кластерного анализа (например, UPGMA).
Второй класс методов предполагает проведение анализа в два этапа. В качестве первого, задается критерий оптимальности (формально представляющий собой некую объективную функцию) для оценки любого данного древа и сравнения альтернативных древ друг с другом. Вторым шагом является собственно вычисление значения объективной функции по определенному алгоритму и нахождение древ, имеющих наилучшие оценки в соответствии с выбранным критерием. При использовании критериев оптимальности для реконструкции филогении возможно получение нескольких различных равноценных древ. К числу методов подобного рода относятся методы максимальной экономии и наибольшего правдоподобия, из дистантных - метод наименьших квадратов (Swofford et al., 1996). Дистантные методы
Исходными данными для построения филогенетических древ при помощи дистантных методов служит матрица попарных генетических расстояний. В зависимости от модели эволюции, принимаемой при филогенетических реконструкциях, древа могут быть корневыми и бескорневыми. Отличие состоит в том, что в основе корневых схем лежит предположение о постоянстве скорости эволюции во всех филогенетических линиях. Такое древо имеет корень соответствующий гипотетической предковой форме или исходной точке дивергенции, а эволюционные расстояния от корня до каждой из концевых точек равны между собой.
В филогенетических древах дистанция между каждой парой операциональных таксономических единиц (ОТЕ), складывается из суммы длин ветвей соединяющих эти ОТЕ. В методе наименьших квадратов (Fitch & Margoliash, 1967; Cavalli-Sforza & Edwards, 1967)., наиболее подходящим для исходной совокупности данных считается древо, в котором разница между расстояниями, ожидаемыми исходя из матрицы дистанций, и наблюдаемыми на древе длинами ветвей минимальна.
В методах кластерного анализа, таких как UPGMA (невзвешенный метод попарных средних), применяется алгоритм последовательной кластеризации, согласно которому локальные топологические взаимоотношения ОТЕ выводятся из порядка снижения их сходства между собой и построение древа осуществляется пошагово. При этом предполагается, что зависимость между эволюционным расстоянием и временем дивергенции ОТЕ приблизительно линейная (Li, 1997), поэтому конечное филогенетическое древо всегда является корневым. При нарушении этого условия, UPGMA может давать ошибочный результат.
Наиболее современным и мощным из дистантных методов построения филогении является метод объединения ближайших соседей (Saitou & Nei, 1987). Суть его заключается в последовательном нахождении пар ОТЕ, соседствующих на древе, таким образом, чтобы минимизировать его общую длину. Построение начинается со звездообразного древа на котором ОТЕ не кластеризованы.
Первый шаг состоит в отделении любых двух ОТЕ от всех остальных, существует N (N-1) варианта их выбора. На получившемся после этого древе есть только одна внутренняя ветвь, соединяющая узлы X и Y, где X - общий узел для выбранной пары ОТЕ, a Y - общий узел для остальных ОТЕ. Сумма длин ветвей (5) этого древа на каждом шаге вычисляется по уравнению: где N - число ОТЕ, d - длины ветвей. Среди всех возможных пар ОТЕ выбирается та, объединение которой приводит к наименьшей сумме длин ветвей. Такая пара ОТЕ в дальнейшем рассматривается как одна ОТЕ, затем рассчитывается новая матрица дистанций из арифметических средних расстояний между ОТЕ. Потом выбирается следующая пара ОТЕ, дающая наименьшую сумму длин ветвей древа. Эта процедура повторяется пока все N-3 внутренние ветви не будут найдены (Li, 1997). Метод максимальной экономии Принцип максимальной экономии (в философии он известен как "лезвие Оккама") утверждает, что наипростейшему объяснению совместимому с наблюдаемым набором данных должно отдаваться предпочтение перед более сложными объяснениями. Под «наипростейшим» здесь понимается объяснение, которое основано на наименьшем количестве предположений. В соответствие с ним, из всех возможных филогенетических древ выбирается то, которое предполагает наименьшее количество эволюционных событий (мутационных шагов). Концептуально данный подход направлен на реконструкцию эволюционных вз взаимоотношений по критерию родства, а не сходства, в отличие от, например, дистантных методов. Методологически это осуществляется путем использования непосредственно исходной комбинации признаков (в стучае нуклеотидных или белковых последовательностей одно положение считается одним независимо варьирующим признаком), причем только таких признаков, которые несут информацию об общности происхождения двух и более ОТЕ от предковой формы. Информативные признаки имеют различное количество мутационных шагов как минимум у двух древ с разной топологией. Древо, поддержанное наибольшим числом информативных признаков, считается наиболее экономным (Stewart, 1993).
Морфологические особенности и современная классификация байкальских олигохет семейства Lumbriculidae
Oligochaeta - класс в типе кольчатых червей (Annelida). Lumbriculidae -одно из семейств водных олигохет, представители которого распространены, главным образом, в Северном полушарии, исключение составляют широко распространенные голарктические виды Lumbriculus variegatus, найденный также в Африке и на Тасмании (Brinkhurst, 1966; Brinkhurst, 1982) и Stylodrilus heringianus, обнаруженный в Новой Зеландии (Marshall, 1978).
История изучения люмбрикулид начинается с 1884 года, когда Вейдовский выделил отдельную группу малощетинковых червей, дав ей ранг семейства и впервые назвав его Lumbriculidae (Veidovsky,1884).
Полагаясь на разные источники (Beddard, 1895; Michaelsen, 1900; Изосимов, 1962; Cook, 1968), можно предложить следующий диагноз семейства Lumbriculidae:
Щетинки сигмоидные, просто заостренные или двузубчатые расположены по четыре пары на сегмент: две вентральных и две латеральных. Полость тела хорошо развита. Пищевод и кишечник - простые, без мышечного слоя или дивертикул. Для кровеносной системы характерно наличие слепых отростков на спинном кровеносном сосуде, которые могут быть очень длинными и разветвленными.
Половой аппарат отличается исключительным разнообразием. Нередко наблюдается значительная внутривидовая (групповая или индивидуальная) изменчивость в строении и расположении частей полового аппарата, причем в некоторых случаях внутри вида появляются вариации с признаками других родов, что крайне осложняет задачу диагностического разграничения последних. Главным признаком полового аппарата люмбрикулид являются мужские половые отверстия, открывающиеся наружу в том же сегменте, где находится и семенная воронка. Особенностью некоторых родов {Lamprodrilus, Lumbriculus, Trichodrilus) является метамерия семенников, мужских гонодуктов и семеприемников, нигде в других семействах олигохет в столь сильной степени не выраженная. Поясок толщиной в одну клетку располагается в области половых пор. Мужские и сперматекальные поры могут находиться в области с VII по XV сегмент.
Мировая фауна насчитывает около 120 видов люмбрикулид (Brinkhurst, 1971; Brinkhurst and Wetzel, 1984), почти половина из них обитает в озере Байкал. В настоящее время известны 14 родов люмбрикулид, 7 из них представлены в оз. Байкал, причем 2 рода Agriodrilus и Teleuscolex встречаются только в Байкале. Из 58 видов и подвидов, населяющих это озеро, 48 являются эндемиками (Snimschikova, 1994; Martin et al, 1998; Семерной, неопубл. данные). В табл. 1 приводится полный список родов, видов и подвидов сем. Lumbriculidae, зарегистрированных в настоящее время из озера Байкал.
Первые сведения о байкальских люмбрикулидах относятся к 1901 году, к тому времени, когда появилась обширная работа Михаэльсена (Michaelsen, 1901), в которой дается описание новых родов из Байкала: род Lamprodrilus с видами L. satyriscus, (f. typica, f. decatheca, і. ditheca), L. stigmatias, L. wagneri, L. polytoreutus и род Teleuscolex с видами Т. korotnejfi (f. typica и var. gracilis) и Т. grubei, а также новый вид Rhynchelmis brachycephala.
В другой работе, датированной тем же годом, Михаэльсен (Михаэльсен, 1901) описывает несколько новых видов из рода Lamprodrilus (L. pygmaeus, L. isoporus, L. semenkewitschi), приводит описание нового рода Styloscolex с видом S. baicalensis.
В 1905 г. Михаэльсен (Michaelsen, 1905) опубликовывает монографию, в которой наряду с уже известными данными по байкальским олигохетам описывает ряд новых форм и значительно расширяет фаунистический список. Так, для люмбрикулид описывает Lamprodrilus satyriscus f. tetratheca, L. nigrescens, L. pallidus, L. dybowskii, L. bythius, L. inflatus, L. ammophagus, L. pygmaeus var. glandulosa\ а также новый род и вид - Agriodrilus vermivorus; для Rhynchelmis brachycephala, кроме f. typica, устанавливает var. bythia, упраздненный в дальнейшем Изосимовым (Изосимов, 1962).
В 1926 г. Михаэльсен (Michaelsen, 1926) дает расширенное описание морфологии Agriodrilus vermivorus, уточняет и исправляет диагноз рода Styloscolex.
Позднее, в 1931 г., Буров (Буров, 1931) описывает еще 3 новых вида, принадлежащих роду Styloscolex: S. tetrathecus, S. kolmakowi и 5". swarczewskii, а в 1932 г. (Буров и Кожов, 1932) описывается новый весьма интересный вид Rhynchelmis olchonensis.
С. Грабье (Hrabe, 1929а), описывая новый вид рода Lamprodrilus из Македонии, критически рассматривает некоторые систематические признаки ряда байкальских Lamprodrilus, уточняя тем самым их систематику и переносит (Hrabe, 1929b) Bytonomus asiaticus в род Stylodrilus, а в 1931 г. (Hrabe, 1931) предлагает влить род Teleuscolex в род Lamprodrilus, ввиду их близости, основанной на сильной изменчивости полового аппарата у охридских Lamprodrilus pygmaeus. Среди охридских Lamprodrilus pygmaeus оказались обладатели полового аппарата, свойственного роду Teleuscolex, отнесенные Грабье (Hrabe (1931) к новой форме и названной Lamprodrilus pygmaeus f. intermedia.
Анализ нуклеотидных и аминокислотных последовательности mtCOHI гена амфипод
Отношение синонимичных и несинонимичных замен, представленное на рис. 11 (включая третью позицию), предполагает отсутствие влияния возвратных замен на генетические дистанции по mtCOI между видами амфипод. Для проверки этого предположения с помощью алгоритма функции максимальной правдоподобия (программа Puzzle v. 4.0), проводилась априорная оценка мощности филогенетического сигнала в трех вариантах: 1) с использованием всех замен во всех позициях; 2) всех замен в первой и второй позициях; 3) всех замен в первой и второй позициях и только трансверсии в третьей позиции. Полученный результат свидетельствует, что уменьшение числа информативных сайтов ведет к увеличению неоднозначности филогенетического сигнала от 1,9% неразрешенных "квартетов" видов в первом случае, до 4,6% во втором случае. Третий случай является наиболее оптимальным 1,4% неразрешённых квартетов. Тем не менее, для филогенетических древ построенных с использованием алгоритма функции максимального правдоподобия характерна не разрешённость большинства внутренних узлов, при этом NJ-древа при тех же параметрах имеют большую статистическую поддержку за счет бутстреп-оценок. Поэтому в настоящей работе филогенетические схемы с использованием ML алгоритма для mtCOI гена не приводятся.
Таким образом, все предварительные оценки имеющихся данных свидетельствуют об обоснованности использования всех имеющихся информативных сайтов для 1-ой и 2-ой позиций и трансверсий в 3-ей позиции.
На рис. 14 представлена схема филогенетических взаимоотношений байкальских, небайкальских пресноводных и морских амфипод, построенная методом Neighbour-joining. Использовались все замены в 1-ом и 2-ом положениях и только трансверсии в 3-м положении кодона. В качестве внешней группы использована нуклеотидная последовательность My sis relicta (Crustacea, Mysidacea) из Северной Скандинавии. Бутстреп-значения приведены над/под узлами.
Большинство представителей рода Eulimnogammarus объединены в единую кладу, наблюдаются достаточно выраженные внутренние ветви как и для mtCOIII гена, хотя бутстреп-поддержка достоверна не для всех ветвей данной клады. С уверенностью можно говорить о близости видов E.verrucosus, E.vittatus и E.viridis olivaceus между собой и о недавней дивергенции Е. cruentus и Е. lividus. Позиция ветви Е. cyanepis на данном дереве отличается от ранее представленных результатов (рис. 12,13). Это может быть результатом соединения данной ветви с ветвью близкородственного рода Corophiomorphus, ранее считавшегося подродом рода Eulimnogammarus (Базикалова, 1945). Однако, данный порядок ветвления не поддержан высокими значениями бутстреп-теста.
Исходя из морфологических данных, определенная близость Macroperiopus, Eulimnogammarus и Corophiomorphus не вызывает возражений (Камалтынов, 1995).
Порядок ветвления Parapallasea и Palicarinus предполагает монофилетическое происхождение этих двух родов. Значительные длины ветвей, характерные для всего дерева, представленного на рис. 14, являются отражением значительных генетических расстояний между Parapallasea и Palicarinus. Аналогичные выводы можно сделать, рассматривая взаимоотношения двух видов глубоководных Ommatagammarus.
С другой стороны, крайне затруднительно объяснить позиции большинства ветвей, принадлежащих родам Pallasea и Acanthogammarus, с точки зрения современной систематики. Если позиции близкородственных таксонов таких, как подвиды A. flavus совершенно однозначны, то в целом для родов Pallasea и Acanthogammarus не удаётся проследить единой закономерности. При этом, генетическое расстояние между A. flavus и A. flavus sowinski соответствует скорее дистанции между двумя независимыми видами. Не явилась неожиданностью близость финской P. quadrispinosa и байкальской P. grubei, такая позиция ветви подтверждает мнение Барнардов (Barnard J. L., Barnarnard С. M. 1983), которые считали этот вид уникальным современным выходцем из байкальской фауны. К аналогичному выводу привели исследования изоферментного разнообразия 11 байкальских эндемичных Pallasea и P. quadrispinosa (Вяйноля, Камалтынов, 1995).
Происхождение обособленных ветвей Pallasea и Acanthogammarus можно с большой долей уверенности отнести к самому началу образования корней байкальской эндемичной амфиподной фауны. Более иллюстративно данные по mtCOI нуклеотидным последовательностям могут быть представлены путем использования меньшего количества видов. На рис. 14а представлены филогенетические взаимоотношения по mtCOI нескольких групп видов с характером эволюции близким к дихотомическому. Наблюдается относительное большая протяженность внутренних ветвей дерева, и соответственно, большая их статистическая поддержка. Однако, общие закономерности эволюционных взаимоотношений для исследуемых видов остаются прежними. Основная часть байкальских видов объединена в монофилетическую группу (рис. 14, 14а) для которой характерна незначительная протяженность внутренних ветвей, соответствующих, в основном, межродовым взаимоотношениям. В эту же группу включается P. quadrispinosa из Северной Скандинавии. Небайкальские виды из рода Gammarus (G. pulex, G.. lacustris) виды из надсемейства Liysianassoidea (V. sulfuris, Е. gryllus и Abyssorchomene sp.) и байкальские Micruropus образуют другую группу (рис. 14, 14а) с более выраженными внутренними ветвями.
Анализ филогенетических взаимоотношений байкальских люмбрикулид на основе последовательностей СО 1
Согласно описанным выше характеристикам набора данных (нуклеотидный состав, частоты замен), филогенетический анализ был проведен в два этапа. Для получения общей картины филогенетических взаимоотношений видов внутри группы было построено древо (Рис. 21) на основе 34 (включая внешнюю группу) нуклеотидных последовательностей, соответствующих фрагментам гена mtCOI при помощи программы LINTRE (Takezaki et al., 1995). Преимуществом данной программы является то, что при относительном быстродействии LINTRE объединяет в одном пакете филогенетический анализ по отдельным положениям кодона и, одновременно, реализует модель максимального правдоподобия (maximum likelihood) и бутстрэп-анализ по подмножествам положений кодона. Ввиду того, что генетические расстояния между наиболее удаленными видами оказались весьма велики, для характеризации филогенетических отношений в рамках всего набора видов использовались только несинонимичные замены. Так как этот анализ не позволил разрешить некоторые взаимоотношения внутри байкальских видов, главным образом, принадлежащих к группе "Lamprodrilus" то, для того чтобы достигнуть максимального разрешения были использованы синонимичные мутации в третьем положении кодона и лишь одна последовательность в качестве аут-группы (Tubifex tubifex), дабы избежать возможного вмешательства длинных ветвей (Рис. 22, 23).
Проведенный анализ выявил хорошую согласованность полученной нами филогенетической схемы (Рис. 21) и классификации, основанной на морфологических признаках. Доказано, что роды Styloscolex, Stylodrilus и Lamprodrilus являются монофилетичными единицами. Порядок ветвления в первых двух кладах оказался хорошо разрешенным, хотя бустреп-поддержки невелики из-за низкой вариабельности состава нуклеотидов внутри клада.
Согласно, полученным филограммам, группа "Lamprodrilus", включающая роды Agriodrilus, Teleuscolex и Lamprodrilus, очень слабо разрешена. Кроме того, к этой группе примыкает гигантский ринхелмис (Rh. brachycephala), что не согласуется с современной систематикой люмбрикулид. Порядок ветвления внутри группы "Lamprodrilus" достоверно не разрешается даже, если представители этих родов анализируются отдельно от остальных с одной или двумя внешними группами и при использовании только третьих позиций кодонов, так как в двух первых позициях практически нет вариабельности (Рис. 22,23).
Род Rhynchelmis по нашим данным (Рис. 21,22,23) оказался полифилетичным или точнее "разнофилетичным": в нем выделяется группа, так называемых "мелких" Rhynchelmis. В свое время Грабье (Hrabe, 1982) высказывал мнение о выделении отдельного рода Pseudorhynchelmis для Rhynchelmis olchonensis, единственного известного в то время представителя обозначенной ныне группы "мелких" Rhynchelmis. Основанное на изучении морфологии лишь одного вида, это предложение не было поддержано другими исследователями из-за недостаточной аргументации, и род Pseudorhynchelmis был упразднен (Giani & Martinez-Ansemil, 1984). Детальный кладистический анализ морфологических признаков на уровне рода внутри сем. Lumbriculidae (Brinkhurst, 1989) указывает на то, что Rhynchelmis и Pseudorhynchelmis имеют различные корни, то есть эти таксоны полифилетичны. С накоплением новых данных по морфологии так называемых "мелких" Rhynchelmis (Семерной, 1982; Семерной, неопубл. данные; Giani & Martinez-Ansemil, 1984; Kaygorodova et al., 1997; Martin et al, 1998) все больше сомнений вызывает правомерность включения данной группы видов в род Rhynchelmis.
С точки зрения современной систематики такое разделение вполне оправдано, так как представители группы "мелких" Rhynchelmis (или Pseudorhynchelmis sensu Hrabe, 1982) имеют ряд характерных особенностей, не свойственных роду Rhynchelmis. Во-первых, отсутствует сообщение ампулы сперматеки с пищеводом. Во-вторых, все представители группы "мелких" Rhynchelmis лишены рудиментарных атриев. И, в-третьих, края продольной мускулатуры не загнуты внутрь целома, хотя наличие этого признака является одной из своеобразнейших черт, свойственных роду Rhynchelmis. Кроме всего, общим для обозначенной группы является то, что все представители этой группы имеют мелкие размеры тела (макс, поперечник 0.45-0.7мм). По нашему мнению вполне оправдано выделение группы "мелких" Rhynchelmis в самостоятельный род.
Пытаясь получить более высокое разрешение филогенетических взаимоотношениях внутри группы "Lamprodrilus" мы провели филогенетический анализ при использовании только третьих, наиболее быстро эволюционирующих положений кодона (Рис. 22), и основываясь на всех нуклеотидных заменах во всех трех позициях кодона (Рис. 23).
Согласно полученным дендрограммам, роды Agriodrilus, Teleuscolex и Lamprodrilus произошли в результате синхронной радиации от общего предка и представляют собой истинный "букет" видов. Хотя, в принципе, и возможно различить подгруппы видов внутри группы "Lamprodrilus", все же в целом древа (Рис. 22, 23) оказались слабо разрешенными (crown-like radiation) с очень низкими поддержками достоверности основного ветвления. Проведенное методом "Монте Карло" исследование филогении подтвердило достоверность топологии последнего древа (Рис. 23). Эти обстоятельства позволяют выдвинуть гипотезу об очень быстром "коронообразном" или "взрывном" характере образования группы "Lamprodrilus".
Кроме того, характер ветвления внутри группы "Lamprodrilus" не обнаруживает разделения родов, входящих в эту группу, на отдльные кластеры как это предусматривается современной классификацией. Роды Agriodrilus, Teleuscolex и Lamprodrilus выглядят на всех полученных нами филогенетических древах (Рис. 21, 22, 23) как единая группа. Идея объединения представителей трех таксонов, входящих в группу "Lamprodrilus", в единый род не нова и уже высказывалась ранее другими авторами (Brinkhurst, 1989; Cook, 1971) на основе сравнения морфологических признаков, хотя в последствии была оставлена, будучи недостаточно обоснованной. Теперь, подкрепленная результатами молекулярно-филогенетических реконструкций, эта идея вновь становится актуальной.
