Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биохимический полиморфизм, систематика и филогения ящериц рода Phrynocephalus (Agamidae, Reptilia)

ВАК РФ 03.00.08, Зоология

Автореферат диссертации по теме "Биохимический полиморфизм, систематика и филогения ящериц рода Phrynocephalus (Agamidae, Reptilia)"

ИНСТИТУТ ЭВОЛЮЦИОННОЙ МОРФОЛОГИИ и экологии

животных

имени А.Н.СЕВЕРЦОВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

ЛИХНОВА Ольга Петровна

БИОХИМИЧЕСКИЙ ПОЛИМОРФИЗМ, СИСТЕМАТИКА И ФИЛОГЕНИЯ ЯЩЕРИЦ РОДА

РНК УЫОСЕРНАШБ (АвАМШАЕ, ЕЕРТША/

Специальность 03.00,08 - зоология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1092

Я ^5/уф

Работа выполнена в Институте аводвдконной шрфологии п вкодогии животных им. А. Е Северцова Российской Академии Наук

НАУЧШЕ РУКОВОДИТЕЛИ:

доктор биологических наук Е Е Орлов кандидат биологических наук А.Е йшшмиков

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор биологических наук Б. Д. Шсильев кандидат биологических наук В. А. Кадабушкин

ВЕДУЩЕЕ УЧРЕЭДЕНИЕ:

Институт биологии развития иЦ ЕЕ Кольцова

Российской Академии Наук

Зашита состоится "13" октября 1992 г. в Ц. часов на sacедании Специализированного Совета (Д. 002.48.02) по валдате диссертаций на соискание ученой степени доктору биологических наук в Институте эволюционной морфологии и экологии животных им. А.Е Северцова Российской Академии Наук (117071, Москва, Ленинский пр., д. 33).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Отделения обшей биологии Российской Академии Наук

1922 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета

кандидат биологических наук

Л Т. länpasoi

российская

б^блио екл

~— | ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

;! Актуальность темы. Ящерицы рода РЬгупосерЬа1иэ - чрезвычайно еловая в систематическом плане группа Перекрывающаяся внутри- и межвидовая изменчивость круглоголовок затрудняет разграничение и идентификацию форм. До сих пор в герпетологической литературе отсутствует устоявпэеся мнение о составе и таксономической структуре рода РКгупосерЬз1из, но определено точное количество видов в роде. Хорош известно, что исследование генетических признаков, в частности декретных моногенных признаков - белковых генов, зачастую позволяет разобраться с трудными с точки зрения систематика группами. Целостный анализ межвидовой и внутривидовой изменчивости биохимических признаков круглоголовок может послужить основой при определении уровней генетической дивергенции, при установлении родственных отношений сравниваемых форм и, наконец, при реконструкции филогении рода, что в свою очередь иолет помочь в решен:«! вопросов, (сасавдихся истории формирования фаун пустынь Палеаркти-ки.

Цель и задачи исследования. Цель работы - изучение систематики и филогении ящериц рода РЬгупосерКа1из на основе биохимических признаков. Поставлены слэдувдие основнко вадачи.

1. Изучить характер аллозимной изменчивости у круглоголовок, провести межвидовой сравнительный анализ биохимических признаков.

2. Определить общий уровень биохимического полиморфизма в популяциях круглоголовок.

3. Оценить уровни генетической дивергенции различных форм круглоголовок.

4. Проанализировать полученные данные р позиций фенетического и кладистического подхода, сравнить результаты, предложить схему классификации рода. ' *

5. Построить схему филогенетических отношений внутри рода

Научная новизна Впервые в рамках единого биохимического анализа проведено сравнительное исследование всех видов круглоголовок с территории Средней Азии, Казахстана и Монголии. Выявлены генетические различия для изученных видов круглоголоЪок, предложена схема разграничения форм внутри рода Определены уровни генетической дивергенции для рода РЬгупосерЬа1из. Щюдложена кдасгчфикация рода, основанная на биохимических признаках. Уточнен таксономический

- г -

статус ряда фэри круглоголовок Дано предварительное описание под-видовой структуры некоторых фора круглогодовой. Построена охсш филогенетических отношений ендов рода Phrynocephalus.

Теоретическая и практическая 8начимость. Шлучениьв реаулм ь-ты вносят значительный вклад в разработку таксоноыичоскоЯ структуры рода Phrynocephalus, позволяют выявить пути эволюции группы, проливают свет на нэкоторш аспекты фаушгенеэа аридной воиы Пале-аргаики.' Уточнение таксономического ранга малоизвестных фора круглоголовок ноют б*ль полезно при установлении их природоохранного статуса Сведения о таксономии рода могут бьль попользованы при составлении кадастра герпетофауны Средней Азии |и Казахстана Ул-польаоаанш рода Phrynocephalus в качестве модальной группы вносит определенней вклад в понимание обда механтюв эволюции реятштп, а тагаэ з разработку проблемы микротаксоноыической дифференциации Применение целого ряда разнообразных штодик (фонетических и клн-дистических) определяет общую методологическую ценность предстаи-лзиной работы.

Апробация работы. Материалы диссертации долоаэны на 2 Всесоюзной конференции по проблемам эволицш (Ыэсква, 1988), на рабочей совещании по круглоголовкам (Шсква, 1988). на 7 Всесоюзной герпе тологической конференции (Киев, 1С89), на 2 1&ядународном сишози' уш по биологическим ресурсам Монголии (Галле, 1992), на шжлабо-раториом коллоквиуме Института эволюционной морфологии и экологии животных им.- А.Е Северцова АН РАН (1£юква, 1092).

Публикации, По тема диссертации опубликовано 7 работ.

Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 10 глав, выводов. Текот диссертации наложен на страница*, включает 4 таблш^/ ЧЧ рисунку и fd фотографий. Список литере.-■ туры представлен /Жнаишнованияци (из них -f5"русских). В прилежании приведены таблица первичных данных, распечатки расчетов на ПЭВМ.

Я благодарна научный руководителям & Е Орлову и А. Е Ыилив-никову, а также первому руководителю еще студенческих работ П. £. Штекину. Я особо признательна Г. И, йенброту и Д. В. Семенову, бь& чьей поддержки, заинтересованности и консультация эта работа вряд

ян бн "ocro"."DGb. Вольете спасибо Е В. Ананьевой, Ы. ¡1 Баскевич, !1 Л ГолуОеву, Л. С. Голубцову, Б. А. Дуназву, E.KL Иваницкой, Б. А.

JLA. Лзврен'кмко, ЕС. Лебедеву, И.Я Павлинову за лочоць в проведении расчетов и консультации при обсуждении результатов исследования. Незаменимую помощь мне шеазали Б. Д. АОатуров, R S. Бобров, а И. ГрабовсккЯ, Е. А. Дунаев, Л KL Зшова, Е. fü Jtea-'птусая, л. Свезмухаммелоя, П. Н. Панов, Д.Е Семенов, Е Формозов, С. Шашаков, Г. И. ¡Шнорот, так как именно они отловили и привезли круглоголовок. &!радам m сво» кскрэннкзз признательность.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во "Введении" обоснованы актуальность проблемы, цель и задачи исследования.

В первой главе проанализирована история изучения систематики рода Phrynocophalus.

1'лтериая и методы

(Материал представлен 54 выборками (8S8) особей из природных популяций ящериц родов Phrynocophalus (13 видов), Agara (1 вид), Stall lo (1вид), Trapo lus (1 видУ. йзэриц отлавливали в различных регкоках Средней Азии, Казахстана, 1'гжголии, в Туве и в Эфиопии в 1085-1989 годах (табл. 1). Определение систематической принадлежности произведено сотрудника^! Ю!Ш РАН Семеновым Д. Е и Шзнбро-тоы Г. IL

БюхттеааШ анализ. Использовали модцц бедра, почки, в некоторых случаях сердце. В ходе работы применяли вертикальный электрофорез белков в полгакриламиднем гело (Peacock et al., 1S57), а также горизонтальный электрофорез в крахмальны геле\ (Smithies, 1055). Использовали стандартные электрофоретические буферные системы (Solander et al., 1971; Harris, Hopklnson, 1976) с собственными модификация)® для некоторых ферментов. Вежи окрашивали по общепринятым гистохимическим методикам (Shaw, Prasad, 1870; Solander et al., 1971; Harris, Hopklnson, 1976).

Идентификацию митохондриадьной и цитопдазыатической форы КОН, GOT, КЕ проводили после выделения чистых фракций шггохондий ив печени у 10 ящериц P. versicolor. «•

В каждом исследованном локусо (их было 16 для группы

ТАЕЛЯЦЛ 1

Характьриотика выборок из природных популяций явдарчц годов Р11гупосерЬа1из, А^атд, ыеПЮ иТгаре!из

ВИД

Мзсто отлова

Дата Величина ММ отлова выборки выборов

1

Р]-1гупос0рЬа1шз

Р. ЫИогсориз

г _ з _____ 4

Западный Казахстан, Урда ишь 1985 Г5~

б

Р.

1п1ег5сари1аг1з

Р. во1иЬе»11

Р. л»1апигиз

Р. шоНэсЬапоу!

Р. шу51асеиз

ИШЬ 1287 14

июль 1987 сентябрь

Восточный Казахстан, гора Ушкара Восточный Казахстан, Андреевка

Каракалпакия, плато Устюрт, 70 км В Каслыка 1985 Туркмения, малый Бадхан апрель 11986 Казахстан, п/о Мангш- I

лак. Таучик ишь 1986

Каракалпакия, плато Устюрт. 70 км 3 Шаолыка ншь 1986 Каракалпакия, остров Барса-Нельмес ■ Туркмения, Гекдере Узбекистан, Аякагытма Узбекистан, юг Каршин-ской степи Казахстан, Кызыд-Ордин- шй 1987 6 екая обл.

Восточный Казахстан. Сюгатинская долина,

33

12 3

18

13

апрель 1987 5 апрель 1987 10 апрель 1887 3

14 16

80

33

32 31

34 25

39

40

33

30 км Ю- Э Чундяа ишь 1987 9 37

Восточный Казахстан,

гора Ушкара июнь 1987 17 Э8

Таджикистан, гора Окбельшй 1988 4 41

Туркмения, Репетек ШЙ 1985 53 43

Туркмения, Куртлинское

вдхр. Шй 1985 22 45

Туркмения, Репетек сентябрь

1985 101 44

Туркмения, 6 кы С-3

Гекдере апрель 1987 17 47

Каракалпакия, Боагуд «ай 1987 43 46

Туркмения, Баш апрель 1986

1987 . 4 18

аВосточньй Казахстан,

оверо Зайсан ИШЬ 1955 4 18

*Каракалпакия, Бозгуд май 1987 17 17

Туркмения, Репетек Б 48

Каракалпакия, Бозгул шй 1987 20 49

Восточный Казахстан,

пески Суртке . ишь 1987 11 50

Восточный Казахстан,

Андреевка ишь 1687 3 51

- б -

' окончание Таблицы i

1

3

сентябрь

4

P. rsddôl Туркмения, So км Ю-В

• Ашхабада 1985 14 Туркмения, Кели апрель 1987 13 Туркмения, 25 км В Кели апрель 1987 10 Таджикистан, заповедник "Тигровая балка" апрель 1989 10 P. rotlculatus Узбекистан, КызылКумская станция ишь 1985 11 Западная Туркмения,

Бургун апрель 1987 17

Узбекистан, Дарахлы апрель 1988 16

Узбекистан, Еркулты апрель 1988 15

Узбекистан, Шафрикан апрель 1988 3

P. rosslkowi Туркмения, Лебап апрель 1987 10 P. sogdianus Таджикистан, заповедник

"Тигровая балка" апрель 1989 19 P. strauchi Узбекистан, Ферганская

долина (Окбель, Коканд) апрель 1987 24

P. versicolor Монголия, Обот-Хурал ишь-июль

1985 15

Монголия, Галбын-Гоби ----"---- 19

Монголия, Олгон-Элс ----"---- 17

Шнголия, Баян-До в ----"---- 12

Монголия, Бзгзр " 19

Монголия, Ургамал август 1988 21

Шнголия, Лун август 1988 21

Шяголия, Уэнч август 1988 19

Тува, озеро Тере-Холь август 1985 23 ★Восточный Казахстан, Сюгатинская долина

30 км К>-3 Чунджа июнь 1987 11 ■ -¿Восточный Казахстан, '

Айдарлы ишь 1987 2ч ★Восточный Казахстан,

озеро Алтын-Коль август 1988 4

Agara agrama Эфиопия, Гамбеда сентябрь

. 1988 7

Stellю Туркмения, Каракала, октябрь

caucas lus Шарлаук 1986 6

Trapolus Каракалпакия, 40 км Ю-В май 1987

sanguinolentus Нукуса, Бозгул И

24

26

27

25

19

20 21 22 23 29

42

28

1 2

3

4

5

7

8 9

6

10 11 12 54

52

53

★Анализ распределения аллелей в 16 локусах для исследованной группы видов показал, что виды P.relanurus (N выборки 16) и P. moltschanovl (N выборки 17) в рамках данной работы целесообразно рассматривать вместе с видом Р. euttatus; а выборки, собранные в долине реки Или и определенные как P. versicolor paraskiwl (NN 10, ll, 12). следует относить к виду P. ijuttatus.

- в -

"guttatus" и P. strauchl (Pgd, mt-ßot, Ldh-1, Ldh-2, ШЬ-l, tólh-2. Qpd, Gpt, Pgm, Sod, Ck, Sp-1, Gp-2, Gp-3, Sp-4, Me-1) и 15 для остальных видов (кроив №-1)) «определяли частоты аллелей в выборкпх.

Математическая обработка данных. Вычисляли меры генетичестой изменчивости: среднее число аллелей на локус (А), процент полишр-фных локусов (Р) при введенном дороге в 95Х, 99Х и бев порога, ояздаемую и фактическую гетероэиготность (Нехр, Hobs); коэффициенты генетического сходства и генетических дистанций (Cavalli-Sforza & Edwards, 1967; .Edwards, 1071. 1974; Nal, 1972. 1078; Rogers, 1972; Wright, 1978). По матрицам генетических1 коэффициентов с из-■ пользованием 4-х вариантов кластеризации и метода Farris (1972) строили фенограымы . и Vfegner деревья. Все перечисленные процедуры вычисления проводили по программе BI0SYS (Svofford, Seiander, 1981), Кладограиац по отдельным биохимическим признакам как при испольвовании модели "локус - признак", так и модели "аллель -признак" строили по программе PALP (Swofford, 1985).

Характеристика белковых спектров яшериц родов Phrynocephalus, Agama, Trape lus. Stell lo

В главе приведены фотографии и описания спектров 16 исследованных локусов, даны схемы распределения аллелей по видам круглоголовок, для каждого локуса описаны диагностические аллели вида. Биохимическая изменчивость ящериц рода Phrvnooephalus Приведены данные по уровню генетического полиморфизма в популяциях и для видов в целом. Сопоставлена генетическая и морфологическая изменчивость видов.

Основные подхЬды к анализу биохимических данных для филогене тических реконструкция

В обзоре рассмотрены принципы фонетического и кладистическогс подхода в систематике, их применение при анализе алловимной изменчивости. Приведено описание и свойства различных генетических коэффициентов, критерии их применения; Описаны методы кластеризации. Разобраны возможности использования биохимических признаков для кладистических реконструкций с привлечением "классического" подхода (Hennigf, 1966) в интерпретации Patton a Avise (1983), количественных методов, оперирующих отдельными признаками (так называемый

Wagner tree method (Farrls, 1970)) и количественных методов, использующих генетические дистанщш. Дан анализ кодировки электрофо-ретических признаков. Рассмотрены модели "аллель - признак", "ло-кус - признак", принципы их применения, определения состояния и полярности признаков в рамках каждой модели. Признается оправданным стремление исследователя параллельно применять различные подходы при обработке своих данных.

Общий принцип выявления таксоноыичеасой структуры рода Phrynocephalus

1. Основой для построения системы рода служила та модель от- . новоний между формами круглоголовок, которая была максимально согласована со всем многообразием полученных фенограмм и кладограмм.

2. Выделение таксонов проводили в соответствии с критерием монофилии группы (в случае фенетических классификаций этот' критерий заменялся на принцип единства группы).

3. Таксономический ранг форм определялся по уровню дивергенции данной Форш от ее сестринской. Уровни дивергенции оценивали по величинам генетических дистанций медцу формами. Были построены гистограммы распределения 5 коэффициентов генетической идентичности. генетических дистанций и патриотических дистанций (CavalИ-Sforza & Edwards, 1967; Hei, 1972; Wrisrht, 1978), по которым выделялись пики и границы, предположительно соответствующе различным уровням дивергенции (рис. 1). С учетом известной классификации рода Phrynocephalus выделенные уровни трактовались как по-пуляционные, лодвидовые, видовые, надвидовке и родовые. Ранги (родовой, надвидовой (группа близких видов), видовой,^подвидовой) присваивались таксонам, начиная с таксономических единиц низшего уровня, в обязательном согласии с правилом совместимости системы и кладограммы. '

Фенетический и кладистическИй анализ биохимических признаков

Фонетический анализ

Фенетическая кластеризация порождает больиое количество вариантов как в пределах отдельного алгоритма кластеризации, так и в пределах коэффициента Однако, все множество полученных фенограмм можно поделить на два класса, хотя в пределах каждого есть разли-

N

ISP-IJS-iu>-

laX

9i> tf-iO-

SO «

Рис. l. Распределение генетических дистанций для изученных видов рода Phrynocephalus, а модифицированный коэффициент J Rogers (Wright, 1978),

ЛПЫ1ч>ЛТГ}тГ

а,

wo

o.va

о.хо

O.ia

N «о

-W

- 39

%5

60

IS

-30

-(J

-0

D.

ceo ал о o*o

OS ISO ttS (HO Ш 9« IS 60

b. генетическая дистанция Cavalli-Sforza & Edwards (1967), chord. Гистограмма от- J ражает картину до сглаживания, I линия с точками - после сгла-1 живания.

"У

JltfliD

N

ito ■W - 90 %S 60 ■ HS -30 <5 0

tU-Ö'

0.Ю 0.1O 0.1Q 0.40 DJO o.so 0.10 o.ao

- g -

чия: 1. построенные методом UPGMA по большинству использованных коэффициентов (рис, 2а), 2. метод UPGMA, коэффициент Edwards "Е" (Edwards, 1971, 1974); и WPGMA, коэффициенты Caval11-Sforza ô Edwards aro и chord (Cavalll-Sforza S Edwards, 1Q67) и Edwards "E" (рис. 2b). В обоих случаях род Phrynocaphalus делится на 8 четко различающихся друг от друга групп видов, однако состав двух из них варьирует. На фенограммах первого класса разбиение имеет следующий вид:

1.. Группа "guttatus" (Семенов, 1987), в которую входят следуйте виды P. guttatus, P. versicolor, а также "спорные" виды - Р. moltschanovi, Р. melanurus; 2. P. helloscopus с двумя четко различающийся формами; Р. retículatus .(западная Туркмения) и Р. raddoi; 3. Р. retículatus (Узбекистан); 4. P. Interscapular!s, P. sogdlanus; 5. P. golubewlt; 6. P. mystaceus; 7. P. rosslRowl; 8. P. Strauch 1.

Второй вариант отличен от предыдущего разбиением групп 2 и 3. Группа 2 представлена лишь P. helloscopus, а группа 3 состоит из P. raddai и Р. retículatus (западная Туркмения и Узбекистан).

Полученные нами схемы во многом сходны с классификацией, построенной по морфологическим характеристикам, хотя в некоторых случаях существенно отличается от традиционной системы круглоголовок. В первую очередь это касается видов Р. retículatus, Р. raddeí. Яээрицы из западной Туркмении, определенные как Р. retículatus bannikovi оказались фенегически ближе к двум подвидам P. raddel, чем к своему номинативному подвиду из Узбекистана.

Охадисттеский анализ

Wagner деревья, построенные на основе генетических дистанций

Wagner деревья строили по коэффициентам Rogers (1972), модифицированному Roarers (Wright, 1978), Cavalll-Sforza 8t Edwards arc и chord (1967), Edwards "E" (Edwards, 1971, 1974), Prevostl (Wright, 1978), которые обладают свойствами метрики. Внешняя группа была представлена тремя родами (подродами) семейства Agamidae: Agama, Stellio, Trapelus. Существенных различий в топологии деревьев не обнаружано. Лишь дерево по модифицированному коэффициенту Rogers отличалось от остальных местом присоединения Р.

построенная по модифицированному коэффициенту Rogers (Vright. 1978) (Dr)„ a. - UPSMA. b. VPGMA. Нумерация соответствует нумераций вьйорок в таблице 1.

eolubewu.

Руководствуясь критериями ыонофилии и генетических дистанций, на основе полученных деревьев внутри исследуемого рода Phrynocephalus ■ возможно выделение следующих групп видов:' 1. P.versicolor, P. guttatus (VG); 2. P. halloscopus (с двумя Ирмами) (HELI); 3. P. raddei, р. retlculatus (с двумя формами) (RERA); 4. P. interscapular is, P. sogdlsnus (SOIN); б. P. golubewll (aOLU); 6. P. mystaceus (MYST); 7. P. rosslkovrl (ROSS); 8. P. strauchl (STRA).

Полеченные деревья во многом схожи с фенограммами (рис. 2а, Ь; 3), хотя есть существенные различия в порядке объединения групп видов. ГЬ-иному здесь такмэ трактуются взаимоотношения между Р. raddei и двумя формами P. retlculatus (см. ниже).

Кладэграшы, построенные на основе данных по состояниям биохимических признаков в юдели "аллель -признак?' -

Кодируемые состояния признака соответствовали присутствию либо отсутствию аллеля в выборке. Основание кладограммы задавалось по месту вхождения внешних групп (родов агам) и гипотетического предка (HYPA) (совокупность аллелей, которые были найдены по крайней мере у двух из четырех исследованных родов).

Согласованная (consensus) кладограмма подтверждает выделение 7 групп родственных видов внутри рода Phrynocephalus, полученных по Vainer деревьям с учетом генетических дистанций, и не противоречит выделению восьмой (P. halioscopus) (рис. 4).

Сопоставление результатов фетгтесного и кладнсттеского анализов

Для фонетического анализа обнаружено противоречие-^ выделении групп видов как в пределах метода, так и в пределах коэффициента В то же самое время, этот анализ не добавил ничего нового к тому, что было получено при обработке данных с позиций кладисти-ческого подхода. Кладистический же анализ показал более стабильный результат. Набор и состав выделенных групп видов не различался при использовании разных коэффициентов и разных методов построения кладограмм. .

'Кроме того, следует отметить, что юадистическая схема в от-

ко?

К*

- А А"

М ¿и*«

\ !эт гя ■

53 Рис- 3- «агпег дерево, построенное го кодифицированному коэффициенту Иокеге (УПрМ;. 1978) (иг), для рода КлупосерпаХиз. нумерация соответствует нумерации выборок в таодице 1.

Г .24

ья

Кзэ

-л»

I

к

- га -

рис. 4. Согласованная (consensus) юадограмыа, построенная на основе данных по состояниям биохимических признаков в модели "аллель - признак", для рода Phrynocephalus. Нумерация соответствует нумерации выборок в.таблице 1, HYPA ■ | гипотетический предок, см. в тексте.

.шчие от Генетической не противоречит господствувдэму взгляду на таксономическую структуру P. reticulatus, что можно рассматривать как показатель ее большей адекватности.

Таким образом, мы приняли схему, полученную при использовании кладистических методик. В дальнейших исследованиях структуры выделенных групп видов мы опирались на кладограммы и, следовательно, полученную систему рода можно считать филогенетической.

Группы видов, столь однозначно выделенные по дистантным Wagner деревьям, скорее всего естественные образования - надвиды, т. к. формы, составлящие данные группы, аллопатричны и трактуются традиционной систематикой как близкие виды или подвиды.

Группы видов в пределах рода Phrynocephalus: сравнение с предыдущими исследованиями

В главе проведено сопоставление результатов настоящего исследования с предыдущими классификациями рода Отмечены значительные совпадения, разногласие касается положения P. strauchl. Ib результатам данного анализа круглоголовка Штрауха не родственна Р. reticulatus, с которой ее часто сближают (Ванников и др., 1S77-, Ananjeva & Tuniyev, 1992) и является представителей особой ветви рода Phrynocephalus.

Дифференциация внутри выделенных групп видов

Группа "guttatus"

Виды P. versicolor и P. guttatus хорошо различаются между собой, формируют 2 клады. Одну группу составляют ящэрицы вида Р, versicolor, пойманные на территории Шнголии и Тува К другой группе относятся восточноказахстакские популяции круглоголовок, определенные как P. versicolor parasklvri. а также яшерицы, выделенные в виды P. guttatus, P. molanurus, P. moltschanovi. Средние значения коэффициентов генетической идентичности / дистанций и патриотических дистанций для выборок, относящихся к разным кластерам, находятся в пределах видовых значений. Выборки из долины реки Или, определенные как P. v. parasklwi, оказались в кластере/кладе P. guttatus. Отличия илийских популяций от пестрых круглоголовок из Монголии и Тувы соответствуют видовым. С другой стороны, ИЛИйе-кие япэрицы генетически близки к ящерицам, относящимся к другим

видам - P. guttatus, P. melanurus, P. maltschanovt. Уровень различий между ними доходит до популяционного. Таким образом, мы встретились о ещэ одним несоответствием между a priori принятой классификацией и версией, основанной на биохимических признаках (Лихно-ва, Милишников, 1988; Иилишников. Лихкова, 1989).

Для P. guttatus можно предположить следующее.

1. Биохимический анализ подтверждает, что на территории Казахстана и средней Азии сбитака 3 подвида вертихвостки: P. g. guttatus, P. g. kuschakewitschi - Семиречье, P. g. alpherakil -верхнее и среднее течение реки Или (видимо, до Капчагайского водохранилищ) .

2. Видовой статус P. iroltschanovl и P. malanurus не подтверждается биохимическими данными, показана их близость к номинативному подвиду вертихвостки. В то же время, полученный результат можно трактовать как проявление несоответствия скоростей морфологической и биохимической эволюции.

3. На территорию восточного Казахстана пестрая круглоголовка, по-видимому, не заходит.

Обосновано выделение подвидов и переходный характер некоторых популяций P. versicolor. Биохимические формы, населящие Туву с одной стороны и южную, центральную и восточную йонголию с другой, соответствуют разным подвидам P. versicolor - P. v. kulagini и Р. v. versicolor соответственно, которые выделяются по мор<$юлогичэс-ким признакам (Семенов, Шэнброт, 1989). Популяция кз Ургамала является переходной - из всех популяций номинативного подвида она ближайшая к тувинской.

Особый интерес представляют выборки из монгольской Джунгарии (Уэнч) и окрестностей Бэгэр, у которых обнаружены аллели, характерные как для P. versicolor из Монголии. так и для P. guttatus из Казахстана. Считается, что в этом районе (по крайней мере, в Уэнч) (Семенов, йэнброт, 1S89) обитает форма Р. v. hispida Отличие выборки из Уэнч от всех выборок, представляющих номинативный подвид пестрой круглоголовки, достаточно велико и находится в пределах подвидовых значений.

Наблюдаемое распределение аллелей у Р. v. versicolor, P. v.

hispida и P. euttatus и взаимоотношения между зткми тремя форшш; шжно объяснить двояко. 1. Если предположить, что P. v. hispida является наиболее примитивной формой P. versicolor и наиболее близкой к общему предку P. versicolor и P. euttatus, Z. Популяции, населяющие Монгольскую Джунгарию, имеет гкбридогенное происхождение - P. versicolor х Р. ífuttatus.

Очевидно, что P. versicolor и P. guttatus является сестринскими формами. Поскольку первый вид относится к фауне Центральной Азии, а второй - к фауне Средней Азии и Казахстана, естественно возникает вопрос о месте формирования и эволюции этой группы. Результаты анализа Wagner деревьев свидетельствуют в польэу большей примитивности P. euttatus, поэтому, можно предположить, что прьдок группы обитал на территории восточного Казахстана к/или Джунгарии. В дальнейшем произошло разделение единого ареала с образованием двух викариирувдих форм. Становление современного ареала Р. guttatus (расселение вплоть до Северного Кавказа) шгло происходить значительно позднее и не сопровождалось значительными генетическими изменениями. В пользу того, что исходной точкой развили* клады, включающей в себя P. guttatus и P. versicolor, является район, географически близкий к Дифнгарии. говорит и тот факт, что самые примитивные популяции P. versicolor найдены в Джунгарии, откуда они, по-видимому, распространились на восток и далее на север.

Группа P. reticulatus - P. raddei

Результаты кладистичесюого анализа говорят о большей генеало-. гической близости двух форм P. retioulatus по отношению друг к другу в сравнении с P. raddei. Однако, генетические различия между ящерицами, относимыми исходно к подвидам reticulatus и bannikovi, достигали видового уровня, что говорит о целесообразности выделения сетчатых круглоголовок из западной Туркмении в отдельный вид P. bannikovi.

На примере этой группы ярко прослеживается преимущество кла-дистического подхода по сравнению с фенетическии. Расхождение кла-дистической и фонетической схем (последняя предполагает большую' близость P. raddei и P. bannikovi по сравнению с P. reticulatus)

можно обменить значительно различающимися скоростями эволюции биохимических признаков у двух форм P. retlculatus и P. raddoi. Анализ Wagner деревьев, построенных по генетическим дистанциям, пока-вывает^ что эволюционное развитие P. retlculatus после отхоадения от обпзэго предка характеризуется большим количеством изменений по сравнению с Р, banni ko vi и P. raddei. То есть, можно предположить, что скорости эволюции Р, bannlkovl и Р, raddei относительно медленные. в то время как у P. retlculatus - относительно быстрые. Тогда, различия э скоростях эволюции могут привести к тому, что форт bannlkovl окажется Генетически блил© к P. raddei, чем к Р. retlculatus, к лишь кладнстический анализ сшлсет выявить эволюционные отношения таксонов (рис! 5).

RnuLclelj.,..-

P.reliculalus

Рис. Б.

Ebarwûkovi

Генетические и кладистические отношения внутри группы P. raddei P. retlculatus.

Биохимический анализ говорит аа шяотипичность вакаспийской круглоголовки, так как генетические различия неаду номинативной формой и формой Ьоеиаоп не достигают подвидового уровня.

Р. ¡пЬегзсари1аПв - Р. зокНатз

Совокупность подученных данных позволяет рассматривать Р. эо^апиз как недавно возникшую Форму, ещэ не накопившую достаточного для придания ей видового ранга количества отличий от родительского вида Р. 1^егзсари1аг1з.

Р. пузЬасеиз

Нэ подтверждается выделение подвидов ушастой круглоголовки на территории Средней Азии и Казахстана

Р. ЬэНозсориэ

1Ь нашим данным в пределах вида Р. ЫНсвсориз выделяется две группы популяций: из северной и восточной частей ареала и из южной части ареала (рис. 2а, Ь; 3). Различия между ними находятся между видовым: и подвидовым уровнями дивергенции.

Дяя каждого выделенного кластера/клады возможна дальнейшая дифференциация. Так, среди северных форм Р. ЬеПозсориз отличия уровня подвидовых характерны для выборки из Ушкары. Для южной формы Р. ЬвПоэсориз можно выделить две группы популяций с уровнем отличий, соответствующих подвидовому. К первой относилась выбора ив Ферганской долины и одна из выборок из окрестностей Аякагытка (т.е. ящерицы подвида за1<1аНеУ1), ко второй - выборки из Каршинс-кой степи, с малого Балхана и вторая выборка из Аякагытма.

Дилогенетические отношения между группами видов рода РЬгупосерЬа1из

Методы построения кжаюгреш

Реконструкция филогенетических отношений будет обоснована с наибольшей надежностью в том случае, если одновременно используется принципиально разные методы ее проведения. Шэтому, в дополнение к у*в описанным процедурам был выполнен кладистический анализ, опиравшийся на использование в качестве таксономических единиц групп видов, выделенных ранее. Это позволило привлечь новые методы анализа данных, основанные на моделировании эволюции отдельных признаков.

Кроме того, сравнивая деревья, полученные разными способами, мы надеялись оценить степень пригодности тех или иных методов представления биохимических данных для филогенетических реконструкций.

Ыодзль "локус - призяак"

Изложена последовательность представления биохимических данных для кладистических реконструкций: определение состояния признака; формирование эволюционной гипотезы для локуса - обоснование предкового состояния, построение таксон-признакового дерева с минимальной длиной ветвей; взвешивание локусов; последовательное кодирование одних и тех же данных с тремя различными уровнями разре-

Pro. б. Итоговая схема филогенетических отношений изученных видов рода Phrynooephalus.

Ret - p. retlculatus retlculatus ■,

Ban - p. bannlkovl (Р. rotlculatus bannikovi)

Rad - p. raddel

Ross - P, rosslkowi

Golu - p. golube»ll

HelH - p. helloscopus halloscopus

Hell - p. helioscopus (северная форма, южное Прибалхашье)

Hel2 - p. halloscopus (южная форма, но не подвид saidallevi)

HelS 4 .p. h. saldalievl

VerV - p. versicolor versicolor

VerK - p. v. kulaglni

VerH - p. v. hispida

GutQ - p. juttatus euttatus

ßutA - p. g. alpherakll

6utK - p. g. kuschakewltchl

Stra - p. strauchl

Sog - p. sojdianus

Int - p. lriterscapularls

Myst - p. mystaceus

салил.

Ыояэль "аллель - признак'

В рамках данной модели опробывались различные варианты кодирования (с учетом частоты аплеля и без учета) и взвешивания признаков (дифференциальное взвешивание для аллелей разных локусов), а также кодирование с разными уровнями разрешения (т.е., введение нескольких порогов по'частоте аллелей).

Обоснование итоговой кшдюттэстй гипотезы

Последовательный анализ полученного многообразия кладограмы позволил обосновать выбор итоговой кладистической гипотезы (рис. б). .

Waçrner сеть ,

Структура полученной разными методами Wagner сети характеризовалась следующими особенностями. Во-первых, во всех случаях выделялась единая ветвь, включающая RERA, ROSS, GOLU. HELI (RRGH). (Основание дерева никогда не фиксировалось через эту группу, отсюда, естественный вывод о кладисхическом единстве группы. ) Во-вго-рых, соединение четырех ветвай RREH, va, SOIN, MYS7 происходило всегда единственным способом. Противоречие в исходных Wagner сетях касалось лишь положения STRA, во-первых, и структуры группы RRGH, во-вторых.

Определение основания марева

Для описанной вьшю структуры Vagner сети выделялось два принципиально различающихся варианта формирования ориентированного дерева. В первом случае основание задавалось таким образом (по месту вхождения внешних групп и/или гипотетического предка), что от общего ствола первым ответвлялась группа MYST, либо SOIM (значительно реже), либо обе вместе. Во втором случае - раньше всех отходила группа VS, и, соответственно, выделялась.клада, включающая STRA, MYST и SOIN. Обосновывается, что второй вариант определения основания дерева является артефактом, возникшим при реконструкциях по биохимическим признакам га счет несбалансированного вклада одной частной гипотезы (гипотезы об эволюции отдельного локуса) в результирующую. Таким образом, признается приоритет первого варианта определения основания дерева Представляется наиболее вероятным,

- El -

что именно группа fiYST раньше других изученных вступила на путь самостоятельной эволюции, хотя, очевидно, группа SOIN не сильно уступает MYST в этом.

Возмэхят пути эволюции рода Phrynocephalus Реконструированная схема филогенетических отношений видов ро-| да Phrynocephalus позволила выдвинуть максимально экономную гипотезу об эволюции экологических характеристик яшэрвд и их ареалов.

Признается, что наиболее древнее происхождение имэкуг туранс-киа автохтонные псаммофилы, а шещго, 1. P. mystaceus, 2. Р. Interscapulars и P. so^dianus, причем первая и вторая группы родственным! не являются. Если предположить, что исходные формы тшта были псаммофилами, то дальнейшая эволюция круглоголовок, по-види-яаму, пошла в сторону генерализации с образованием экологически •пластичных видов, обитающих на разных типах грунтов, включая твердые. В качестве приьэра можно привести P. strauchi. В дальнейшем, вероятно, часть эвритопных форм проникла в Центральную Азию и дала начало центральноазиатской фауне круглоголовок. Это предположение вытекает из полученных нами результатов, касающихся P. versicolor, оно такяа подтверждается исследованием Масеу et al. (1091), показавшим кладистическое единство центрадьноазиатской фауны круглоголовок в целом. Последующая эволюция в. Туране протекала в сторону специализации к жизни на твердых грунтах. Освоение этих местообитаний было связано' с появлением новой клады, представителями которой ныне являются P. ratlculatus, P. raddel, P. helloscopus, Р. golubewil, P. rosslkowl.

биогенетические отношения автохтонных иранских и афганских видов с туранскиыи пока не ясны. Близость ряда псаммофильных афганских форм (P. luteoguttatus, P. ornatus, P. clarkorum, P.suptilopus) к основанию филогенетического древа круглоголовок была бы подтверждение« гипотезы об исходной псшдюфильности рода и локализации исходного очага формообразования рода Phrynocephalus на территории Афганистана - южного Гурана.

Гипотезу о происхождении 1фуглоголовок в Центральной Азии наги данные, также как и исследование Масеу et al. (1991) не подтверждают.

Еог:! принять излокэн ную вшэ схему эволюции рода Phrynoccphalus, тогда точка зрения Никольского (1916) о Еторлчнос-тк фауны пресмыкающихся арало-каспкйских пустынь н первичности централыюазиатской не подтверддается. В целом результаты нааэго анализа согласуется со взглядом Чернова (1959) на существование особого древнего среднеазиатского очага формирования песчаной гер-петофауны.

выводы

1. Сенетический и кладистический аналиа биохимические признаков по 16 белховш локусам у представителей рода Phrynocephalus (фауна Средней Азии,-Казахстана и Монголии) позволил вьэдел1тгь 8 групп видов в пределах зтого рода: 1. группа "guttatus", 2. Р. Etystaceus, 3. P. interscapulars - P. sogtfianus, 4. P. raddei - Р. reticulatus, б. P. rossikowl, б. P. strauchl, 7. P. halloscopus, 8. P. eolubowli.

2. Шлученнке кладистические юдели демонстрировали большую согласованность изкду собой и с традиционной систематикой, чем фе-нетичсские.

3. Обнаружены несоответствия ыэдду получэннымн на основе биохимических признаков кладистнчаскиш гипотезами и традиционными представлениями о систематике рода Phrynocephalus.

Биохимический анализ не подтверждает ввделение P. mlanurus и P. noltsobanovi в самостоятельные виды. Ящэрицы, ооэтающие в долине реки Или должны быть отнесены к виду P. guttatus, а не Р. versicolor paraskiwi. Т&чим образом» группа "guttatus" представлена двумя видами (для фауны Средней Азии, Казахстана и Шнголии): P. guttatus is P. versicolor.

' Предполагается, что формы P. raddei, P. reticulatus и Р. bannikovi являются видами в пределах надвидовой группировки raddei - reticulatus.

Выделено 2 форма P. heliosoopus - северная (она, вероятно, включает номинативный ' подвид) и. южная (включающая подвид saldallevl).

Исходя иг уровня генетических различий между песчаной и сог-дианской круглоголовками, вторую предпочтительней считать подвидом

первой.

4. Сформулированы гипотезы относительно внутривидовой структуры ряда исследовании* форм.

Егд P. versicolor а фауне России и 1ШР по делит проведенного анализа продставлеа тремя подзвдеш: P. versicolor versicolor ('а.вдральная, «asía«! м восточная Мэнголия), P. versicolor kulagini (lyea .at cesepo-заподная Шнголия), Р. versicolor hispida (восточная Дяуигария). вероятна, Р. v. híspida является наиболее примитивной Формой P. versicolor и наиболее Слизкой к сбя»иу предку Р. versicolor и P. guttatus.

Подтверждено сбитаюга на территории Казахстана и Средней Азии трех подвидов P. guttatus: P. guttatus guttatus - западный Казахстан, р. guttatu3 kuschakewltchi - Семиречье, P. guttatus alpherakli - долина рога Или.

В пределах P. raddot не подтверждается выделение подвида boettgeri.

Показана генетическая однородность популяций Р. interscapularis Средняя Азии, а такяе популяций P. nystaceus Средней Азии и Казахстана

Популяция северной фориы P. halloscopus из сдного Прибалхашья заслуживает, возможно, выделения в отдельный подвид. Показала генетическая неоднородность популяция южной формы Р. hslloscópus. Выявлено два варианта* 1. иа петой Туркисшы и южного Узбекистана; 2. ив Яерганской доимы.

Б. Предполагается, что наиболее древними по происхождению иа исследованных видов круглоголовок является туранские автохтонные лсамнсфялы, в именно, 1. P. jnystaceus, 2. P. interscapularis и Р. sogdianus, причем первая и вторая группы родственными не является.

5. В отдельную, более позднюю по происхождению, группировку родственных видов внутри рода Phrynocephalus. объединяются склеро-бионтнве форш: P. raddei, P. reticulatus, P. golubewll, Р, halicscopus, P. rossikowi.

7, Положение группы "guttatus" на филогенетическом дереве не согласуется с точкой зрения о первичности цэнтральноазиатской фауны круглоголовок по сравнению со среднеазиатской.

Ifo материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Милишников А. Е , Лихнова О. Е Некоторый особенности гекетичэс- i кой изменчивости в популяадих ' пестрой круглоголовки (Phrynocephalus versicolor Str.) Монголии и Тувы. Герпетол. исс-лед. в Шнгольской Народной Республике, 11, 1986, с. 143-151.

2. Орлов Е Е, Милишиков А. Е , Победоносцева Е. Ю., Лихнова 0. П Результаты исследования вопудяционной структуры песчаной круглоголовки - Phrynocephalus Interscapular is (Agamidae) морфологическими и электрофоретическими методами. Зоол.ж., 1088, tomLXVII, вып. 11. с. 1683-1698.

3. Jiiоснова 0. Е, Милишиков А. Е Генетическая дифференциация и таксономия ядарщ рода Phrynocephalus группы guttatus (Agamldaa, Rapt Ilia). Проблемы цикроэвоящии. Тез. докл. Е , ШИП, 1988, с. 105-106.

4. чМилишников А. Е!, Лихнова 0. Е Биохимическая систематика рода Phrynocephalus (Raptilia. A^amidae). Вопросы герпетологии. Авторефераты докладов Седьмой Всесоюзной герпетологической конференции. Киев, Каткова думка, 1989, с. 163-164.

Б. Semanov D. V., Shenbrot 0.1., Llchnova О. Differentiation of the "guttatus"-coniplex (Phrynocephalus, Agamldae). la- Abstracts of the 6th Ordinary General Meeting of. the Socletas Europaaa Herpetologloa, 19-23 August, 1991, Budapest, Hungary, p. 81.

6. Likhnova 0. P., Milishnlkov A.N. Protein variability and systematic® in lizards Phrynocephalus versicolor (Agamidae) from Mongolia In: 2. Internationales Synposium "Erforschung blologlsoher Ressourcan der Mongols!" in Deutschland vom 25.3 -30.3 1992, Thesen, p. 79-80,

7. Likhnova 0. P. Biochemical systematlcs of toad a?amas Phrynocephalus (Aganldae, Reptilia). In: Abstracts of the Asian Herpetological Meeting 1992 15-20 July, Huanjshan, Annhui Province, China, 1992, p. 46-47.

Подл, в печ. 07.09.92 г. Тира* 100 экэ. Заказ If 18300

Централизованная типография ГА "Соозстройматериалов"