Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Филогения и механизмы формирования ареалов хариусов бассейна реки Амур

ВАК РФ 03.02.06, Ихтиология

Автореферат диссертации по теме "Филогения и механизмы формирования ареалов хариусов бассейна реки Амур"

На правах рукописи

Семенченко Александр Анатольевич

Филогения и механизмы формирования ареалов хариусов бассейна реки Амур (род ТЬутаЦю, 8а1тогн(1ае)

03.02.06 - ихтиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 9 "Л 2013

Владивосток 2013

005544174

Работа выполнена на Кафедре биоразнообразия и морских биоресурсов Школы естественных наук Дальневосточного федерального университета (ДВФУ)

Научный руководитель

доктор биологических наук, профессор Иванков Вячеслав Николаевич

Официальные оппоненты:

Книжин Игорь Борисович, доктор биологических наук, профессор, Иркутский государственный университет, профессор кафедры

Рожкован Константин Васильевич, кандидат биологических наук, ФГБУН Биолого-почвенный институт ДВО РАН, старший научный сотрудник

Ведущая организация

Камчатский филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Тихоокеанского института географии Дальневосточного отделения Российской академии наук (КФ ТИГ ДВО РАН)

Защита состоится 26 декабря 2013 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 005.008.02 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт биологии моря им. A.B. Жирмунского Дальневосточного отделения Российской академии наук по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Пальчевского, 17. Телефон: 8 (423) 2310905; факс 8 (423) 2310900; электронный адрес: inmarbio@mail.primorye.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт биологии моря им. A.B. Жирмунского Дальневосточного отделения РАН

Автореферат разослан «_» ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук

Е.Е. Костина

Актуальность темы. Хариусы юга Дальнего Востока России являются ценнейшими объектами любительского рыболовства, а также модельной группой рыб для изучения биогеографии. Долгое время считалось, что в бассейне Амура обитает лишь один вид хариуса - амурский хариус (Thymallus grubii Dybowski, 1869). Однако многие авторы отмечали значительную неоднородность различных популяций этого вида, что впоследствии дало предпосылки для пересмотра таксономического статуса хариусов Амура [Книжин и др., 2004; 2006; 2007 и др.]. И.Б. Книжин с соавторами описывает желтопятнистую форму (Т. grubii flavomaculatus Knizhin, Antonov et Weiss 2006) и нижнеамурскую (Т. tugarinae Knizhin, Antonov, Safronov et Weiss, 2007) [Книжин и др., 2006; 2007]. Верхнеамурская форма стала номинативным подвидом хариуса, описанного Б. Дыбовским как Т. grubii grubii Dybowski, 1869. А.JI. Антонов [2004] описал крупночешуйную форму как Т. burejensis Antonov 2004.

Несмотря на проведенную ревизию, мнения о систематическом положении амурских хариусов до сих пор остаются противоречивыми. Некоторые авторы ставят под сомнение валидность описанных хариусов [Зиновьев, 2005а,б]. Другие повышают подвидовой ранг верхнеамурского и желтопятнистого хариуса до видового [Bogutskaya et al., 2008]. Эти и другие примеры показывают необходимость дальнейших работ по уточнению таксономического положения амурских хариусов.

Большой интерес представляют филогенетические связи амурских хариусов и их положение относительно других представителей рода. Многие вопросы эволюции и центров происхождения хариусовых рыб остаются неясными.

Хариусовые рыбы обладают высокой реофильностью, что способствует их активному расселению в смежные водотоки вследствие перестроек речных систем. Высокий интерес представляют популяции, некогда отделившиеся от хариусов основного бассейна р. Амур и находящиеся длительное время изолировано. Время формирования подобных популяций позволяет выдвигать гипотезы об эволюции хариусов в основном бассейне реки.

Цель настоящей работы — выяснить историю происхождения и путей распространения хариусов бассейна р. Амур на основании молекулярно-генетических данных и ряда других сведений. Используя гаплотипические сети и филограммы отдельных видов, а также калибровку молекулярных часов, установить возможные их центры происхождения и время этих событий. Объяснить современное распределение

хариусов в Амурском бассейне, исходя из полученных молекулярно-генетических данных. Обсудить таксономическое положение некоторых амурских хариусов. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Установить филогенетические связи и рассчитать генетические расстояния амурских хариусов между различными их локализациями, а также между ними и европейским, сибирским хариусами и некоторыми представителями Алтае-Саянского региона;

2. Построить сети гаплотипов по контрольной области мтДНК для трех форм амурских хариусов;

3. Скорректировать используемую в литературе калибровку молекулярных часов для полученных нами участков мтДНК;

4. Сравнить генетические расстояния мтДНК разных таксонов хариусов для установления таксономического статуса ряда амурских форм.

Научная новизна. Предложена новая гипотеза происхождения и обоснование основных этапов дивергенции амурских хариусов. Показано подчиненное положение европейского, сибирского вида, а также рыб Алтае-Саянского региона относительно амурских хариусов. Впервые для некоторых амурских хариусов обосновываются центры их происхождения, а также время активного формирования их ареалов. Объяснены возможные причины симпатричного обитания ряда форм и их распределения в речном бассейне. Показан ряд несоответствий между генетическими расстояниями и таксономическим статусом некоторых амурских хариусов.

Теоретическая и практическая значимость работы. Новые данные представляют интерес для решения задач пресноводной биогеографии Дальневосточного региона, а также объясняют нерешенные вопросы относительно механизмов и времени освоения биотой водотоков, сопредельных с р. Амур. Полученная информация о наличии и состоянии популяций хариусов в прошлом позволит оценить реальность угрозы для существующих в настоящее время популяций этих рыб.

Методология и методы исследований.

Методология молекулярной биологии и генетики. В работе использованы: метод определения первичной последовательности нуклеотидов по Сенгеру, реконструкция филогенетических связей методами байесовского моделирования, методы максимального правдоподобия и ближайшего связывания, построение сетей

гаплотипов методом минимального остовного дерева, расчет генетических расстояний.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Основные этапы дивергенции предковых форм хариусовых рыб проходили в Амурском бассейне;

2. Верхнее течение р. Амур и Приамурье в различные геохронологические периоды были заселены несколькими видами хариусов, которые находились в отношениях значительной межвидовой конкуренции;

3. Происхождение желтопятнистого хариуса связано с комплексом рек Коппи и Тумнин;

4. Наиболее вероятный центр происхождения верхнеамурского хариуса находится в бассейне р. Сунгари или р. Ялуцзян;

5. Формирование ареала нижнеамурского хариуса происходило в направлении от южного Приморья к верхнему течению р. Амур.

Фактический материал. Материалом для работы послужили сборы хариусов, собранные в период с 2002 по 2012 гг. автором работы, а также любезно предоставленные коллегами. Собран материал как в водотоках бассейна р. Амур, так и в реках бассейнов Японского и Охотского морей. Всего было получено 92 последовательности длиной 1043-1066 пар нуклеотидов для контрольной области мтДНК. Филогенетические связи и генетические расстояния строились также по 127 последовательностям субъединицы 16Б рРНК, субъединицы 1 никотинамидадениндинуклеотида дегидрогеназы, субъединицы 1 цитохромоксидазы, цитохрома Ь, а также ряда фланкирующих тРНК длиной 554-1379 пар нуклеотидов.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 6-й и 7-й краевых научных конференциях школьников по естественным дисциплинам «Творческая молодежь - потенциал российской науки» (Владивосток, 2003, 2004), на 6-й Региональной конференции по актуальным проблемам экологии, морской биологии и биотехнологии студентов, аспирантов, молодых преподавателей и сотрудников вузов и научных организаций Дальнего Востока России (Владивосток, 2003), на Всероссийской конференции «Комплексные исследования и переработка морских и пресноводных гидробионтов» (Владивосток, 2003), на двух Всероссийских конференциях «Чтения памяти Владимира Яковлевича Леванидова» (Владивосток, 2005, 2008), на 14-м Краевом конкурсе молодых ученых и аспирантов «Молодые

ученые - Хабаровскому краю» (Хабаровск, 2012), на 3-й Московской международной конференции «Molecular Phylogenetics» (Москва, 2012).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, из них одна -в издании, рекомендованном ВАК Российской Федерации; 5 статей - в отечественных периодических изданиях и региональных сборниках; 5 работ опубликованы в материалах международных, российских и региональных конференций.

Личный вклад автора. Автором собран и обработан ихтиологический материал из бассейна р. Самарга (Приморский край) и Лангры (о. Сахалин). Весь процесс пробоподготовки и молекулярно-генетического анализа сделан лично автором. Сборка нуклеотидных последовательностей, построение филогенетических деревьев, общая программная обработка и интерпретация полученных результатов также проведены лично автором.

Структура и объем диссертации. Работа изложена на 151 странице, состоит из введения, 5 глав, выводов, списка сокращений и списка литературы. Содержит 19 таблиц и 24 рисунка. Список литературы состоит из 145 источников, в том числе 53 на иностранных языках. Имеется приложение, состоящее из 4 таблиц.

Благодарности. Автор выражает благодарность своему научному руководителю д.б.н. профессору В.Н. Иванкову (ДВФУ, кафедра биоразнообразия и морских биоресурсов) за ценные замечания и советы, полученные в процессе работы. Особую признательность автор выражает заведующему лабораторией генетики ИБМ ДВО РАН д.б.н. профессору В.А. Брыкову, а также научному сотруднику лаборатории паразитологии БПИ ДВО РАН к.б.н. Д.М. Атопкину за всестороннюю помощь в генетических работах. Автор благодарит К.А. Винникова за помощь в освоении современных методов обработки генетической информации. Благодарность за помощь в осмыслении результатов выражается к.б.н. АЛ. Антонову (ИВЭП ДВО РАН, Хабаровск) и к.б.н. А.Ю. Семенченко (Приморский Океанариум). За помощь в сборе материала выражается благодарность к.б.н. П.Б. Михееву, к.б.н. С.Ф. Золотухину (ХфТИНРО), В.А. Паренскому (ИБМ ДВО РАН), Г.Н. Вороной и О.Н Вороному (п. Лазо, Приморский край). Автор благодарит также общество изучения Амурского края (ОИАК) за предоставление литературы о составе ихтиофауны в исторические периоды. Отдельная благодарность выражается д.г.н. А.Н. Махинову, В.В. Коробову и к.г.н. И.И. Крылову за обсуждение вопросов причин и механизмов перестроек речных систем, гляциальных, вулканических и других геоморфотектонических процессов.

Введение

Во введении обозначены актуальность темы, цели и задачи исследований, научная новизна и практическая значимость работы, основные положения, выносимые на защиту, сведения о публикациях и апробации работы, приведена информация о структуре диссертации, выражены благодарности.

Глава 1 Обзор литературы по проблеме исследования 1.1 Краткая история изучения хариусов Амурского бассейна

Впервые для Амурского бассейна хариус был указан академиком И.Г. Георги под названием Salmo thymallus [Georgi, 1775]. Спустя столетие, Б.И. Дыбовским хариус Амура описывается по 4 экз. из р. Онон и р. Ингода под названием Thymallus grubii Dybowski, 1869. Академик JI.C. Берг [1916] пересматривает систематическое положение амурских и байкальских хариусов, которым он придает статус подвидов сибирского хариуса T. arcticus. Подвидовой статус амурского хариуса закрепился в литературе на длительный срок, а некоторыми авторами рассматривается и в настоящее время [Зиновьев, 2005а]. Японский исследователь Т. Мори описал из бассейна р. Ялуцзян новый подвид сибирского хариуса Т. arcticus yaluensis Mori, 1928, который был сведен в синонимию с одним из видов амурских хариусов лишь недавно [Ma В. et al., 2008].

К. Пивничка и К. Гензель [Pivnicka, Hensel, 1978] предприняли попытку провести ревизию рода Thymallus, в результате которой амурский хариус приобрел видовой статус, что подтвердили исследования П.Я. Тугариной и B.C. Храмцовой [1980]. Некоторые авторы подвергали критике использованные авторами методы [Зиновьев, 1980; Черешнев, 1983 и др.], в результате чего таксономический ранг амурских хариусов снова стал сомнительным. Видовой статус амурских хариусов подтвердился благодаря работе А.Н. Макоедова [1999] на основании кариологии, биохимической генетики и популяционной фенетики.

Рядом авторов была показана морфологическая и генетическая изменчивость хариусов внутри Амурского бассейна [Антонов 1995, 2001; Шедько, 2001; Froufe et al., 2003; Froufe et al., 2005], в результате которой выделялся ряд форм с неясным таксономическим статусом: «верхнеамурская», «желтопятнистая», «нижнеамурская» и «крупночешуйная». Некоторые из этих форм рассматривались в качестве обособленных видов [Шедько, 2001].

На основании полученных данных об изменчивости амурских хариусов была проведена крупная ревизия видового состава амурских хариусов, в результате которой описаны следующие таксоны: Т. burejensis Antonov, 2004 - буреинский хариус («крупночешуйная форма»); Т. grubii flavomaculatus Knizhin, Antonov et Weiss,

2006 - желтопятнистый хариус и Т. tugarinae Knizhin, Antonov, Safronov et Weiss,

2007 - нижнеамурский хариус. Исследованы также морфобиологические характеристики выделяемых и описанных таксонов [Семенченко, 2003 а-в; 2004, 2005, 2008, Михеев, 2008, 2010; Михеев и др., 2012; Семенченко, 2013; и др.].

Таксономический статус описанных видов не вызывал сомнений у большинства авторов, за исключением подвидового ранга желтопятнистого хариуса, который рассматривался в качестве самостоятельного вида [Bogutskaya et al., 2008; Eschmeyer, 2013]. Кроме четырех форм хариусов, некоторые авторы отмечают обитание ленского хариуса, таксономический статус которого также неоднозначен, в некоторых притоках р. Амур и Уда [Bogutskaya et al., 2008; Антонов, Книжин, 2011; Ма В. et al., 2011]. Этот хариус был описан как подвид сибирского, Т. arcticus baicalolenensis, Matveyev, Samusenok, Pronin et Tel'pukhovsky, 2005. Другие авторы рассматривали эту форму в видовом статусе [Bogutskaya et al., 2008; Книжин и др., 2008], отмечая нарушения правил зоологической систематики при его описании [Книжин, 2009]. В настоящей работе ленский хариус обозначен как Т. sp. (lenensis).

Таким образом, в Амурском бассейне обитают пять репродуктивно изолированных форм хариусов, которые имеют широкие зоны симпатрии. Остается множество нерешенных вопросов относительно видообразования амурских хариусов, их филогенетических связей с остальными представителями рода, а также таксономический статус двух форм.

1.2 Филогения и гипотезы происхождения хариусовых рыб

Вопросы относительно географического центра происхождения современных хариусов, их эволюции, расселения, а также выделения архаичных и продвинутых представителей, являются весьма дискуссионными. Долгое время наиболее древним хариусом считался монгольский по таким признакам, как высокое количество хряща в черепе, большие челюсти с хорошо развитыми челюстными зубами и др. [Световидов, 1936; Тугарина, 1981; Зиновьев, 2005а]. Полученные филогенетические связи по молекулярно-генетическим данным показали сестринское положение этого вида относительно других форм Алтае-Саянского региона [Koskinen et al., 2002;

РгоиГе й а1., 2005]. На основании сиквенсов контрольной области мтДНК показано, что современные хариусы имеют четыре филогенетические линии, одна из которых включает амурского (Т. £гиЬН), вторая нижнеамурского хариуса (Т. tugarinae), третья европейского {Т. ¡кутаЦт), а четвертая - остальных хариусовых рыб, обитающих в Алтае-Саянского регионе и субарктическом поясе Голарктики (сибирские хариусы).

И.Б. Книжин [2009] высказал гипотезу о двух возможных центрах формирования хариусовых рыб: Алтае-Саянском и Амурском. При этом первый регион сформировал европейского хариуса, а второй - сибирского. Дальнейшее видообразование проходило аллопатрически в различных смежных областях с выделенными центрами.

Установление порядка ветвления четырех филогенетических линий хариусов было связано с использованием кодирующих участков мтДНК и построением укорененного дерева с представителями лососевых и сиговых рыб [Сге1е-Ьа&ешеге й а1., 2012; Шедько и др., 2013]. Установлено, что базальное положение на дереве занимают два вида амурских хариусов. Следующий кластер включает европейского хариуса, а затем сибирского, байкальского и монгольского хариусов. Несмотря на отсутствие ряда видов, Алтае-Саянский центр происхождения хариусов оказался под сомнением ввиду базального расположения амурских видов и зависимого от них европейского хариуса. Таким образом, дальнейшее уточнение филогении хариусовых рыб связано с использованием консервативных участков генома и включением в дерево других видов хариусов.

Глава 2 Материал и методика Материалом для работы послужили сборы хариусов из следующих речных бассейнов: Амазар (ТкутаНш иЬи иЬи), Бурея (Т. яр. (1епет'«)), Бурея (Т. Ъиге]ет18), Киран, Ульбан, Тумнин, Анюй, Коппи, Самарга (Т. %гиЬи /1а\ютаси1аШ.^), Тугур, Иска, Лангры, Мы, Красная, Уссури, Киевка (Г. tugагтае). Для ловли рыб использовались нахлыстовая и поплавочная удочки, накидная и ставная сети, а также мальковый невод. Для указанных выше форм получены нуклеотидные последовательности контрольной области, субъединицы

никотинамидадениндинуклеотида дегидрогеназы 1, субъединицы 1 цитохромоксидазы, цитохрома Ь, а также ряда фланкирующих тРНК мтДНК. Было получено 92 последовательности длиной 1043-1066 пар нуклеотидов для контрольной области мтДНК, которые использовались для построения сетей гаплотипов. Филогенетические связи и генетические расстояния строились также по 127

последовательностям длиной 554-1379 пар нуклеотидов, полученным по остальным участкам мтДНК. Участки генома мтДНК для нижнеамурского (T. tugarinae) и желтопятнистого хариусов (T. grubii flavomaculatus) были получены с семи и шести локализаций соответственно.

Для молекулярно-генетического анализа использовали фрагменты сердца или туловищной мускулатуры рыб. Экстракцию ДНК проводили с помощью набора «ДНК-сорб-В» от компании «ИнтерЛабСервис» и «PureLink Genomic DNA Kits» от компании «Invitrogen» по прилагаемым протоколам. Фрагменты генома мтДНК были амплифицированы с использованием десяти праймеров, специфичных к соответствующим участкам. Часть использованных праймеров произведены самостоятельно. ПЦР-реакция проходила в стандартных условиях. Количество тотальной ДНК и продуктов ПЦР определяли методом электрофореза.

Реакцию секвенирования проводили в соответствии с протоколом к BigDye Terminator Cycle Sequencing Kit на генетическом анализаторе ABI 3130x1. Сборку и выравнивание последовательностей проводили посредством программного модуля CLUSTAL-W, интегрированного в пакет MEGA 5.1 [Tamura et al., 2007]. Выбор оптимальной модели для расчета генетических расстояний осуществляли с помощью программы jModelTest v. 0.1 [Posada, 2008]. Реконструкцию филогенетических связей осуществляли с помощью программы mrbayes3.2 [Ronquist, Huelsenbeck, 2003] методом байесовского моделирования. Для установления статистической достоверности узлов ветвления деревьев использовалась апостериорная вероятность байесовского моделирования, а также бутстреп-поддержки методов максимального правдоподобия и ближайшего связывания. Сеть гаплотипов строили с помощью метода минимального остовного дерева MST [Rohlf, 1973], интегрированного в программу Arlequin v. 3.11. Генетические расстояния рассчитывались в программе MEGA v. 5.1.

Глава 3 Генетическая изменчивость и внутривидовая структура амурских хариусов

3.1 Генетическая изменчивость

Суммарная длина исследованных участков мтДНК после сборки и выравнивания для разных видов хариусов составила от 4775 до 3670 пар нуклеотидов (пн.). Наибольшая генетическая изменчивость по контрольной области мтДНК оказалась у верхнеамурского хариуса, что подтверждается числом вариабельных сайтов, транзиций и трансверсий, средним числом попарных различий, а также нуклеотидным и

гаплотипическим разнообразием. Меньшие показатели демонстрировал желтопятнистый хариус, а изменчивость нижнеамурского оказалась относительно гомогенной.

Выявлены высокие отличия между различными формами хариусов по частотам использования кодонов по двум генам мтДНК, субъединицы 1 цитохромоксидазы и цитохрома Ь. Кроме того, отличия по этому признаку показали некоторые обособленные популяции нижнеамурского и желтопятнистого хариусов.

3.2 Внутривидовая структура амурских хариусов

3.2.1 Нижнеамурский хариус (Thymallus tugarinae)

Генетические расстояния между нижнеамурскими хариусами из разных локальностей по двум участкам мтДНК, контрольной области и субъединицы 1 цитохромоксидазы (2205 пн.) варьировали в диапазоне 0,08-1,42%. Наибольшую обособленность показывает популяция р. Киевка, которая отличается от основной группы на 1,24-1,42%. Остальные выборки различаются не более чем на 0,27%.

Филогенетические связи нижнеамурских хариусов были реконструированы методом байесовского моделирования (рисунок 1). Полученные данные указывают на явную генетическую обособленность хариусов р. Киевка от рыб из других водоемов. Популяция формирует отдельную филогенетическую линию, которая дифференцировалась в относительно ранний эволюционный период вида.

Гаплотипы нижнеамурского хариуса по контрольной области мтДНК демонстрируют невысокую внутривидовую изменчивость. Большинство особей этого вида имеют три основных гаплотипа, куда входят рыбы, собранные в реках Красная, Лангры, Уссури, Мы и Иска. Общий гаплотип имеют также рыбы из р. Тугур, Мы и Емурхэ. Остальные особи отличаются от четырех основных гаплотипов не более чем в два-три мутационных шага. Рыбы р. Киевка отличаются от основной гаплогруппы на 12 мутационных шагов, имея при этом высокую однородность внутри группы. Используя полученные генетические данные и литературные сведения, установлено, что проникновение этого вида в реки Тугур и Уда происходило сравнительно недавно, в конце среднего плейстоцена благодаря перестройкам рек Тугур и Нимелен, а также колебаниям уровня моря. Попадание рыб в водотоки северо-западного Сахалина также проходило благодаря колебаниям уровня океана. Способ образования популяции в р. Киевка до конца не установлен и, возможно, связан с перестройками рек Уссури и Милоградовка.

1.00/100/99

1.00

ТИутаНих %гиЬп АачотасиЫиз ~Т. ^¿агтае Киевка Т. tugarinae Киевка Т. ¡щагтае Киевка "Т. Щаппае Уссури Т. Ш^аппае Уссури Т. ^агтае Уссури ~Т. Ш$аппае Красная речка 'Т. аппае Мы

ЧТ. tugarinae Мы ■1

0.98/ 69/82

0.52/ 69/47

1.00/99/100

0.98/39/42

~Т. Ш$аг1пае Тугур ~Т. ш^аппае Красная речка 'Т. аппае Красная речка ~Т. tugarmae Лангры 'Т. tugarinae Лангры " Т. tugarmae Лангры

I-1

0.005 Т. tugarinae Иска

Рисунок 1. - Филограмма Т. Ш$аНпае, полученная по результатам анализа субъединицы 1 цитохромоксидазы и контрольной области мтДНК (2205 пн.). Апостериорная вероятность В А анализа, а также бутстреп поддержка МЬ и Ш анализов указана в соответствующих

узлах ветвления.

На основании полученных данных и иных сведений предполагается происхождение нижнеамурского хариуса в изолированных реках южного Приморья. Этот вид имеет сходные гаплотипы во всем бассейне р. Амур (от верхнего до нижнего течения), включая ряд изолированных водотоков, что показывает недавнее формирование его ареала. В южном Приморье этот вид имеет сплошной ареал и не образует зон симпатрии с другими видами. Его обитание в этом районе известно со среднего плейстоцена, судя по генетически обособленной популяции р. Киевка. В нижнем течении р. Амур в зонах симпатрии с желтопятнистым хариусом, этот вид нерестится на 7-10 дней раньше, чем Т. ¿гиЬ'й/1<жотаси1аШ$. Это указывает на его более южное происхождение [Книжин и др., 2007]. Популяционно-генетические исследования китайских специалистов показали, что направление формирования

I

ареала этого вида шло в направлении от нижнего течения р. Амур (р. Уссури) к верхнему (реки Хумархэ и Емурхэ) [Ма В. е1 а1., 2009], что согласуется с нашими данными.

3.2.2 Желтопятнистый хариус (Т. ^гиЬиАахотаайаШь)

Генетические расстояния по контрольной области и субъединице 1 цитохромоксидазы между выборками желтопятнистых хариусов демонстрируют высокую обособленность образцов из р. Киран (1,06-1,54%), а также комплекса Коппи+Тумнин (1,21-1,54%) от остальных локализаций. Наибольшие отличия проявляются между указанными выше образцами (1,51-1,54%). Хариусы из бассейна р. Амур (р. Анюй) относительно сходны с рыбами р. Ульбан (0,29%). Филогенетические связи желтопятнистых хариусов демонстрируют базальное расположение рыб рек Тумнин и Коппи. Следующая ветвь включает рыб р. Киран, однако узел ее ветвления не поддержан тремя методами реконструкции филогенетических деревьев. Высокую поддержку имеет узел ветвления рыб рек Анюй и Ульбан (рисунок 2). Использование более короткого участка мтДНК с включением проб из генного банка показало, что рыбы из р. Самарга имеют сходный геном с особями р. Ботчи и занимают сестринское положение относительно базального кластера рек Коппи+Тумнин. Следующая ветвь образована рыбами р. Киран. Рыбы из р. Мерек образуют общий кластер с выборками рек Анюй и Ульбан и имеют подчиненное положение от остальных кластеров.

Желтопятнистые хариусы демонстрируют высокую внутривидовую дифференциацию по сетям гаплотипов. Полученные данные показывают существование трех основных гаплогрупп: 1. Коппи+Тумнин; 2. Анюй+Ульбан и 3. Киран. Ключевой группой внутри исследуемого вида следует считать первую группу ввиду ее наибольшей генетической гетерогенности. Гаплотипы из р. Амур более гомогенны. Сравнение сетей гаплотипов с нижнеамурским хариусом показало, что Т. &-иЬи /1тотаси1а1ш имеет большую внутривидовую изменчивость, что подтверждается генетическими расстояниями.

Формирование ареала желтопятнистого хариуса имело сходные механизмы с Т. 1щагтае. Основной способ освоения рек, входивших в состав бассейнов ПраУды и Пра-Сырана — колебания уровня Охотского моря в плейстоцене. В то же время, геном этого подвида показал, что формирование его ареала проходило раньше, чем у нижнеамурского хариуса. Освоение рек Тугур, Самарга, Максимовка происходило благодаря перестройкам речных систем. Филогенетические связи и сети гаплотипов указывают на происхождение желтопятнистых хариусов в комплексе рек Коппи+Тумнин, что подтверждается паразитологическими данными [Шедько, 2006].

1.00/100/99

1.00

ТЪутаНш Ш^аг 'тае

—Т. &~иЪиАспотасиШи$ Тумнин ~Т. %гиЪН АачотасиШия Коппи -Т. ^иЬИ/1а\'отаси1аШ$ Коппи -Т. %гиЬНАахотасиШиэ Коппи

Т. %гиЪН Аа\отасиШи$ Тумнин -Т. %гиЬи АахотасиЫш Киран

0.56/76/76

0.68/77/79

0.98/95/96

—Т. %гиЬи АахотасиШт Анюй г Г. ^иЬИАтотасиШш Анюй —Т. иЬпАауотасиШш Анюй ~Т. %гиЪН АачотасиШиз Ульбан ~Т.%гиЪи Аахютаси1аШ$ Ульбан Т. %гиЪНАахотасиЫия Ульбан

Рисунок 2. - Филограмма Т. ёгиЪИ /1ауотаси!а1и.?, полученная по результатам анализа субъединицы 1 цитохромоксидазы и контрольной области мтДНК (2204 пн.) с помощью байесовского моделирования.

0.99/96/97

0.01

3.2.3 Верхнеамурский хариус (Т. gтubiigruЫi)

Генетические расстояния по контрольной области мтДНК между различными локализациями верхнеамурского хариуса по контрольной области мтДНК демонстрируют высокие значения. Наиболее обособленными являются рыбы из рек Ганьхэ (приток р. Нэньцзян, басс. р. Сунгари), Ялузцян (Желтое море) и Бурея (0,801,44%). Средние различия между остальными выборками составляют 0,2-1,07%. За исключением выборок р. Бурея, рыбы из основного бассейна р. Амур различаются на 0,2-0,52%. Филогенетические связи показывают существование одного общего кластера, на котором обособленное положение занимают рыбы из рек Ганьхэ и Ялуцзян. Гаплотипические сети демонстрируют наибольшую гетерогенность в сравнении с другими формами хариусов. Особи внутри бассейна р. Сунгари отличаются на 22 мутационных щага, а внутри р. Ялуцзян - на 15 мутаций. В то же время, рыбы р. Амур относительно сходны, а максимальные отличия составляют 12 мутационных шагов. Таким образом, гаплотипические сети показывают относительно давнее формирование ареала верхнеамурского хариуса. Предполагается его образование в комплексе рек Сунгари+Ялуцзян с последующим проникновением в верхнее течение р. Амур.

Глава 4 Филогенетические связи видов и форм хариусов 4.1 Филогения амурских хариусов и других представителей рода

Для установления филогенетических связей амурских хариусов с другими представителями рода нами построено дерево на основании четырех участков мтДНК: 168 рРНК, субъединицы 1 ЫАБН-дегидрогеназы, субъединицы 1 цитохромоксидазы и цитохрома Ь. Топология полученного дерева показала базальное расположение двух видов амурских хариусов (рисунок 3). Сестринскими кладами к амурским видам оказались последовательно: европейский хариус (Т. гЬутаНиз), буреинский (Т. Ьиге]етЫ), ленский (Т. $р. (/еяеп,ш)) и сибирский виды (Т. агсИст).

0.95/90/93 1/99/99

1/72/74

0.05

ВгасИутуз1ах 1епок (.1(2686730) Со^опия с1иреа/огт18 (10661486) ТИутаИш аппае г 77гутаНия Ы§агтае ТкутаИиз ^аппае

_г Т. gr^uЫi grubii

Т. grubii gruЫi Т. gruЫiflavo¡naculatus ' Т. gruЫi АауотасиЫия ' Т. gruЫiАахотасиШт

-Т. Лута1Ы (Р1853655)

Т. Ъиге]е№1$ Т. биге/епж Т. Ъиге]ет18 Т. эр. (/е«е«5г'5) Т. яр. (/епегаг^) Т. яр. (/епеиш) - Т. агсИсш ^872559) Т. агсйсш тег1епз1 Т. агсйст теПет1 Т. агс11сия тег1ет1

Рисунок 3. - Укорененная филограмма представителей рода ТИутаИт, полученная по результатам анализа 4 участков мтДНК с помощью байесовского моделирования. Апостериорная вероятность ВА анализа, а также бутстреп поддержка МЬ и N1 анализов указана в соответствующих узлах ветвления. Символ * означает 100% бутстреп поддержку и апостериорную вероятность тремя методами построения деревьев.

Полученные данные свидетельствуют о существовании предковых форм хариусов в Амурском бассейне с их последующим расселением по Голарктике. Таким образом, из двух центров происхождения хариусовых рыб, предложенных И.Б. Книжиным [2009], только Амурский центр следует рассматривать в качестве такового, тогда как группа видов Алтае-Саянского региона является зависимой от амурских рыб. Использование трех участков мтДНК по другим видам (байкальский, монгольский, ленский и сибирский хариусы), взятых из генного банка показало, что они имеют сестринское положение относительно буреинского хариуса.

4.2 Происхождение и основные этапы формирования ареалов амурских хариусов На основании полученных филогенетических связей основных представителей хариусовых рыб, а также внутривидовой изменчивости амурских хариусов, нами высказана гипотеза основных этапов происхождения и формирования ареалов амурских хариусов. С использованием литературных данных о рисунке речной сети р. Амур в начале плиоцена и полученных молекулярно-генетических данных, нами построена предполагаемая схема распределения предковых форм хариусовых рыб (рисунок 4).

Рисунок 4. - Предполагаемая схема предковых форм хариусовых рыб в начале плиоцена

Предполагается, что предковая форма европейского хариуса вышла из бассейна р. Амур в начале плиоцена. Позже произошло видообразование буреинского и ленского хариусов, однако возможные центры этих событий остаются предметом дискуссий. В то же время установлено, что ленский хариус обитает во многих притоках рек Амур и Уда, на основании чего нами предполагается существование сплошного ареала этого вида в прошлом (рисунок 5). Судя по сходству верхнеамурского и желтопятнистого хариусов, предполагается образование последнего в раннем плейстоцене благодаря обособлению в комплексе рек Коппи и Тумнин.

Рисунок 5. - Предполагаемая схема аллопатрического формирования ареала желтопятнистого хариуса

Дальнейшие события связаны с формированием ареалов верхнеамурского, а позже желтопятнистого хариусов (рисунок 6). Первый вид, видимо, повсеместно вытеснил ленского хариуса в притоки высокого порядка верхнего течения р. Амур. Причины конкуренции между разными видами амурских хариусов не установлены и требуют дальнейших исследований. В середине плейстоцена желтопятнистый хариус

обитал во всем нижнем течении р. Амур, а также в ряде изолированных рек Охотского моря (Ульбан, Тугур, Уда и сопредельные водотоки).

+ Нижнеамурский хариус

* Верхнеамурский хариус + Желтопятнистый хариус

• Буреинский хариус ▲ Ленский хариус

Рисунок 6. - Предполагаемая схема формирования ареалов желтопятнистого и

верхнеамурского хариусов в раннем—среднем плейстоцене

Последний этап формирования современного распределения хариусов в Амурском бассейне связан с расселением нижнеамурского хариуса по нижнему, среднему и верхнему течению р. Амур, где он, вероятно, вытеснял остальные формы хариусов (рисунок 7). Вследствие этого желтопятнистый хариус имеет разорванный ареал. Обособленные популяции занимают верхнее течение всех крупных притоков нижнего Амура (Амгунь, Гур, Анюй, Хор, Бикин и др.). Сходное распределение отмечается в реках Тугур и Уда. В результате процессов видообразования и формирования ареалов сформировалась картина современного распределения хариусовых рыб в бассейне р. Амур и на сопредельных территориях (рисунок 7).

+ Нижнеамурский хариус

* Верхнеамурский хариус +Желтопятнистый хариус

• Буреинский хариус А Ленский хариус

Рисунок 7. - Предполагаемая схема формирования

ареала нижнеамурского хариуса в

позднем плейстоцене

Сравнение двух других видов, верхнеобского {Т. ткоЬкуг) и верхнеенисейского (Т. ьуегот(1о\1) хариусов показало различие в 0,83% по контрольной области мтДНК. На основании полученных генетических расстояний нами делается предложение повысить подвидовой статус двух указанных выше подвидов до видового.

Ленский хариус имеет дистанции между байкальским хариусом в 2,67%, а с сибирским - 4,04% по контрольной области мтДНК. Этот хариус, безусловно, имеет статус вида, что подтверждается литературными данными [Книжин и др., 2008; Книжин, 2009].

Глава 5 Калибровка и применение молекулярных часов для хариусов р. Амур

В результате многочисленных процессов репликации в геноме организмов возникают случайные ошибки, мутации. При неизменной скорости накопления мутаций в геноме становится возможным рассчитывать время дивергенции между

двумя последовательностями и предполагать сходное время дивергенции видов. Анализ генетических дистанций между Т. ¡щагтае и другими формами хариусов по синонимичным заменам субъединицы 1 цитохромоксидазы и цитохрома Ь показал соблюдение молекулярных часов на хариусовых рыбах. Предложенная М. Коскиненом с соавторами [Коэктеп й а1., 2002] скорость накопления мутаций в 1% за 1 млн. лет по контрольной области мтДНК была скорректирована для использованных в работе участков и составила 1,24% за млн. лет.

Калибровка молекулярных часов выполнена на примере популяции нижнеамурских хариусов р. Киевка. Предполагается, что хариусы проникли в этот бассейн благодаря известной речной перестройке между реками Милоградовка и Уссури в среднем плейстоцене (781-126 тыс. лет назад). Сопоставляя время речной перестройки и генетических расстояний, установлено, что мутации накапливаются со скоростью 1,65—10,29%. Полученная калибровка требует подтверждения посредством биогеографических исследований южного Приморья.

Выводы

1. На основании филогенетических связей, полученных по результатам анализа сиквенсов четырех участков мтДНК, показано сестринское положение европейского, сибирского хариусов и рыб Аптае-Саянского региона от предковых форм амурских хариусов. Полученные данные свидетельствуют о том, что основные этапы дивергенции предковых форм хариусовых рыб проходили в бассейне р. Амур.

2. Филограммы хариусовых рыб и генетические расстояния показали наибольшую обособленность нижнеамурских хариусов от остальных представителей рода ТкутаИш. Гомогенность последовательностей контрольной области мтДНК указывает на его относительно недавнее обитание во всех обследованных локализациях по сравнению с другими видами. Предполагается возникновение этого вида в южном Приморье.

3. Желтопятнистый хариус имеет в своем ареале несколько генетически обособленных популяций. Особенности его распределения в бассейне р. Амур и сети гаплотипов предполагают наличие в прошлом сплошного ареала этого подвида в нижнем течении р. Амур и в сопредельных водотоках. Филогенетические связи свидетельствуют о происхождении желтопятнистых хариусов в комплексе рек Тумнин+Коппи.

4. Молекулярно-генетические данные показывают высокую внутривидовую изменчивость верхнеамурского хариуса как в бассейне р. Сунгари, так и в верховьях р. Амур. Эти рыбы образовали множество обособленных популяций в своем ареале. На основании сетей гаплотипов нами предполагается происхождение верхнеамурских хариусов в бассейне р. Сунгари с последующим проникновением в верховья р. Амур.

5. На основании результатов анализа пар сравнений генетических расстояний различных видов и подвидов хариусовых рыб, считаем, что необходимо повысить подвидовой статус верхнеамурского, желтопятнистого и ленского хариусов до видового.

Список работ, опубликованных по теме диссертации Статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Семенченко, А. А. Сравнительный анализ дальневосточных видов хариусов по данным секвенирования гена цитохрома b митохондриальной ДНК / А. А. Семенченко, Д. М. Атопкин // Известия ТИНРО. - 2012. - № 168. - С. 59-69.

Статьи, опубликованные в отечественных периодических изданиях и региональных сборниках

2. Семенченко, А. А. Биология амурского хариуса Thymallus arcticus grubei р. Самарга / А. А. Семенченко // Комплексные исследования и переработка морских и пресноводных гидробионтов. - Владивосток: ТИНРО-центр, 2003. - С. 75-77.

3. Семенченко, А. А. Особенности биологии амурского хариуса Thymallus arcticus grubii Dybowski реки Самарга II Чтения памяти В. Я. Леванидова. -Владивосток: Дальнаука, 2005. -Вып. 3. - С. 519-526.

4. Семенченко, А. А. Сравнительный морфологический анализ желтопятнистого хариуса Thymallus grubii ßavomaculatus Knizhin, Antonov et Weiss / А. А. Семенченко II Чтения памяти В. Я. Леванидова. - Владивосток: Дальнаука, 2008.-Вып. 4.-С. 371-377.

5. Семенченко, А. А. К вопросу о возрасте нижнеамурского хариуса (Thymallus tugarinae, Thymallidae) реки Лангры острова Сахалин / А. А. Семенченко // Жизнь пресных вод. - Владивосток: Дальнаука, 2013. - Вып. 1. - С. 241-251.

6. Семенченко, А. Ю. Состояние рыбных сообществ в бассейне р. Самарга в 2005-2006 гг. (Северное Приморье) / А. Ю. Семенченко, А. А. Семенченко // Жизнь пресных вод. - Владивосток: Дальнаука, 2013. - Вып. 1. - С. 226-240.

Работы, опубликованные в материалах международных, российских и региональных конференций, симпозиумов

7. Семенченко, А. А. Хариусы реки Самарга / А. А. Семенченко // Тез. 6-ой краевой научн. конф. школьников по естественным дисциплинам «Творческая молодежь — потенциал российской науки». — Владивосток: Изд-во ДВГУ, 2003. — С. 14—15.

8. Семенченко, А. А. Некоторые аспекты морфологии хариусов Thymallus arcticus grubei реки Самарга / А. А. Семенченко // Тез. VI регион, конф. по актуальным проблемам экологии, морской биологии и биотехнологии студентов, аспирантов, молодых преподавателей и сотрудников вузов и научных организаций Дальнего Востока России. - Владивосток: Изд-во ДВГУ, 2003. - С. 87-88.

9. Семенченко, А. А. Новые данные о биологии сибирского хариуса из бассейна р. Самарга / А. А. Семенченко // Тез. 7-ой краевой научн. конф. школьников по естественным дисциплинам «Творческая молодежь - потенциал российской науки». - Владивосток: Изд-во ДВГУ, 2004. - С. 15-16.

10. Михеев, П. Б. Сравнительный анализ сейсмосенсорной системы и осевого скелета двух видов хариусов Thymallus (Thymallidae) реки Анюй (бассейн нижнего Амура) / П. Б. Михеев, О. А. Мазникова, А. А. Семенченко // Молодые ученые -Хабаровскому краю: матер. XIV Краевого конкурса молодых ученых и аспирантов. -Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2012. - Т. 2. - С. 251-259.

11. Semenchenko, А. А. Calibration of molecular clock for graylings of Amur basin using three mitochondrial gene sequences / А. A. Semenchenko // Contributions to the 3rd Moscow International Conference «molecular Phylogenetics». - Moscow, 2012. - P. 98.

Семенченко Александр Анатольевич

Филогения и механизмы формирования ареалов хариусов бассейна реки Амур (род ТкутаИю, 8а1тогп(1ае)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Подписано в печать 22.11.2013 г. Формат 60 х 84/16. Усл. печ. л. 1.0. Уч.-изд. л. 1.0. Тираж 100 экз. Заказ № 16. Отпечатано в типографии "Литера V"

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Семенченко, Александр Анатольевич, Владивосток

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего

профессионального образования Дальневосточный федеральный университет Школа естественных наук

0420145537?

На правах рукописи

СЕМЕНЧЕНКО АЛЕКСАНДР АНАТОЛЬЕВИЧ

ФИЛОГЕНИЯ И МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ АРЕАЛОВ ХАРИУСОВ БАССЕЙНА РЕКИ АМУР (РОД ТНУМАЫШ, 8АЬМО!ЧГОАЕ)

Специальность 03.02.06 - ихтиология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель доктор биологических наук, профессор В.Н. Иванков

Владивосток 2013

Оглавление

Введение...................................................................................................................3

Глава 1. Обзор литературы по проблеме исследования......................................9

1.1. Краткая история изучения хариусов Амурского бассейна...............9

1.2. Филогения и гипотезы происхождения хариусовых рыб...............22

Глава 2. Материалы и методы..............................................................................32

Глава 3. Генетическая изменчивость и внутривидовая структура

амурских хариусов..................................................................................46

3.1. Генетическая изменчивость................................................................46

3.2. Внутривидовая структура амурских хариусов.................................52

3.2.1. Нижнеамурский хариус (Thymallus tugarinae)...................52

3.2.2. Желтопятнистый хариус (Т. grubiiflavomaculatus)............65

3.2.3. Верхнеамурский хариус (Т. grubii grubii)...........................77

Глава 4. Филогенетические связи видов и форм хариусов...............................85

4.1. Филогения амурских хариусов и других представителей рода......85

4.2. Происхождение и основные этапы формирования ареалов амурских хариусов..............................................................................91

4.3. Вопросы таксономического статуса амурских хариусов..............100

Глава 5. Калибровка и применение молекулярных часов для хариусов

р. Амур...................................................................................................102

Выводы.................................................................................................................109

Список сокращений.............................................................................................110

Список литературы..............................................................................................111

Приложения..........................................................................................................127

Введение

Актуальность работы. Хариусы юга Дальнего Востока России являются ценнейшими объектами любительского рыболовства, а также модельной группой рыб для изучения пресноводной биогеографии. Долгое время считалось, что на территории Амура обитает лишь один вид хариуса - амурский хариус {Thymallus grubei Dybowski, 1869). Позже многие авторы отмечали значительную неоднородность различных популяций этого вида [Книжин и др., 2004), что впоследствии дало предпосылки для пересмотра таксономического статуса хариусов Амура [Антонов, 2004; Книжин и др., 2006, 2007 и др.]. Авторами были выделены 4 формы хариусов: верхнеамурская, нижнеамурская, желтопятнистая и крупночешуйная. По их мнению, две из них, верхнеамурскую и желтопятнистую, следует относить к одному виду, а нижнеамурскую и крупночешуйную формы следует на основании морфологических, генетических и фенотипических данных считать новыми видами. A.JI. Антонов [2004] описал крупночешуйную форму как Т. burejensis Antonov 2004, И.Б. Книжин с соавторами [2006] описывает желтопятнистую форму как Т. grubii flavomaculatus Knizin Antonov et Weiss 2006, нижнеамурскую как Т. tugarinae Knizhin, Antonov, Safronov et Weiss, 2007 [Книжин и др., 2007]. Верхнеамурская форма стала номинативным подвидом хариуса, описанного Б. Дыбовским как Т. grubii grubii Dybowski, 1869. Кроме указанных видов, в р. Амур обнаружен ленский хариус [Антонов, Книжин, 2011], ареал которого охватывает верхнее и среднее течение р. Лена и некоторые реки бассейна озера Байкал [Матвеев и др., 2005, 2006; Книжин, 2008]. Эта форма описана Матвеевым с соавторами [2005] как подвид сибирского хариуса Т. arcticus baicalolenensis Matveyev, Samusenok, Pronin et Tel'pukhovsky, 2005.

Несмотря на проведенную ревизию, мнения о систематическом положении амурских хариусов до сих пор остаются противоречивыми. Так, например, некоторые авторы ставят под сомнение валидность описанных хариусов [Зиновьев, 2005 а,б]. Другие авторы повышают подвидовой ранг ленского, верхнеамурского и желтопятнистого хариуса до видового [Bogoutskaya et al.,

2008]. Описание ленской формы подвергается обоснованной критике [Книжин,

2009], по мнению авторов эту форму следует рассматривать в статусе вида [Книжин и др., 2008]. Эти примеры показывают необходимость дальнейших работ по уточнению таксономического положения амурских хариусов.

Интерес представляют филогенетические связи амурских хариусов и их положение относительно других представителей рода. Несмотря на множество проведенных молекулярно-генетических и палеонтологических работ, многие вопросы эволюции и расположение центров происхождения хариусовых рыб остаются неясными. По мнению ряда авторов [Световидов, 1936; Тугарина, 1981; Зиновьев, 2005а], широкую эволюционную радиацию хариусовые рыбы получили в Алтае-Саянском районе, где обитает один из наиболее древних представителей рода - монгольский хариус (Thymallus brevirostris (Kessler, 1879)). Современные исследования показали, что формирование этого вида произошло существенно позже европейского, сибирского, а также группы амурских хариусов [Koskinen et al., 2002; Книжин и др., 2008]. Учитывая число новоописанных видов и подвидов хариусов р. Амур, а также генетические различия по различным видам, И.Б. Книжин [2009] выдвигает Амурский бассейн, как один из возможных центров формирования рода хариусов, вместе с Алтае-Саянским регионом. Таким образом, вопросы центра происхождения хариусов и наиболее архаичных представителей рода до сих пор остаются нерешенными.

Э. Фруфе с соавторами [Froufe et al., 2005] выделил четыре монофилетические филогенетические линии для всего рода хариусов на основании контрольной области мтДНК. В одной из линий, буреинский хариус занимает базальное положение на дереве. Еще две линии полностью образованы амурскими видами хариусов: Т. tugarinae и Т. grubii. Такие данные показывают раннюю дивергенцию амурских хариусов от предковой формы, однако последовательность эволюционных событий, приведшая к формированию современных видов и форм амурских хариусов остается неясной. Кроме того, важной задачей в настоящее время является построение укорененного филогенетического дерева для основных представителей хариусовых рыб с

помощью молекулярно-генетических данных, которое позволит выявить наиболее ранние ответвления современных хариусов от основного ствола. Такие деревья были построены для нескольких видов хариусовых [Сге1е-Ьа£гешеге а1., 2012; Шедько и др., 2013], которые, однако, требуют включения многих других представителей рода для получения более ясной картины филогенетических связей рыб.

Хариусовые рыбы обладают высокой реофильностью, что способствует их активному расселению в смежные водотоки благодаря перестройкам речных систем и гляциальным процессам. В результате образуются изолированные популяции рыб с высоким числом фиксированных мутаций в геноме. Время формирования подобных популяций позволяет выдвигать гипотезы об эволюции хариусов в основном бассейне реки и, например, исключать варианты недавнего заселения некими видами определенных территорий Амурского бассейна. Множество популяций хариусов, обитающих на сопредельных с р. Амур водотоках, делают этих рыб модельным объектом для изучения биогеографии пресноводной биоты Дальневосточного региона. Среди пресноводных лососевых рыб на юге Дальнего Востока, хариусы имеют наибольшие размеры своих ареалов, включающие множество сопредельных с р. Амур водотоков. По этому показателю хариусы уступают лишь ленкам рода ВгасЪутухгах. Распространению пресноводной ихтиофауны посредством перестроек речных систем способствуют разные геоморфологические процессы, такие как эрозионный врез, излияния базальтов, колебания уровня моря, оледенения, неравномерная аккумуляция осадочного материала и др., приводящие к речным перехватам или объединению их бассейнов [Ганешин, 1958; Короткий, Коробов, 2008; Короткий, 2010 и др.].

В работах последних лет обсуждаются причины и механизмы образования изолированных от Амура популяций хариусов [Книжин, 2009; Антонов, Книжин, 2011]. Однако сведений в этих работах по данному вопросу явно недостаточно для получения четкой картины механизмов таких процессов. Время вселения рыб дается только согласно палеогеографическим работам, при этом отсутствует

расчет генетических мутаций между дивергировавшими популяциями из основного бассейна р. Амура и изолированных водотоков.

Цель настоящей работы - выяснить историю происхождения и путей распространения хариусов бассейна р. Амур на основании молекулярно-генетических данных и ряда других сведений. Используя гаплотипические сети и филограммы отдельных видов, а также калибровку молекулярных часов, установить возможные их центры происхождения и время этих событий. Объяснить современное распределение хариусов в Амурском бассейне, исходя из полученных молекулярно-генетических данных. Обсудить таксономическое положение некоторых амурских хариусов.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Установить филогенетические связи и рассчитать генетические расстояния амурских хариусов между различными их локализациями, а также между ними и европейским, сибирским хариусами и некоторыми представителями Алтае-Саянского региона;

2. Построить сети гаплотипов по контрольной области мтДНК для трех форм амурских хариусов;

3. Скорректировать используемую в литературе калибровку молекулярных часов для полученных нами участков мтДНК;

4. Сравнить генетические расстояния мтДНК разных таксонов хариусов для установления таксономического статуса ряда амурских форм.

Научная новизна. Предложена новая гипотеза происхождения и обоснование основных этапов дивергенции амурских хариусов. Показано подчиненное положение европейского, сибирского вида, а также рыб Алтае-Саянского региона относительно амурских хариусов. Впервые для некоторых амурских хариусов обосновываются центры их происхождения, а также время активного формирования их ареалов. Объяснены возможные причины симпатричного обитания ряда форм и их распределения в речном бассейне. Показан ряд несоответствий между генетическими расстояниями и таксономическим статусом

некоторых амурских хариусов.

Практическая значимость. Новые данные представляют интерес для решения задач пресноводной биогеографии Дальневосточного региона, а также объясняют нерешенные вопросы относительно механизмов и времени освоения биотой водотоков, сопредельных с р. Амур. Полученная информация о наличии и состоянии популяций хариусов в прошлом позволит оценить реальность угрозы для существующих в настоящее время популяций этих рыб. Основные положения, выносимые на защиту.

1. Основные этапы дивергенции предковых форм хариусовых рыб проходили в Амурском бассейне;

2. Верхнее течение р. Амур и Приамурье в различные геохронологические периоды были заселены несколькими видами хариусов, которые находились в отношениях значительной межвидовой конкуренции;

3. Происхождение желтопятнистого хариуса связано с комплексом рек Коппи и Тумнин;

4. Наиболее вероятный центр происхождения верхнеамурского хариуса находится в бассейне р. Сунгари или р. Ялуцзян;

5. Формирование ареала нижнеамурского хариуса происходило в направлении от южного Приморья к верхнему течению р. Амур.

Апробация работы.

Материалы диссертации были представлены на 6-й и 7-й краевых научных конференциях школьников по естественным дисциплинам «Творческая молодежь - потенциал российской науки» (Владивосток, 2003, 2004), на 6-й региональной конференции по актуальным проблемам экологии, морской биологии и биотехнологии студентов, аспирантов, молодых преподавателей и сотрудников вузов и научных организаций Дальнего Востока России (Владивосток, 2003), на всероссийской конференции «Комплексные исследования и переработка морских и пресноводных гидробионтов» (Владивосток, 2003), на двух всероссийских конференциях «Чтения памяти Владимира Яковлевича Леванидова» (Владивосток, 2005, 2008), на 14-м Краевом конкурсе молодых ученых и

аспирантов «Молодые ученые - Хабаровскому краю» (Хабаровск, 2012), на 3-й Московской международной конференции «Molecular Phylogenetics» (Москва, 2012).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, из них одна - в издании, рекомендованном ВАК Российской Федерации; 5 статей - в отечественных периодических изданиях и региональных сборниках; 5 работ опубликованы в материалах международных, российских и региональных конференций.

Структура диссертации. Работа изложена на 151 странице, состоит из введения, 5 глав, выводов, списка сокращений и списка литературы. Содержит 19 таблиц и 24 рисунка. Список литературы состоит из 145 источников, в том числе 53 на иностранных языках. Имеется приложение, состоящее из 4 таблиц.

Благодарности. Автор выражает благодарность своему научному руководителю д.б.н. профессору В.Н. Иванкову (ДВФУ, кафедра биоразнообразия и морских биоресурсов) за ценные замечания и советы, полученные в процессе создания работы. Особую признательность автор выражает заведующему лабораторией генетики ИБМ ДВО РАН д.б.н. профессору В.А. Брыкову, а также научному сотруднику лаборатории паразитологии БПИ ДВО РАН к.б.н. Д.М. Атопкину за всестороннюю помощь в генетических работах. Автор благодарит К.А. Винникова за помощь в освоении современных методов обработки генетической информации. Благодарность за помощь в осмыслении результатов выражается к.б.н. A.JI. Антонову и к.б.н. А.Ю. Семенченко. За помощь в сборе материала выражается благодарность к.б.н. П.Б. Михееву, к.б.н. С.Ф. Золотухину (ХфТИНРО), В.А. Паренскому (ИБМ ДВО РАН), Г.Н. Вороной и О.Н Вороному (жители села Лазо, Приморский край). Автор благодарит также общество изучения Амурского края (ОИАК) за предоставление литературы о составе ихтиофауны в исторические периоды. Отдельная благодарность выражается д.г.н. А.Н. Махинову, В.В. Коробову и к.г.н. И.И. Крылову за обсуждение вопросов причин и механизмов перестроек речных систем, гляциальных, вулканических и других геоморфотектонических процессов юга Дальнего Востока России.

ГЛАВА 1 Обзор литературы по проблеме исследования

1.1 Краткая история изучения хариусов Амурского бассейна

Впервые для амурского бассейна хариус был указан академиком И.Г. Георги под названием Salmo thymallus [Georgi, 1775, цит. по: Тугарина, Храмцова, 1980]. Спустя столетие, Б.И. Дыбовским хариус Амура описывается по 4 экз. из р. Онон и р. Ингода под названием Thymallus grubii Dybowski, 1869 [цит. по: Тугарина, Храмцова, 1980]. Такое написание амурского хариуса закрепилось в литературе на длительный срок [Дыбовский, 1877; Грум-Гржимайло, 1894; Berg, 1906; 1907; Берг, 1909; Солдатов, 1912].

Академик JI.C. Берг [1916] пересматривает систематическое положение амурских и байкальских хариусов и придает им статус подвидов сибирского хариуса Т. arcticus [цит. по: Тугарина, Храмцова, 1980]. Кроме того, автор изменяет написание подвида амурского хариуса на Т. arcticus grubei Dyb. В таком систематическом ранге и написании подвидового названия, амурский хариус упоминается в ряде работ [Берг, 1923, 1931, 1932, 1948; Линдберг, 1927; Солдатов, 1928; Световидов, 1936; Таранец, 1937; Никольский, 1948, 1956 и др.].

Несколько позже Л.С. Берга, из сопредельного с р. Амур водотока, р. Ялуцзян, японский исследователь Т. Мори описал иной подвид сибирского хариуса Т. arcticus yaluensis Mori, 1928. Долгое время ялуцзянский хариус рассматривался в качестве эндемика этой реки и лишь в последние годы был сведен в синонимию с одной из форм амурских хариусов [Ма В. et al., 2008].

Большая часть работ начала XX века была посвящена биологическим характеристикам и особенностям поведения амурских хариусов, тогда как таксономических работ было существенно меньше.

К. Пивничка и К. Гензель [Pivnicka, Hensel, 1978] предприняли попытку провести ревизию рода Thymallus. Используя девять морфологических признаков, авторы пересмотрели таксономические ранги описанных форм хариусов и предложили выделить пять видов: Т. thymallus, Т. brevirostris, Т. baicalensis, Т. nigrescens, Т. grubei. Таким образом, амурский хариус, по данным авторов, получил статус видового. Позже, П.Я. Тугарина и B.C. Храмцова [1980] на основе

морфосистематических, остеологических и эколого-физиологических данных подтвердили справедливость обособления амурских хариусов в отдельный вид. Авторы показали, что по ряду признаков их выборки из нижнего Амура (реки Хор, Амгунь), отличаются от описанных Б.И. Дыбовским из таких рек верхнего бассейна р. Амур, как Онон и Ингода.

После выхода в свет этих работ, хариусы р. Амур снова приобрели неоднозначный таксономический статус. Некоторые исследователи подвергали критике методологическую сторону исследований по присвоению видового статуса обсуждаемым рыбам [Зиновьев, 1980; Черешнев, 1983 и др.]. Впоследствии, в работах с участием П.Я. Тугариной, амурские хариусы упоминаются как подвид Т. arcticus grubei [Баасанжав и др., 1983], что свидетельствует о з