НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ЗООЛОГІЇ ІМЕНІ І. І. ШМАЛЬГАУЗЕНА
Лисецька Тетяна Юріївна
УДК 575:597.551.2(477.5)
Структура комплексу щипівок
родів Cobitis і Sabanejewia (Cypriniformes: Cobitidae) басейну Середнього Дніпра та
р. Сіверський Донець
03.00.08 – зоологія
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Київ – 2004
Дисертацією є рукопис
Робота виконана у відділі еволюційно-генетичних основ систематики Інституту зоології імені І.І. Шмальгаузена НАН України м. Київ.
Науковий керівник: доктор біологічних наук
Межжерін Сергій Віталійович,
завідувач відділу еволюційно-генетичних основ
систематики Інституту зоології
імені І.І. Шмальгаузена НАН України, м. Київ
Офіційні опоненти: - доктор біологічних наук
Писанець Євген Максимович,
Національний науково-природничий музей
НАН України, м. Київ,
завідувач Зоологічним музеєм;
- кандидат біологічних наук
Алексієнко Вадим Романович,
Київський Національний університет
ім. Т.Г. Шевченка, доцент кафедри зоології
Провідна установа: Ужгородський національний університет,
кафедра зоології
Захист дисертації відбудеться “ 14 ” грудня 2004 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.153.01 Інституту зоології імені І.І. Шмальгаузена НАН України за адресою: 01030, Київ-30, вул. Б. Хмельницького, 15.
З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Інституту зоології імені І.І. Шмальгаузена НАН України за адресою: 01030, Київ-30, вул. Б.Хмельницького, 15.
Автореферат розіслано “ 10 ” листопада 2004 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради В.В. Золотов
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Поліплоїдні видові комплекси набули значного інтересу при вивченні мікроеволюційних процесів та механізмів гібридогенного видоутворення у риб. Один із диплоїдно-поліплоїдних комплексів був виявлений у широко поширених палеарктичних риб роду Cobitis (Cobitidae) (Васильев, Васильева, 1982). На сьогодні представників родини Cobitide інтенсивно вивчають у багатьох країнах світу. Дослідження останніх десятиліть показали, що видова назва “Cobitis taenia“ містить у собі збірну групу із різних бісексуальних видів та поліплоїдних форм, які розмножуються за допомогою гіногенезу (Васильев и др., 1990, 1999; Васильева, 1989; Осинов, и др., 1990; Boron, 1999; Folia Zoologica (Loaches of the genus Cobitis and related genera), 2000; Rab, Slavik, 1996; Slechtova et al., 2000; Sezaki, Kobayashi, 1978; Vasil'eva, 2000; Vrijenhoek, 1994 та інші).
При описі видів і поліплоїдних форм роду Cobitis важливо враховувати специфіку еволюції цієї групи, оскільки щипівки характеризуються морфологічною консервативністю при високій генетичній диференціації. Встановлено існування видів-двійників із подібною зовнішньою будовою, що характеризуються відсутністю надійних діагностичних ознак на рівні екстер’єру (Васильева, Васильев, 1998; Vasil'eva, 2000). Біохімічне генне маркування, проведене на щипівках Росії (Васильев и др., 1990; Осинов, и др., 1990), в країнах Центральної Європи (Freyhof et al., 2000; Slechtova et al., 2000) та Східної Азії (Sezaki, Kobayashi, 1998) продемонструвало надійність використання генетичних маркерів при вирішенні проблем у їх систематиці, встановленні факту гібридизації та розрізненню диплоїдних та поліплоїдних особин. Тому необхідність комплексних досліджень цієї складної групи риб, що передбачають застосування морфологічних, біохіміко-генетичних, цитогенетичних методів, є цілком очевидна.
Відмінності видового складу і поліплоїдних форм у різних ділянках ареалу потребують розширення районів досліджень. У порівнянні із значним розвитком досліджень родини Cobitide у вищезазначених країнах, щипівки фауни України залишались невивченими на рівні молекулярно–генетичних ознак. Не була з’ясована структура диплоїдно–поліплоїдного комплексу, географічне поширення змішаних популяцій, а також систематичний статус родів Cobitis та Sabanejewia.
Таким чином, все вище зазначене дає підстави вважати дослідження щипівок водойм України і особливо Дніпра, як центральної водотоки, досить актуальним.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Дисертація виконана у рамках планової теми № 137 Інституту зоології імені І.І.Шмальгаузена НАН України: “Дослідження мікроеволюційних і видоутворювальних процесів у модельних групах тварин”.
Мета і задачі дослідження. Метою роботи було вивчення видового складу, генетичної структури, морфологічних особливостей щипівок родів Cobitis та Sabanejewia басейну Середнього Дніпра та р. Сіверський Донець.
Для вирішення поставленої мети були сформульовані такі задачі:
· шляхом біохімічного генного маркування встановити видовий склад і наявність гібридизації між диплоїдними видами щипівок у басейні Середнього Дніпра та у р. Сіверський Донець;
· вивчити генетичну і статеву структуру диплоїдіно-поліплоїдного комплексу;
· проаналізувати морфологічну мінливість диплоїдних видів та поліплоїдних форм щипівок на основі генетично маркованого матеріалу;
· виявити діагностичні ознаки зовнішньої морфології диплоїдних видів та поліплоїдних форм щипівок;
· встановити характер становлення диплоїдно-поліплоїдного комплексу щипівок у часі.
Об'єкт дослідження – щипівки родів Cobitis і Sabanejewia.
Предмет дослідження – систематика, морфологічна мінливість, гібридизація та видоутворення, географічне поширення.
Методи дослідження – біохімічне генне маркування, цитометрія, морфометрія, статистична обробка.
Наукова новизна. Вперше для України, на основі методу молекулярно–генетичного аналізу проведено дослідження диплоїдно-поліплоїдного комплексу щипівок, яке передбачало: генетичне маркування, цитометричний аналіз та детальну морфологічну характеристику. Вперше для України, на основі одномірної та багатомірної статистики порівняно за морфологічними ознаками диплоїдних та поліплоїдних особин, виділені сукупності діагностичних ознак зовнішньої морфології що необхідні для визначення щипівок досліджених регіонів. Проаналізовано багаторічну колекцію зоологічного музею ННПМ НАНУ, на підставі якої вперше для родини Cobitidae, охарактеризована динаміка становлення комплексу щипівок України у часі. Вперше для фауни України виявлені міжвидові гібриди С. taenia-S. aurata і C. taenia-C. melanoleuca; доказано існування C. melanoleuca - нового виду для іхтіофауни України.
Теоретичне та практичне значення. Отримано нові оригінальні дані щодо розробки концепції гібридогенного видоутворення. На прикладі щипівок фауни України показана тенденція витіснення поліплоїдами диплоїдів. Наведені дані про чисельність та розповсюдження диплоїдних видів та поліплоїдних форм щипівок. На підставі генетично маркованого матеріалу виділені діагностичні ознаки зовнішньої морфології, які дозволять визначити диплоїдних та поліплоїдних щипівок на рівні особин, що може бути використано при складанні сучасного визначника прісноводних риб.
Види C. taenia та S. aurata внесені у додатки до Бернської конвенції як види, що підлягають охороні, а S. aurata до Червоної книги МСОП, тому результати роботи мають важливе значення при формуванні природоохоронних списків фауни України, а також для створення рекомендацій з охорони та збереженню біорізноманіття риб.
Особистий внесок здобувача. Дисертантом повністю зроблена морфометрія, цитометрія та проаналізована колекція щипівок зоологічного музею ННПМ НАНУ досліджених регіонів. Самостійно проведено аналіз мінливості морфологічних ознак, а також математичну обробку даних. Дисертантом зібрано більш ніж 80% матеріалу. Здобувач приймала безпосередню участь у біохімічному генному маркуванні.
Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи були доповіданні та обговорені на конференції молодих науковців, що проходила 22-26 квітня 2002 року у Інституті зоології імені І.І. Шмальгаузена НАНУ (м. Київ); Міжнародній конференції "Раціональне використання біоресурсів континентальних водойм", що проходила 2-4 березня 2004 року у Інституті рибного господарства УААН (м. Київ); засіданнях Відділу еволюційно-генетичних основ систематики Інституті зоології імені І.І. Шмальгаузена НАН України та Відділу екологічної фізіології водяних тварин та іхтіології Інституту гідробіології НАНУ.
Друковані роботи за темою дисертації. За темою дисертаційної роботи надруковано 5 статей, 4 з яких у фахових виданнях.
Структура та обсяг дисертації. Робота складається з вступу, восьми розділів, висновків та списку використаної літератури. Дисертація викладена на 166 сторінках машинописного тексту, містить 31 таблицю та 29 рисунків. Список літератури налічує 198 джерел, 134 з яких, надруковані латиницею.
Основний зміст роботи
Розділ 1. Огляд літератури. Проведено аналіз історії досліджень по поліплоїдії тварин. Обговорено головні питання систематики і таксономії у родині Cobitidae: валідні назви спірних видів, проблематика видів-двійників, способи виникнення поліплоїдних форм щипівок роду Cobitis. Охарактеризовано зібрані у науці дані про географічну мінливість і відмінності у складі диплоїдно-поліплоїдного комплексу роду Cobitis на різних ділянках ареалу.
Описано методику використання методу біохімічного генного маркування і генетичної ідентифікації видів та форм щипівок. Дано морфологічну характеристику щипівок родів Cobitis і Sabanejewia у раніше досліджених регіонах. Проаналізовано результати попередніх дослідників, що базуються на використанні сукупності методів аналізу диплоїдно-поліплоїдного комплексу щипівок вивчених регіонів.
Розділ 2. Матеріал і методи. Основою для дослідження стала колекція щипівок родів Cobitis і Sabanejewia зібрана дисертантом за період 2000-2003 рр. Збір проб проведено на території України, у середній частині басейну Дніпра та р. Сіверський Донець.
У басейні Середнього Дніпра було відловлено 696 особин щипівок із 20 вибірок по 6 областям на водоймах: о. Бабине у м. Київ (n=41), о. Вирлица у м. Київ (n=16), о. Тельбін у м. Київ (n=25), р. Ворскла (n=7) (Сумська обл.), р. Десьонка (n=32) (Київська обл.), р. Десна (n=199) (Вінницька обл.), р. Ірпінь (n=40) (Київська обл.), р. Ірша (n=28) (Київська обл.), р. Козинка (n=75) (Київська обл.), р. Удай (n=105) (Полтавська обл.), р. Снов (n=88) (Чернігівська обл.), р. Тетерів (n=40) (Житомирська обл.).
На р. Сіверський Донець (Луганська область) було взято 2 вибірки: перша - в околицях м. Станічно-Луганська у Станічно-Луганському заповіднику (n=81), друга - вище за течією на 20 км (n=118).
Для порівняльного аналізу були зібрані щипівки із верхів’я р. Південний Буг (Вінницька область) і озера Глінка-Новарія в околицях м. Львів (Львівська область). Усього було зібрано та опрацьовано на рівні генних маркерів 942 особини з 24 вибірок.
Для визначення закономірностей формування диплоїдно-поліплоїдного комплексу на території Середнього Придніпров'я та річок Сіверський Донець і Південний Буг були переглянуті колекції представників родів Cobitis та Sabanejewia, що зберігаються у зоологічному музеї ННПМ НАНУ. Усього на колекційному матеріалі було проаналізовано 1341 особина із 66 вибірок. На музейних матеріалах було встановлено формування статевої структури щипівок у часі, у досліджених регіонах. Також була визначена довжина тіла, кількість плям у 4 зоні Гамбетти та форма меланістичної плями при основі хвостового плавця.
У сумі було опрацьовано 2283 особини щипівок родів Cobitis та Sabanejewia, що належать до 90 вибірок, серед яких 942 особини були ідентифіковані на рівні біохімічних генних маркерів.
Для аналізу морфометричної мінливості щипівок були використані тільки генетично марковані особини, що проміряні за стандартною методикою (Правдин, 1966) за 19 пластичними та 5 меристичними ознаками. Крім того аналізувалися лусковий індекс, та враховані особливості характеру пігментації.
Видова належність диплоїдних особин та генетична форма поліплоїдних гібридів була визначена на рівні біохімічних генних маркерів. Визначено рівень білкового поліморфізму усіх виловлених диплоїдних і поліплоїдних щипівок. Електрофоретичному аналізу в 7,5% поліакріламідному гелі в трис-ЭДТА.Na2-боратній системі (Peacock et al., 1965) були проаналізовані ферменти і структурні білки, що кодуються діагностичними для щипівок локусами (Васильев и др., 1990; Осинов и др., 1990; Slechtova et al., 2000). У м’язовій тканині досліджувались: аспартатамінотрансфераза (Aat-1, Aat-2), глюкозофосфатізомераза (Gpi-1, Gpi-2), лактатдегідрогеназа (Ldh, Ldh-B), малатдегідрогеназа (sMdh-1A, sMdh-1B, Mdh-2), неспецифічні естерази (Es-1, Es-2), умбелиферилестераза (Es-D), cтруктурні білки м’язів (Pt-1, Pt-2, Pt-3, Pt-4). У печінці проаналізовано: ізоцитратдегідрогеназу (Idh-1A, Idh-1B), лактатдегідрогеназу(Ldh-С), фосфоглюконатдегідрогеназу (Pgdh), ксантиндегідрогеназу (Xdh). Мінливість фосфоглюкомутази (Pgm) досліджувалась у м’язах за допомогою методу диск-електрофорезу (Davis, 1964).
Ступінь плоїдності геному поліплоїдних особин визначена за розміром площі еритроцитів на мазках крові. Кров була взята у живих риб (Васильев, Васильева, 1982; Sezaki et al., 1977; Sezaki, Kobayashi, 1978).
Використані стандартні методи статистичного опрацювання даних. Розрахунки виконані за допомогою комп'ютерної системи аналізу даних Statistica v.6 (StatSoft., Inc., 2001. USA).
Розділ 3. Стисла фізико-географічна характеристика регіону дослідження. У даному розділі дана коротка характеристика регіонів дослідження.
Розділ 4. Генетична структура і географічний розподіл щипівок. У результаті електрофоретичного аналізу 11 ферментів і 4 структурних білків м'язів щипівок, ідентифіковано 22 локуси, з яких 8 виявили поліморфізм (Aat-1, Gpi-1, Ldh-B, Mdh-1A, Pt-3, Pgm, Pgdh, Sod-1). 4 локуси (Aat-1, Gpi-1 Mdh-1A, Pt-3) були у частини особин константно гетерозиготними з наявністю ефекту дози гену, що свідчить про їх поліплоїдну і гібридну природу, а також про те, що геноми батьківських видів представлені у гібридів у неоднакових кількостях.
Басейн Середнього Дніпра характеризується наявністю двох диплоїдних видів щипівок: С. taenia, і S. aurata (ідентифіковано 1 дорослу особину останнього виду у р. Десна). Крім цього був виловлений диплоїдний гібрид С. taenia-S. aurata, що було встановлено на рівні біохімічних генних маркерів. В межах С. taenia complex були виявлені як диплоїдні, так і поліплоїдні особини, співвідношення між якими суттєво змінюється в залежності від популяції. Максимальна частка поліплоїдів була в популяціях річок Удай (90,47%), Снов (86,37%), Десна (73,37%) та озері Вирлиця (87,50%), дещо менша - у річках Тетерів (72,30%), Ірпінь (55,00%), Десьонка (53,03%) та Ворскла (57,14%). Найменша кількість поліплоїдних щипівок знайдено у популяціях річок Козинка (10,95%) та Ірша (10,72%). У Бабиному озері із 41 дослідженої особини не виявлено жодного поліплоїда.
Більшість поліплоїдів, судячи з того, що вони мають домінування у гібридних спектрах продуктів алелів (Aat-1 100, Gpi-1 100, Mdh-1A 100, Pt-3 ), властивих саме C. taenia, над продуктами алелів невідомого виду (Aat-1 110, Gpi-1 105,110, Mdh-1A 110, Pt-3 ), є гібридами звичайної щипівки з невідомим представником цього роду.
Поліплоїдні гібриди С. taenia complex, за даними біохімічного генного маркування, були розділені на дві основні форми: (I - C. taenia(2)-C. sp., або C. sp.(3)-C. taenia та II - C. sp.(2)-C. taenia), які відрізнялись між собою за алельним складом діагностичних локусів (табл. 4.1).
Таблиця 4.1
Частота алельних варіантів поліморфних локусів у щипівок С. taenia complex Середнього Придніпров’я, Південного Бугу та о. Глінка-Новарія (у %)
Локуси |
Генотипи | Середній Дніпро | р. П. Буг | о. Глінка–Новарія
2n
n=212 | І Ф
n=410 | ІІ Ф
n=16 | 2n
n=5 | ІІ Ф
n=7 | 2n
n=31 | І Ф
n=11
Aat-1 | 100/100
100/100/110
100/110/110 | 100,0 |
100,0 |
100,0 | 100,0 |
100,0 | 100,0 |
100,0
Mdh-1А | 100/100
100/100/110
100/110/110 | 100,0 |
100,0 |
100,0 | 100,0 |
100,0 | 100,0 |
100,0
Ldh-B | 90/100
100/100
100/100/100
100/105
100/100/105
105/105
100/105/105
100/100/110 |
87,0
12,7
0,5 | 2,3
82,2
15,3
0,2 |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
100,0 | 55,5
44,5
Pt-3 | 90/90/90
90/90/100
90/100
90/100/100
100/100/90
100/100 |
100,0 |
74,2
2,9
22,6
0,3 |
100,0 |
100,0 | 100,0 |
100,0 |
100,0
Gpi-1 | 100/100
100/100108
100/100/110
100/100/105
100/105/110
100/110/110 | 100,0 |
21,0
79,0 |
54,5
45,5 | 100,0 |
100,0 | 100,0 |
9,1
63,6
27,3
Примітка: 2n - диплоїдний вид С. taenia, І Ф– гібриди І форми,
ІІ Ф– гібриди ІІ форми, n – кількість особин.
I форма - C. taenia(2)-C. sp., або C. taenia(3)-C. sp. містить диплоїдну, або триплоїдну (у тетраплоїда) частину геному від С. taenia та гаплоїдну від не встановленого на даному матеріалі виду позначеного, як C. sp. (Aat-1 100/100/110; Mdh-1А /100/110; Gpi-1 /100/105 або 100/100/110). Між особинами даної форми спостерігався білковий поліморфізм, виходячи з якого, у річці Десна ми виділили дві групи, що мають різницю за локусами Ldh-В та Gpi-1. Особливістю даної поліплоїдної форми, є наявність самців, їх загальна часта склала 1,1%. Поліплоїдні самці були виловлені у вибірках річок Ірпінь, Удай та Снов.
II форма - C. sp.(2)-C. taenia містить диплоїдну частину геному від не відомого виду C. sp. і гаплоїдну від С. taenia (Aat-1 /110/110; Mdh-1А 100/110/110; Ldh-B 100/100/100; Pt-3 90/90/90; Gpi-1 /105/110 або 100/110/110). Серед поліплоїдів цієї форми відзначені тільки триплоїди. Розподіл генотипів локусів Aat-1, Mdh-1 та Gpi-1 сполучений один з одним. Зазначена форма поліплоїдного гібрида є дуже рідкісною для Середнього Дніпра (2,5%) виявлена у популяціях річок Ірпінь, Снов, Ворскла та Удай.
Сіверський Донець. На рівні генетичних маркерів досліджено 2 вибірки, одна з яких складалася виключно з особин S. aurata, а друга мала складнішу структуру. Тут було встановлено три диплоїдних види: звичайна С. taenia, сибірська C. melanoleuca і золотиста S. aurata щипівки, а також гібриди двох типів: поліплоїдні аллотриплоїди I форми (C. taenia.(2)-C. sp.), які склали 8,8% вибірки та диплоїдні C. taenia-C. melanoleuca (табл. 4.2), яких було вилучено 3 особини. Важливо звернути увагу на те, що крім даного місцезнаходження, за наявними у нас даними, диплоїдні гібриди C. taenia-C. melanoleuca не були виявлені ні де. Серед 8 поліплоїдів С. taenia Сіверського Донця було знайдено 1 самця – така висока частка самців серед поліплоїдів є досить дивною. Електрофоретичний аналіз (табл. 4.2) показав певні відмінності диплоїдних та поліплоїдних форм С. taenia Сіверського Донця від Середнього Дніпра, які стосуються мінливості продуктів алелів локусу Pt-3. Локуси Aat-1, Mdh-1, Gpi-1, а також Ldh-В і Gpi-1 у Сіверському Донці не сполучені один з одним. Хоча можна констатувати певну обмеженість генних потоків між популяціях щипівок цих рік, але на даному етапі вивчення стверджувати їх незалежний видовий статус ми не можемо.
Ріка Південний Буг характеризується наявністю диплоїдного виду С. taenia, що за структурою електрофоретичних спектрів був подібним з Придніпровським, а також триплоїдного гібрида тільки ІІ форми (C. sp.(2)-C. taenia) (див. табл. 4.1). У поліплоїдних щипівок, також як і в популяціях Середнього Дніпра, локуси Aat-1, Mdh-1, Gpi-1, сполучені один з одним.
За більшістю вивчених локусів дану форму можна вважати схожою з відповідними поліплоїдами із Середнього Придніпров'я.
Таблиця 4.2
Частота алельних варіантів поліморфних локусів
у щипівок басейну Сіверського Донця (у %)
Локус |
Алель | 2n n=54 | C. m.
n=9 | S. aurata
n=125 | Поліплоїдний гібрид
n=8 | Диплоїдний гібрид
n=3
Aat-1 | 100/100
100/110
100/100/110
110/110 | 100 |
100 |
100 |
100 |
100
Gpi-1 | 90/90
98/98
98/100
100/100
100/100/105 |
100 |
100 | 100 |
100 |
100
Ldh-B | 90/90
90/100
100/100
100/100/100
100/105 |
98,1
1,9 | 100 | 100 |
100 |
100
Mdh-1 | 100
100/(100/110)
100/110 | 100 |
100 |
100 |
100 |
100
Est-2 | 90/90
90/100
98/98
100/100 |
100 | 100 |
100 |
100 |
100
Est-D | 100/100
100/105
105/105
110/110 | 100 |
100 |
100 | 100 |
100
Pt-1 | 100/100
110/110 | 100 | 100 |
100 | 100 | 100
Pt-3 | 90/90
95/95
90/100
100/100
90/100/100 | 27,8 | 88,9 | 33,3
100
55,5 | 11,1 | 66,7
16,7
100
Pt-4 | 100/100
102 | 100 | 100 |
100 | 100 | 100
Примітка: 2n - диплоїдний вид С. taenia, C. m. - C. melanoleuca,
n – кількість особин.
Озеро Глінка-Новарія характеризується наявністю диплоїдного виду С. taenia, та гібридів І форми (C. taenia(2)-C. sp.) (див. табл. 4.1). При порівнянні диплоїдних щипівок із вивченої вибірки у Прикарпатті із середньодніпровськими та сіверськодонецькими виявлено ряд відмінностей між ними. Всі диплоїдні особини у о. Глінка-Новарія мали гомозиготу Ldh-В /105, тоді як щипівки з басейну річки Дніпро та Сіверського Донця, крім 1 особини із р. Ірпінь, характеризувались наявністю гомозиготи Ldh-В 100/100 і гетерозиготи Ldh-В 100/105. У диплоїдній частині геному гібридної форми, привнесеній С. taenia, спостерігається поліморфізм, за яким поліплоїди зазначеної вибірки значно відрізнялись від гібридів даного типу середньодніпровських популяцій. Деякі відмінності були виявлені і за морфологічними ознаками. Слід вважати, що щипівки цього озера представляють певний інтерес з точки зору обговорення їх систематичного статусу. Можливо це є окремий аловид в межах С. taenia
Розділ 5. Цитометричний аналіз плоїдності. Детальній аналіз сполученості кількості хромосом із розмірами еритроцитів у щипівок, за літературними даними показав, що площа еритроцитів триплоїдів більша ніж у диплоїдів у середньому на 30%, тетраплоїдів – на 60%. (Васильев, Васильева, 1982; Васильев, 1985,1995; Sezaki, Kobayashi, Nakamura, 1977; Sezaki, Kobayashi, 1978). Площа еритроцитів пентаплоїдів повинна скласти різницю приблизно на 90% (Васильев, 1985).
Басейн Середнього Дніпра. За нашими даними аналіз щипівок по розміру еритроцитів дозволяє виявити дві незалежні сукупності (рис. 5.1). Перша з яких відповідає диплоїдам, а друга – поліпоїдам різного рівня. Якщо середня площа еритроцита диплоїда складає 137 у. о., то площа еритроцита триплоїдної щипівки повинна скласти 180 у. о., тетраплоїда – 221 у. о. та пентаплоїда – 262 у. о., що і насправді спостерігається (рис. 5.1). Виходячи з викладеного, можна вважати, що у басейні р. Дніпро, поліплоїдні щипівки належать до триплоїдів і тетраплоїдів (табл. 5.1). Не виключено, що в Середньому Придніпров’ї інколи зустрічаються і пентаплоїди, на можливість існування яких вказували і інші дослідники (Васильев, Васильева, 1985). Усі цитометрично досліджені гібриди ІІ форми мали розміри еритроцитів, що відповідають триплоїдам. Важливо відзначити, що у поліплоїдних особин І форми, на відмінну від ІІ форми - вірогідно, більші еритроцити.
Сіверський Донець. За площею еритроцитів (рис. 5.2) відрізнялися не тільки диплоїди та поліплоїди, але і диплоїдні види між собою. У проаналізованих цитометрично поліплоїдів площа еритроцитів склала 168-185 у. о., що вкладається у розміри еритроцитів триплоїдів. Варто звернути увагу на те, що у гібридів С. taenia-C. melanoleuca площа еритроцитів має проміжне значення для цих двох видів. Ця обставина, поряд із характером електрофоретичних спектрів, підтверджує диплоїдну природу гібридів.
.
Таблиця 5.1
Співвідношення поліплоїдних форм Cobitis taenia complex
середньої частини р. Дніпро (у %, в умовних одиницях)
Вибірка | Триплоїди
(від 180 у. о.) | Тетраплоїди
(від 221 у. о.) | Пентаплоїди
(від 262 у. о.)
о. Вирлиця (n=14) | 33,4 | 58,3 | 8,3
р. Десьонка (n=17) | 66,7 | 22,2 | 11,1
р. Десна (n=146) | 60,0 | 33,0 | 7,0
р. Ірпінь (n=22) | 82,2 | 17,8 | 0
р. Ірша (n=3) | 100 | 0 | 0
р. Козинка (n=8) | 40,0 | 60,0 | 0
р. Удай (n=95) | 84,8 | 15,2 | 0
о. Тельбін (n=17) | 100 | 0 | 0
р. Тетерів (n=29) | 37,0 | 59,3 | 3,7
р. Ворскла (n=4) | 100 | 0 | 0
Розділ 6. Морфологічна характеристика диплоїдних видів і поліплоїдних форм щипівок. У результаті проведеного аналізу генетично маркованої серії щипівок була виділена сукупність діагностичних ознак зовнішньої морфології для визначення щипівок роду Cobitis басейну річок Дніпро та Сіверський Донець. Проведено оцінку мінливості диплоїдних і поліплоїдних щипівок, за виділеними найбільш значущими ідентифікаційними морфометричними ознаками, за якими диплоїди вірогідно відрізняються від поліплоїдів. Визначені межі їх мінливості. Наведені результати промірів луски та охарактеризовані особливості забарвлення.
Середній Дніпро. Найбільш значущими при порівняннях диплоїдних і поліплоїдних форм виявилися виміри тіла представлені у таблиці 6.1.
Таблиця 6.1.
Сукупність діагностичних морфометричних ознак
різних форм щипівок Середнього Придніпров’я
Ознаки | C. taenia
n=132 | C. taenia (2)–C. sp.
n=403 | C. sp.(2)-C. taenia
n=16
M + m / Lim
SL | 7,31+0,18 | 8,41+0,20 | 8,42+0,29
4,20 – 9,80 | 4,30 – 10,05 | 6,50 – 11,20
aV | 51,07+0,13 | 52,26+0,10 | 55,08+0,67
48,00 – 53,85 | 50,00 – 59,32 | 51,47 – 59,28
pl | 13,52+0,10 | 14,19+0,10 | 16,11+0,11
12,01 – 15,38 | 11,76 – 17,39 | 15,54– 17,39
c |
18,22+0,08 | 17,39+0,25 | 16,36+0,14
16,67 – 20,55 | 16,56 – 23,26 | 15,38– 17,27
hc | 60,37+0,20 | 58,95+0,16 | 57,07+0,50
55,56 – 64,71 | 50,00 – 63,64 | 53,33 – 60,00
lB3 | 13,60+0,39 | 17,36+0,17 | 19,52+0,97
9,75 – 16,67 | 11,54– 19,33 | 16,67 – 22,73
io | 13,73+0,22 | 19,91+0,33 | 22,80+0,93
10,56 – 17,86 | 11,76 – 25,71 | 18,33 – 27,51
Примітка: SL – стандартна довжина тіла (без хвостового плавця, у мм); у % до стандартної довжини тіла: aV – антевентральна відстань, pl – довжина хвостового стебла, с – довжина голови; у % до довжини голови: hc – висота голови на рівні потилиці, lB3 – довжина мандібулярних вусиків, io – міжорбитальна відстань,
І Ф– гібриди І форми, ІІ Ф– гібриди ІІ форми, n – кількість особин.
На підставі дисперсійного аналізу було встановлено, що щипівки з різним генотипом різняться між собою за середнім значенням 38% вивчених ознак зовнішньої морфології. За допомогою дискримінантного аналізу було встановлено, що не тільки жодна окрема ознака, але й уся їх сукупність не дають 100% надійності ідентифікації поліплоїдних форм щипівок на рівні окремих особин (табл. 6.2). Однак, найбільшу надійність у визначенні окремих особин дає морфометрія тіла. Крім того до ознак, що дозволяють визначити більшість особин слід віднести також лусковий індекс, кількість плям у четвертій зоні Гамбетти та форму меланістичної плями при основі хвостового плавця. Інші пластичні та меристичні ознаки не мають діагностичної цінності і не дозволяють ідентифікувати розглянутих щипівок. У таблиці 6.2 наведено відсоток діагностичної цінності трьох груп ознак на особистому (у дужках – на груповому) рівні.
Таблиця 6.2.
Порівняння діагностичної цінності трьох груп ознак
у щипівок Середнього Придніпров’я.
Види та форми | Групи ознак та процент вірних визначень
Проміри
тіла | Проміри
луски | Особливості забарвлення
С. taenia | 100,0 (100,0) | 80,2 (94,9) | 76,1 (84,2)
І форма | 95,9 (100,0) | 35,7 (44,4) | 70,5 (73,3)
ІІ форма | 81,2 (100,0) | 81,8 (85,0) | 59,6 (65,8)
Для комплексної характеристики мінливості вивчених ознак диплоїдних та поліплоїдних особин був використаний аналіз головних компонент (рис. 6.1), за результатами якого видно, що диплоїди відрізняються від поліплоїдів у просторі двох головних компонент.
Особливе значення мають морфологічні відмінності двох поліплоїдних форм. Результати промірів тіла і луски поліплоїдних особин гібридів C. taenia(2)-C. sp. (C. taenia(3)-C. sp.) зайняли проміжне положення між диплоїдною C. taenia та C. sp.(2)-C. taenia, що може розглядатися як доказ гібридної природи поліплоїда. У особин з двома геномами C. sp. у порівнянні з альтернативною формую та диплоїдом вірогідно (р<0,01) більша довжина хвоста, антевентральна відстань, міжорбітальна відстань та довжина мандибулярних вусиків. Також достовірні відмінності виявлені у формі голови (р<0,01), котра більш висока, а рило більш витягнуте. Характерним є положення черевних плавців щодо початку спинного. У зазначених щипівок черевні плавці розміщені ближче до хвоста, тоді як у диплоїдних - до голови. Поліплоїдні самці (можливо по причині їх нечисленності) за морфометричними ознаками вірогідно не відрізняються від диплоїдних, за винятком меншого розміру платівки Канестріні.
Диплоїдні самки і самці С. taenia, з усіх вивчених популяцій, не різняться між собою за промірами луски (t=0,086). Самки і самці C. mеlаnoleuca, за вказаною ознакою, також не мають достовірної різниці між собою (t=1,15). Це підтверджує стабільність ознаки серед представників виду і надає нам повну можливість використовувати цей показник як діагностичний при порівнянні щипівок із різними генотипами. За промірами луски лише між диплоїдами та поліплоїдами II форми були встановлені вірогідні відмінності (р<0,01). У щипівок із двома геномами C. sp. більша центральна частина луски, що позбавлена борозен (t=5,78).
Проведена детальна оцінка особливостей забарвлення диплоїдних особин і поліплоїдних форм. Показовими виявлені привнесені нами у діагностику щипівок такі ознаки, як форма плями при основі хвостового плавця (р<0,01) (у всіх поліплоїдних щипівок пляма більш витягнута та має форму коми), а також кількість плям у четвертій зоні Гамбетти. Встановлено, що у поліплоїдних форм, на вивченому матеріалі, вірогідно (р<0,05) більша кількість плям, що не пов'язано з довжиною тіла.
Сіверський Донець. Представники С. taenia відрізняються від двох інших видів довжиною голови, хвоста, вусиків, плавців, антедорсальною і міжорбітальною відстанями та діаметром ока. У них вірогідно менша центральна частина луски, що позбавлена борозен, ніж у C. mеlаnoleuca (t=4,27) та S. aurata (t=3,71).
На підставі дисперсійного аналізу було встановлено, що досліджені види щипівок значно відрізняються один від іншого за середнім значенням 65% вивчених ознак зовнішньої морфології. Стандартними методами дискримінантного аналізу були проаналізовані різні групи ознак і зіставлена їх дискримінанта значимість (табл. 6.3).
При використанні аналізу головних компонент, для комплексу ознак щипівок родів Cobitis і Sabanejewia показано, що диплоїдний вид S. aurata характеризується значними відмінностями за проаналізованими ознаками (рис. 6.2).
За комплексом ознак диплоїдні гібриди С. taenia-C. mеlаnoleuca, як і очікувалось, зайняли проміжне положення між батьківськими видами.
Таблиця 6.3.
Порівняння діагностичної цінності трьох груп ознак
у щипівок Сіверського Донця
Види та форми | Групи ознак та процент вірних визначень
Проміри
тіла | Проміри
луски | Особливості забарвлення
S. aurata | 100,0 | 58,3 | 100,0
C. mеlаnoleuca | 100,0 | 44,4 | 100,0
С. taenia | 100,0 | 97,6 | 98,4
С. taenia–C. mеlаnoleuca | 100,0– | 71,3
C. taenia(2)–C. sp. | 83,3 * | 35,6 | 87,6
Примітка: * - значення, дискримінації без урахування S. aurata.
Характерною рисою поліплоїдних щипівок басейну р. Сіверський Донець є те, що вони у середньому меншого розміру, у порівнянні із середньодніпровськими поліплоїдами. У них вірогідно (р<0,05) більш високий хвіст, менша міжорбітальна відстань і вища голова.
При порівнянні диплоїдних щипівок із поліплоїдними за промірами луски було встановлено, що сіверськодонецькі поліплоїди, на відміну від середньодніпровських, мають значно більшу центральну частину луски, що позбавлена борозен (t=3,22).
До особливостей характеру пігментації щипівок Сіверського Донця варто віднести те, що на відміну від диплоїдів басейну Середнього Дніпра у 20% особин по середині боку, проглядає темна смуга міокоми або її окремі ділянки. Уздовж хвостового стебла зверху і знизу, від анального до хвостового плавця, особливо чітко у самців, виражені жирові гребені, у вигляді шкірястої складини, яка відсутня, або слабко виражена у Придніпровських С. taenia. Плями в четвертій зоні Гамбетти меншого розміру і неправильної форми, тоді як у Дніпровських - плями крупніші, іноді з’єднані по декілька, і мають еліпсоїдну форму.
Розділ 7. Зміни у структурі диплоїдно-поліплоїдного комплексу щипівок Середнього Дніпра на протязі ХХ сторіччя.
За літературним даним у Підмосков’ї поліплоїдні самці зустрічаються вкрай рідко (Васильєв, 1985). Результати наших досліджень свідчать про те, що частка поліплоїдних самців у Середньому Придніпров’ї складає - 1,1%, у Сіверському Донці – 2,3%.
Було порівняне співвідношення самців та поліплоїдних особин в усіх генетично маркованих вибірках. На рисунку 7.1 видно, що існує зворотно пропорційна залежність між кількістю самців та кількістю поліплоїдів.
За нашими даними диплоїдні щипівки С. taenia мають вірогідно (р<0,01) менші розміри тіла ніж поліплоїдні. Співставлення особливостей характеру пігментації диплоїдних особин і поліплоїдних форм показало, що диплоїдні особини вірогідно відрізняються від поліплоїдних за такими ознаками характеру пігментації: форма плями при основі хвостового плавця, кількість плям у четвертій зоні Гамбетти. На підставі зазначеного можна порівнювати вибірки зібрані у різні роки і визначати частину поліплоїдних особин. Завдяки цьому з'являється можливість, при роботі з колекційним матеріалом, встановити характер становлення диплоїдно-поліплоїдного комплексу у часі. З цією метою були проаналізовані колекції щипівок, що зберігаються у зоологічному музеї ННПМ НАНУ.
Усі вибірки, що досліджувались, були згруповані у 4 основних періоди, та дана їх характеристика.
1) 1920-1930-і рр. Щипівки цього періоду, належать до диплоїдів. На це вказує, як висока частка самців (35-40% рисунок 7.2), так і невелика кількість плям у бічній лінії (звичайно 14-17), плями великі і найчастіше правильної еліпсоїдної форми. Меланістична пляма при основі хвостового плавця одна і має округлу форму. У статевозрілих самок, що зібрані у цей період спостерігалась, у середньому, невелика довжина тіла (табл. 7.1).
Таблиця 7.1.
Зміні довжини тіла самок С. taenia за період 1920-2003 рр.
Роки | M | + m | min | max
1920-1930 | 71,83 | + 1,03 | 43,00 - | 95,00
1970 | 77,87 | + 0,55 | 42,00 - | 100,00
1980 | 79,68 | + 1,08 | 45,00 - | 96,00
1990 | 86,16 | + 1,22 | 44,00 - | 100,00
2000-2003 | 80,33 | + 0,55 | 42,00 - | 112,00
Примітка: М – середні значення, m – стандартна похибка.
2) 1970-і рр. В більшості вибірок, на нашу думку, домінують поліплоїди. На користь цього свідчать у середньому дещо збільшені розміри тіла щипівок (див. табл. 7.1) і дуже невелика частка самців - близько 14% (рис. 7.2). Також помітні зміни у забарвленні: відбувається збільшення кількості плям та зміна їх розмірів і форми у 4-й зоні Гамбетти. Меланістична пляма при основі хвостового плавця, у більшості особин, має різко витягнуту форму. При цьому варто підкреслити гетерогенність вибірок. Так поліплоїди явно домінують по основному річищу Дніпра. Тут частка самців не перевищує 5%, тоді як у малих річках і ізольованих водоймах - частка самців була вище (приблизно 25-30%). Можливо, що поліплоїди спочатку поширились по річищах основних водотоків (у даному випадку по річищу Дніпра), а потім заселили і другорядні водойми.
3) 1980-і рр. Вибірки дуже різноякісні. Наприклад, у р. Ірпінь різко переважають поліплоїди (частка самців - 4%), а у притоках річок Псел та Почайна збереглись практично диплоїдні популяції (частка самців - 33%).
4) 1990-2003-і рр. Матеріал представлено, як музейними зборами, так і нашими генетично маркованими особинами. Вибірки характеризуються різким домінуванням поліплоїдів. У середньому, щипівки цього періоду вірогідно крупніші, ніж у попередніх роках (див. табл. 7.1). Вони характеризуються збільшенням кількості плям у бічній лінії (М=19), та різким домінуванням особин із пігментною плямою при основі хвостового плавця у формі коми. Частка самців у вибірках, у середньому, склала 15%, що вірогідно менше, ніж у попередні роки (рис. 7.2).
Таким чином, протягом дуже короткого за історичними мірками періоду часу у басейні Дніпра відбулись значні зміни у співвідношенні статей і поліплоїдних форм у представників роду Cobitis. У 1920-30 роки XX ст. популяції складались, із значною долею вірогідності, із диплоїдних особин, а вже у 70-х роках XX ст. почали переважати поліплоїдні форми, про що свідчить зменшення частки самців у популяціях, збільшення середнього розміру самок у вибірках та деякі зміни у характері пігментації щипівок.
Поряд із домінуванням поліплоїдів у басейні Дніпра зникли, або стали дуже рідкісними представники роду Sabanejewia (за виключенням р. Тетерів та Десна). В 1920-30 роки у р. Дніпро та його притоках в усіх вибірках 20-25% складала S. aurata. У зборах з 1970-х років і далі, представники роду Sabanejewia відсутні. Зазначений факт, на нашу думку, свідчить про те, що після зарегулювання річища Дніпра відбулися зміни у гідрологічному та гідрохімічному режимі ріки і золотиста щипівка зникла у місцях з повільною течією.
Розділ 8. Походження поліплоїдних форм у представників роду Cobitis на Україні. Основні труднощі, при діагностиці видів і гібридних форм щипівок, викликає не розроблена донині систематика Cobitis”taenia” complex, та незрозумілість того, які саме види стали вихідними батьківськими формами для аллоплоїдів. Незважаючи на детальні дослідження генетичної структури поліплоїдних щипівок питання про їх походження залишається дискусійним. Дані генного маркуваня щипівок Росії (Васильев и др., 1990; Осинов и др., 1990), Центральної Європи (Sivkov, Dobrovolov, 1984; Slechtova et al., 1990; Slechtova et al., 2000; та інші), а також наші дослідження показують, що у геномі триплоїда екпресовано диплоїдний (у тетраплоїда триплоїдний) набір генів від С. taenia і гаплоїдний від C. sp., або C. sp.(2)-C. taenia(1). Ми вважаємо, що у випадку переважання у геномі поліплоїда хромосомних наборів від С. taenia - зовнішньо гібрид буде схожий на номінативний вид. У протилежній ситуації - поліплоїди будуть чітко відрізнятися від С. taenia, що і було доказано вище.
Як особливість, що відрізняє щипівок р. Москва і середньої частини Дніпра та Сіверського Донця слід зазначити наявність поліплоїдних самців, які не виявлені у Західній Європі та Азії (Boron, 1992, 1995; Rab, Slavik, 1996; Folia Zoologica (Loaches of the genus Cobitis and related genera), 2000; Slechtova et al., 2000; Sezaki et al., 2000; та інші.). Як було встановлено раніше, причиною появи поліплоїдних самців у популяції Підмосков'я, є гібридизація триплоїдів із диплоїдним видом С. melanoleuca, із утворенням ще однієї поліплоїдної раси (Васильев, и др., 1999). Походження поліплоїдних самців басейну Дніпра нам не відомо.
Наявність внутрішньопопуляціїного білкового поліморфізму може мати принципове значення, оскільки дозволить з’ясувати способи утворення поліплоїдів. На нашу думку поліплоїдні щипівки виникають від масових схрещувань по всій зоні контакту батьківських видів. У цьому випадку спостерігається високий рівень внутрішньопопуляціїного білкового поліморфізму, при низькому рівні генетичної диференціації популяцій, як і було доказано вище. Поліплоїди відзначаються на всьому протязі ареалу звичайної щипівки С. taenia, від Далекого Сходу і по всій Європі. Вважаємо, що в Азії і Європі поліплоїди виникають незалежно. Підтвердженням даного припущення є присутність різних поліплоїдних гібридних форм на сході і на заході, та різний видовий склад щипівок Західної і Східної Європи та Азії (Васильев и др., 1990, 1999; Васильева та ін.,1989; Осинов, и др.,1990; Boron, Kotusz, 2000; Folia Zoologica (Loaches of the genus Cobitis and related genera), 2000; Slechtova et al., 2000; Sezaki, Kobayashi, 1998; Vasil'eva, 2000; Vrijenhoek, 1994 та інші.).
Особливу увагу ми хочемо приділити диплоїдним і поліплоїдним щипівкам Середнього Дніпра, із генотипами Ldh-B 100/105 і Ldh-B 100/100/105 відповідно. При
