Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Популяционная и видовая цитогенетика бычков (Gobiidae; Perciformes) Понто-Каспин

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Популяционная и видовая цитогенетика бычков (Gobiidae; Perciformes) Понто-Каспин"

ЕРЕВАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 597:575

ГРИГОРЯН КАРИНЕ АГАРОНОЗНА

ШШШИОННАЯ И ВИДОВАЯ ЩГГОГЕНЕГИКА БЫЧКОВ

(GOBIIDAS; H3RGH?0R?'ÎE3) ПОЬТО-КЛСШ'Н

03-00-15 - генетика

А 13 т о р о й 9 р а т длссзртгдсш па сотакакл'э учзяой стглот кандидата ¿лолог~поскшс наук

Зрелая - 1992

Работа выполнена в Институте зоологии АН Республики Армения

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор биологических наук В.П .ВАСИЛЬЕВ

кандидат биологических наук Р.Г.РУХКЯН

доктор биологических наук, профессор Р.А.Г.ШШН

кандидат биологических наук, доцент Л.М.1ЛЕЖ0ШН

биолого-хиглический факультет Армянского педагогического института

Зашта «„« I9S2 г. . „час®

на заседании Специализированного совета К 055.01.04 на биологически факультете Ереванского государственного университета по адресу: 375025, Ереван, ул. Чаренца, 8.

С диссертацией моако ознакомиться в библиотеке биологического факультета ЕГУ.

Автореферат разослан

1222 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, у

кандидат биологических наук ' iy^U. Э.Г.Мугнецян

!

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Эффективность патогенетических методов общепризнана в решении ряда проблем общей биологии и ихтиологии. К таким проблема!.! презде всего относятся эволюция и таксономия отдельных групп животных, установление видового статуса близкородственных форм, эволюционные изменения кариотшоз и т.д. Без привлечения кариологических данных было бы затруднительно или невозмсяно решение вопросов

СИСТемаТИКИ И фИЛОГеНИИ ДЛЯ МНОГИХ ГРУПП рыб ( Acipenseri-dae, Salmonidae, Cobitidae, Cyi'inodontidae И др.).

Объектом изучения в настоящей работе избраны бычки. Являясь реликтами океана Тетис, а затем Сарматского моря, они прошли сложную эволюции в связи с неоднократной изоляцией популяций и вторичными контактами между ними. Использование онтогенетических методов для построения систематики этой группы рыб, в дополнение к традиционному анализу морфологических признаков представляется весьма актуальные. Знание цитогенетической структуры эндемичных и исчезагшх видов, к числу которых относятся бычковые, является необходимым для охраны их генофонда.

Цель д задачу исследования. Целью настоящей работы являлось изучение таксономических отношений и эволюции бычко-еых Понго-КаспиЗского бассейна. В соответствии с поставленной целью решались следующие основные задачи:

1. Изучение изменчивости кариотипоз бычковых Понто-Касппйского бассейна.

2. Выяснение цитотаксонсмических отношений п различных популяциях некоторых видов бычковых со сложной внутривидовой структурой.

3. Изучение кариотипов вякарпруЕЗпх видов Азоао-Черко-морского и Каспийского бассейнов, анализ пх таксономических и филогенетических отношений.

4. Выявление основных тенденций з эволюция яарпотшсэ понто-каспийских бычковых п з семейство Gobiidae з цате;.!.

I. Исследованы кариотипы 17 видов, подвидов и форм бычковых рыб. Из НИХ кариотипы Neogobius platyrostris, Н.platyrostris constructor, N.fluviatilis fluviatilis, N.gymnotra-

-Bichelns, N.kessieri, Caspiosciaa caspium, Benthophiluu naoro cephalus magistri, B.stellatus stellatus Изучены впервые. Проведен сравнительный популяционный анализ ряда ендов 6w~. ковых Пснто-Каспия.

2. Показано, что некоторые вида понто-каспийеких быч-

КОЕЫХ ( Gobius niger 0OZO> Neogobius platyrostris construc tor, N.gymnotrachelus, Benthophilus stellatus stellatus )

характеризуется хромосомным полиморфизмом и мелшопуляцион-ШМИ ОТЛИЧИЯМИ. Для ОДНОГО КЗ ВИДОВ (B.stellatus) удалось установить приблизительную длительность существования полиморфного состояния.

3. У Neogobius kessieri обнаружена У-аутосомная транслокацил, что позволило впервые четко доказать наличие механизма мукской гетерогачетности в детерминации пола быч K03UX рыб.

4. 'Нуте;.; сравнительного анализа кариотипов бычков гру

ПЫ Neogobius cephalarges - N.platyrostris - N.platyrostris constructor установлена видовая самостоятельность последнег Показано, что кавказский речной бычок N.platyrostris constructor представлен двумя группами популяций с четкими ци тогенетическими различиями между ними.

5. Установлена вздовая самостоятельность i'iogobius kessieri (Günther) и N.gorlap (Iljin).

6. Показано, что для понто-каспийских бычковых характерны 4 основные группы кариотипов. В целом для семейства Gobiidae сформулировано предположение о структуре предко вого кариотипа, состоящего из 46 акроцентрических хромосом

Xasa^mümJLJIBamagg.^ деедо<ль.л Полученные дан ныв имеют вакное значение для решения некоторых вопросов таксономии и эволщии изученных групп бычковых, результаты работы могут быть использованы для разработки стратегии ох раны генофондов редких и исчезающих видов. '

Ддробедая р^ботц. Материалы диссертации были представлены: на семинара по хромосомной шшенерии рыб (Тарту, 198 па 3-й Республиканской конференции аспирантов Армянской СС (Ереван, 1989); на отчетные сессиях Ин-та зоологии АН РА п итогам работ (Ереван, 1989, 1990, 1991); на коллоквиумах л боратораи генетики Ин-та зоологии АН РА (Еравач, 1989, 1991

ИХЙШЕЗДМ- По теае диссертации опубликовано 7 работ.

-ggfflBjTTpa н рбъа"! ¿trqoepTnirns. Диссертация состоит из юденпя, четырех глав: обзор литературы (I), материал а медика исследования (2), результата исследования (3) л об-гядение результатов (4), основных выводов, приложения с Улицей хромосомных чисел бычковых и списка цитированной [тературы. Диссертация изложена на 57 страницгх машинописно текста, содержит 5 таблиц и 32 микрофотографии. Списсн [тературы включает 190 источников, из которых 105 на пно-■ранных языках.

Глаза I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

В первой части главы дается краткий таксономический об— >р понто-каспийских бычковых, анализируются таксономический .'ношения В Группе Neogobius ratan - N.platyrostris - N.ce-íaiarges. Во второй части приводятся литературные даянио о !утряввдовой изменчивости кариотипоэ рыб, рассматриваются изличные вида хр ом ос емкого полиморфизма: по транслокациям, {версиям, добавочным хромосомам, по количеству я локализа-1и гетерохроматина и ядрышкообразукхцлм районам хромосом.

Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Материалом для настоящей работы служили представитэли ГЧКОВЫХ семейства Gobiidae (Picces, Perciforne3): 34 ПОПУ--1ЦИИ, 17 ввдов и ПОДВИДОВ.

Материал был собрал с 1985 по 1989г. в Каспийском мора /стьэ р.Волги я в районе Кизыдагачского залива), в р.Куро а liioHo г.Бордоми и в р.Ногелла )бассейн p.FnoHii), в Тбилис-<с:,1 водохранилище (бассейн р.Куры),, з р.Срэ Дзур (бассейн .Араке), з Днепровском лккано, в роках Днестр, Кургфа Зассейн Днестра), Кильчик (бассейн Кальмяуса) л Обиточная, р.Дон близ деревни Рогонкино, в р.Агсй близ г.Туапсе, з зряом море (устье р.Агой и в районах Большого Утрзша п С?— астополя), з Азовском море в районе м.Казантпп. Часть .мато-зала в виде воздушно-сухих препаратов зки фотопленок лзбез-о была предоставлена В.П.Васильевым.

В' общей сложности карнотит! изучены у 3-19 гхземпляроэ rid. У каждой оссби просмотрено в среднем окаю 20 метафгз. аяичестзо обработанного материала отдельно по ::аадо:.:у гнусу, одавду или популяции приведено в таблице.

Таблица

Краткая характеристика изучонных видов

Вид, подвид : Место сбора г 2п : Формула : № : Число изу-

материала ченных рнб

I : 2 : 3 : 4 : 5 - 6

СоМив соЪШв (Ра11ав) ,1811 Черное море 45 46А 46 10

С.^ег ¿ого (Ь.), 1758 Севастополь 52 Ш+4СМ+47СТА 57 5

52 4СМ+4ЕСТА 56 2

Черное море 1« I» Н II 12

(у г. Ту аде е)

Чер«св мот>е (Большой Утрш) »г М II I» 2

Кео^оЫиз серЬа1аГ5ев (РаПая), 1811 Керченский пролив р.Дон 46 о 46А « 46 П 21 I

Азовское море И 11 13

(м.Казантип)

1;.р1а*угов^1е (РаНав), Черное море (I км по 46 46А 46 4

1811 побережью от устья р.Агой)

Чвряое море (Большой Утржп) 1» и 7

К.серИа1аг£ев ссг^гис-Ьог, р.Агой (у г.Туапсе) 46 46А 46 28

(Г/огОшапп), 1840 р.Ногелла (бассейн 44 2М+2СМ+40А 48 3

р.Риони) 44 Ш+Ш+2М+40А 48 3

44 Ш+Ш+42А 46 2

44 9М-1-ТМ4.4ПД I

Продолжение таблицы

ii.fluviati.lis (ГаИ.ав), 1811

И.Г1иу1аиПз ра11ав1, (Беге), 1516

И,ше1апов^пиа тс1апоа1о-пиа, (РаНая), 1811

р.Кура

Тбилисское водохранилище

Днепровский лиман р.Дон

Тбилисское водохранилище

р.Сев Джур (Аомения) Кызылагачский залив

Азовское море (м.Казантши Черное моэе

3 : ! 4 : 5 : 6

42 2М+2М+38А 46 2

42 2М+2СМ+38А 46 4

41 Ш+2М+2М+36А 46 2

41 ХМ+2ГЛ+2.'Л+1 С'Л+ 35 А 47 I

40 2М+2М+2М+34А 46 6

40 2М+2М+Ш+1М+2СТ+32А 46+2 I

39 2;Л+1М+а«+2М+32А 46 2

39 2М+Ш+2М+2М+1СТ+31А 46+1 2

38 2М+2М+2М+2М+1СТ+29А 46+1 I

38 2М+ГЛ+Ш+2М+2М+30А 46 I

37 2М+2л1+1М+2М+2;Л+2СТ+26А 46+2 I

42 2М+2М+38А 46 5

42 Ш+1М+2;Л+2СТ+36А 46+2 I

41 1М+2/Л+2М+36А 46 4

41 Ш+2М+2М+2СТ+34А 46+2 I

40 2М+2М+2СМ+34А 46 II

40 2М+2М+2М+34А 46 I

40 2М+2М+2СМ+2СТ+32А 46+2 I

39 Ы+2М+2М+2М+32А 46 9

39 2М+Ш+2:Л+2;,1+32А 46 I

38 2М+2М+2М+21Й+30А 46 17

46 46А 46 4

Н И И 15

46 46А 46 9

И ?! И I

И и 11 II

46 46А 46 12

М (1 II 18

I I

Продолжение таблзпу

I : 2 : 3 : 4 : 5 : 6

К.тз1апо81:отив аГГ1п1о,, Каспгйовоэ моро 46 46 А 46 II

(Е1с.Ь*га1<1), 1831 46

N.Еупто^асИеХие, (Кевв1ег), р. Днестр 46А 46 3

1857 46 1СМ+1СТ+44А 47 2

46 1М+1СТ+44А 47 I

46 1М+1СМ+44А 48 I

р.Мурафа »1 (1 н 5

р.Днепр И II и 9

К.казо1ег1 Бог1ар, (11;)1п) Каспийское море 46 46А 46 17

Х.ксае1ег1 кезз1€.г1, Днепровский лиман

(сипгиег), 1861 самки 30 16М+14А 46 3

самца 29 Ш*12А 46 4

Мсбо^оЪЗ-иБ Ьа1;гас11осерЬа1ив, Азовское море 30 16М+14А 46 2

(Ра11ав), 1811 (м.Казантпа)

Ргс^егогМпгш паггаога-1;ип, Кнзылагачскпй зализ 46 46А 46 25

(РаНав), 1811 р.Дон П М И 4

р.р.Кглътаг, Обаточпая " II »1 7

Саяр1овота саэг1ш1, (Кевв1ег), р.Дон 48 4СМ+44СТА 52 4

1877

Веп^орЬИив тасгосерЬа1иЕ р.Дон 43. Ш+2СТ+2СМ+38А 48 I

(11;Цп), 1929

B.вtellatu£: в*е11а1;иБ, р.Днестр 44 2СТ+2СМ+40А 48 4

(5 auvage), 1874 44 1СТ+1А+2М+40А 47 3

44 2А+2СМ+40А ' 46 3

-з -

Изучение карлстяпсэ было проведено в клетках передней части почки к реже тимуса по методЗкам, продла-енннц Васильевым (1975, 1978).

После инъзкцяя 0,5/ь-яого раствора колхицина из расчета 0,5-0,8 мл на 100 г массы тела раб вздорштеаля в течение 4-15 ч (инъекцию обычно делали вечером) в аэряруемих аквариумах или л садках. Затем рыб обездвиживали перерезанием позвоночника п брали небольшие кусочки предпочки или тимуса. Гипотонию проводили в 0,9^-ном растворе трох-замещенного цитрата натрия в течение 40-50 (для морских видов) или 30-35 мин. (для пресноводных) или в 0,75М растзоре хлористого калия в течение 20-30 мин. при комнатной температуре. Ткани фиксировали в двух порциях смеси этанола и ледяной уксусной кислоты в соотношении 3:1 в тэченпо 1,5 и более часов. Препараты, изготовленные воздушно-сухим методам, окрашивали з 5%-нал растворе красителя Гимза, приготовленного на фосфатном буфере Зеренсена (рН=6,8) в тач-енно 10-15

МЕЯ.

Исследование препаратов проводили при помоги микроскопа марки " ки - 2Е7 ;^гкрофотогр5фпрованпо производили на пленках "Микрат-200", "?.'лкрат-300" н "¿¿якрат-изопая".

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Результата исследований суммированы в таблица. Средл изученных видов л подвидов бычковых у больЕИНства карлогцп содержит 46 акроцентрических хромосом. У 4 видов - c-obius niger jozo, Heogobius platyrostris constructor, H.gymnotra-chelus, Benthophilus stellatus обнаоуген ХООМСССМЯЫИ

полиморфизм, обусловленный робертсояовскими транслояацкямя и перицентрическими инверсиями. Наиболее высокий уровень хромосомного полиморфизма и мелпсяуляционянх отличи;! характерен для кавказского речного бычка N.platyrostris constructor. у Heocobius kes.oieri обнаружены MH0™9CtceHI?i-3 ¡головые хромоо&ча. Пол у этого зпда определяется по тину XyXgXyXg/XjX^y.

.. Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ .

I. Изменчивость карнотппов поято-касппЗсчцх. Оичхоеих '

К настоящему времени хромосомный палшорфзгм обнаружен

- 10 -

у 5 видов бычков, встречающихся в Средиземном, Черном и Каспийские морях - у Benthophilus stellatus leobergius, Go-bius ophiocephalus (Васильев, 1985), G.paganellus (Vitturi et al., 1984; Giles et al., 1985; Thode et al., 1985; Amores et al., 1990a,b), G.fallax (Thode et al., 1988), G. niger jozo (Vitturi, 1989). Наиболее сложный случай хромосомной изменчивости отмечен у G.paganeiius l. для которого характерны все три уровня хромосомной изменчивости: мо-зацдизм; полиморфизй и мажполуляционные отличия. Хрог.юсогл-ний полиморфизм в данном случае обусловлен рядам хромосомных перестроек: центрических слияний, транслокацией акро-центрических хромосом с образованием одной крупной акроцен-трической хромосомы и перицентрическими инверсиями.

Хромосомный полиморфизм нами обнаружен у 4 видов: у Gobius niger jozo из черноморских популяций, у кав-

казского речного бычка Neogobius platyrostris constructor, бычка-гонца N.gymnotracheius и звездчатой пуголовки Benthophilus stellatus stellatus.

Кариотип исследованных нами особей G.niger jozo из Севастопольской бухты содержит 52 хромосомы, из которых 2 пары можно отнести к субметацентрическим, 24 пары - субтело- и акроцентрическим. Полиморфизм наблюдается по одной паре мелких хромосом: у одних особей эта пара представлена двумя акроцентрическими хромосомами, у других - одной мета-центрической и одной акроцентрической (ьт = 56,57). Особей, у которых эта пара представлена двумя метацентрически-ми хромосомами, не обнаружено, что сеязшю скорое всего с небольшим числом изученных особей. Сходные результата получены и для G.niger jozo из районов г.г.Анапы и Туапсе Черного моря. Иной тип хромосомного полиморфизма был описан у этого подвида из Средиземного моря, кариотип которого характеризуется наличием довольно крупных метацентрических хромосом ( Vitturi, Catalano, 1989).КарИОТИП G.niger jozo из Палермо характеризуется четырьмя хромосомными морфами, 2п» 52, 51, 50 и 49. При этом у особей с 2п =52 крупные ивтацентрические хромосомы отсутствуют, тогда как в других мордах выявляются I, 2 и 3 крупные метацентрические хромосомы при постоянстве яг =60. Следовательно, черноморские

- Д1 -

популяции G.niger jozo по сравнению со средиземноморскими бачками из района Палермо не являются полиморфными по центрическим слияниям. В то яэ время у последних отсутствует полиморфизм по одной из мелких пар хромосом, которые всегда а этой популяции являются матацентрическкми. В таксономическом отношении G.niger пз Черного и Средиземного морей относятся К одному подвиду G.niger ,iozo (Miller, 1986). Различия по кариотипам черноморских и средиземноморских G.niger jozo позволяют рассматривать эти популяции в качестве древних изолятов, каждый из которых имел самостоятельную эволюционную историю.

Широкий хромосомный полиморфизм наблвдается в популяциях кавказского речного бычка Neogobius platyrostris constructor (Васильев, Григорян, 1990, 1992).

Из. таблицы следует, что кариотип этого бачка из р.Агой (бассейн Черного моря) содержит 46 акроцентрических хромосом, для других же популяций характерен хромосомный полиморфизм. У бычков из р.Ногеллы (бассейн Черного моря) число хромосом варьирует от 42 до 44, N? =46, 48. Соответственно варьирует и число двуплечих хромосом - от 4 до 2. У отдельных особей можно наблюдать небольшие субтоясцоятри-ческие хромосомы. Особи с одинаковым числом хромое сел мог;/? представлять различные хромосомные морфы, различающиеся но наличию тех или иных типов метацентриков (табл.). Сходная ситуация наблвдается в популяциях р.Кура и Тбилисского водохранилища (бассейн р.Куры), с там отличием, что хромосомный полиморфизм в этих популяциях представлен бол^о широко. Число хромосом кавказского речного бычка из Тбилисского -водохранилища варьирует от 38 до 42, а из р.Кусы от 37 до 41. Поскольку крайние варианты кариотипов в послэднем случав представлены нечетки числом хромосом, т.о. являются гетерозиготными, то реальная граница изменчивости, по-видимому, тире - от 3S до 42, хотя эти числа хромосом не выявлены, вероятно, в связи с небольшой величиной выборки. Таким образом, в отлячиа от бычков из Тбилисского водохранилища, у бычков нз р.Кури, хромосомный полиморфизм иирэ, так как у первых не встречается морфа с 37 хромосомами и но следует ожидать морф с 3S хроаосоааки. В этих популяциях бычков наб-

- 12 -

лвдазтся также полиморфизм по одной из'пар хромосом, которая по-разному представлена у отдельных особей - либо в виде субметацзнтриков, либо 2 субтелоцентриков, или такие хромосомы могут отсутствовать вообще. Хромосомный полиморфизм кавказского речного бычка р.Куры может быть обусловле! четырьмя хромосомными перестройками: тремя центрическими слияниями и одной перицентрической инверсией. Полиморфизм бычков из Тбилисского водохранилища, а также из р.Ногеллы, связан с тремя хромосомными перестройками: двумя центрическими слияниями и одной перицентрической инверсией. Необходимо отметить, что перицентрические инверсии у бычков из р, Ногеллы, с одной стороны, и бычков из р.Куры и Тбилисского водохранилища, с другой, не идентичны, поскольку у первых г результате этой перестройки появляются мета- и субметацен-трическне хромосомы, а у вторых - субтело- и субметацентри-ческие хромосомы. Несмотря на то, что хромосомный полиморфизм кавказского речного -бычка достаточно широк, говорить об идентичности центрических слиянии э разных популяциях не представляется возможным. Вполне вероятно, что полиморфизм в разных популяциях возник независимо, и перестройки карио-типа в них шли по-разному. Особенно это касается популяций бычков разных речных бассейнов, в данном случае бассейнов р.Куры и р.Риони.

В принципе одно из центрических слияний может быть сцеплено с полам, так же как у СоЪхойоп са.-ьгалгиз (Агаэ., Баыааа, 1974) И НеоБоЫив кезеХем. (сМ.НИЖе). При столь широком полиморфизме судить об этом можно или по распределе нию хромосомных чисел у самцов и самок, или, если позволяет численность выборки, по крайним вариантам. В популяции бычков Тбилисского водохранилища крайним вариантом является кариоморфа с 38 хромосомами, не только потому, что это край нее число, но и потому, что все 8 метацентрических хромосом могут быть выделены на 4 пары гомологов. Число исследованных особей с такими кариотипами составляло 17. Из них у ,16 был определен пол. Оказалось, что соотношение полов в этой хромосомной морфе равно 1:1, т.е. фиксированное центрическое слияние, сцепленное, с полом, отсутствует. В то же время если центрическое слияние, сцепленное с полом, не фиксирова

- 13 -

но, то обнаружить его при столь широком полиморфизме весьма трудно.

Из понто-каспийских бычков полиморфными оказались все три изученные нами популяции бычка-гонца NeogobiuB gynnotra-сЬе1иа(табл.) (Васильев, Григорян, 1992; Григорян, Васильев, в печати). Кариотип бычков из нижнего течения Днепра включает 46 хромосом, из которых 44 являются стабильными одноплечими хромосомами, тогда как морфология оставшейся одной пары варьирует. Эти хромосомы по длине попадают в число первых шести пар. У одних экземпляров эта пара представлена двумя субтелоцентрическими ила акроцентрическими хромосомами, у других - метацентрическим в сочетании субмета-или субтелоцентрическимн хромосомами. При этом относительная длина хромосомных плеч может заметно варьировать в клетках одной особи, в связи с чем возникают трудности в классификации хромосомных морф. Кроме этого, неясный полиморфизм наблюдается по морфологии одной из средних пар хромосомного набора, у которой может варьировать длина одной из плеч. Сходная картина наблюдается у бычков из бассейна Днестра. Таким образом, число хромосомных плеч в изученных популяциях бычка-гонца варьирует от 46 до 48. Причиной полиморфизма, по-видимому, являются перицентрические инверсии или перераспределение гетерохроматина.

Другой случай хромосомного полиморфизма обнаружен у B.steiiatus (табл.). Оба изученных подвида звездчатой пуголовки ( В.stellatus leobergius Iljin ИЗ ВОЛГИ Я B.steiiatus stellatus из Днестра) в диплоидном наборе имеют 44 хромосомы и характеризуются одинаковым типом хромосомного полиморфизма: наиболее крупная пара хромосом может быть представлена двумя субтелоцентрическими, двумя акроцентричес-кими хромосомами или по одной субтело- и .акроцентрической хромосомами (Васильев, 1985; Григорян, Васильев, I9S2). один из редких случаев, когда можно утверждать длительно».

Сохранение ПОЛИМОрфНОГО СОСТОЯНИЯ. Арвал B.stellatus leo-bergius охватывает бассейн Каспийского моря, а B.stellatus stellatus - только бассейн Азовского моря и опресненную северо-западную часть Черного моря. Изоляция мевду Азовским и Каспийским морями не столь длительна: согласно

- 14 -

Федорову (1978), последнее соединение эгйх водоемов было при раннехвалынской трансгрессии Каспийского моря (30-50 тыс. лет назад). В то ке время изоляция между северо-запад ной частью Черного моря и Азовским морам, а также Каспийским, гораздо более длительна и датируется временем образо ванкя крымского перешейка(2-3 млн. лет назад). Таким образом, можно предполагать, что хромосомный полиморфизм у звездчатой пуголовки существует по меньшей мере столь длительное время.

Судя по имеющимся данным, хромосомный полиморфизм наи более часто встречается у бычков Понто-Каслийского и Среда земнсморского бассейнов, тогда как у бычков из других регионов, несмотря на большое число изученных видов, это явление не описано, разве что за исключением одного неясного случая у Oxyeleotris marmorata (Arai, Fujiki, 1979)-

Нестабильность кариотипов средиземноморских и понто-касиийских бычков может быть связало с различными причинами. Для объяснения этого феномена можно сослаться на гипотезу Кинга (King, 1982), согласно которой нестабильные кариотипы характерны для организмов со сложным поведением : формирующих сообщества, что в определенный степени относит ся и к этим бычкам. Не исключено такие воздействие окрупас щей среды на эти организмы, обитающие в сейсмически активных районах (Воронцов, Ляпунова, 1984; Ляпунова и др., 1988). В сейсмических районах чаще, чем в несейсмических, меняется давление изоляции за счет обвалов, изменения руса рок, селевых потоков, что создает особо благоприятные уело вия для.фиксации новых вариантов и ускоряет темпы видообра зования. Изменчивость хра.1 ос ом может быть индуцирозапа сопутствующей замлетрясешшм мутагенными факторами: га:лма-излучением, повышенной концентрацией радоновых вод и солей тяжелых металлов, индуцирующей хромосомные церестройки.

2. Половые хромосомы у представителей сачойства Gobiidae

У большинства цитогенетически изученных видов рыб по-лоЕые хромосомы не обнаружены. Вероятно, в подавляющем числе случаев пел у рыб определяется одним или несколькими генами, расположенными в цитологически неразличимых хрсмосо-

- 15 -

мах. Однако для ряда видов удалось показать кариологичес-ков различие между самками и самцами (см. обзоры: Васильев, 1985; Кирпичников, 1987). Оказалось, что для рыб обычно характерна мужская гетерогаметность, но иногда встречаются ввды с неясной гетерогаметностыо.

Среди бычковых рыб половые хромосомы были обнаружены у ОоЪд.ос1оп с11:г1т13 (Агаз., Заыайа, 1974- )• Эти ХРОМОСОМЫ стали различимыми благодаря У-аутссомной транслокации, в результате чего у самцов число хромосом сказалось равным 43, а у самск - 44. Анализ кариотипов этого вида свидетельствует, что небольшая У-хромосомы была транслоцирована на одну из аутоссм.

Половые хромосомы обнаружены нами у Иео^сыиз кезв1е-п. Каряотип сачок включает 30 хромосом, 16 из которых является двуплечими. Кариотип самцов состоит из 29 хромосом, в отличие от самок они тлеют крупную непарную метацентричес-кую хромосому. Число акроцентрических хромосом на две меньше, чем у самок. У обоих полов число хромосомных плеч составляет 46 (табл.). Очевидно, что различия в кариотииах самок и самцов обусловлены У-аутосомной траяслокацией. В это-,! случае происходит центрическое слияние У-хромосомы с одной из аутсссм, что приводит к образованию каристипа с нечетным числом хрсмоссм у самцов. В подобных случаях говорят о мйо-аествепяых половых хромосомах: самцы - Х^У, салки -

' У-хр^'осша и аут ос см а, вовлеченные в транслока-цав, относятся я группе первых трех пар акроцентрических хрсмоссм. В пределах этой группы У-хромоссму идентифицировать поессмогло.

Не исключено также, что детерминация пола у и.кезз-1ег1 происходит по типу ХО, Сдиако для уверенности выбора в пользу того или иного объяснения, необходимо теть результата исследований мейоза. В первом случае в мойозе должен наблюдатся трнвалент, а во втором - унивалент. К сожалению, мы не располагаем данными по мейозу этого вида, хотя тлеющиеся результата в целом по рыбам и другим группам ответных свидетельствуют о невозможности или крайней маловероятности определения пата по типу ХО. В связи с этим достаточно уверенно мозно говорить о множественных половых хромосомах данного вида.

- 16 -

Таким образом, в семейства Gobiidae у двух далеких В родстаенном отношении ВИДОВ (Gobiodon citrinus И Neogo-bius kessieri ) обнаружен мужской тип гетерогаметности. Возможно, такой тип детерминации пола характерен для всего семейства Gobiidae.

3. Цитотаксономические отношения в группе Neogobius cephalarges - N.platyrostris - N.platyrostris constructor

Таксономический статус этих бычков до настоящего времени остается неясным. Согласно Ильину (1927, 1949), в Черном и Азовском морях встречаются два хорошо различимых вида - Gobius platyrostris Pallas И G.cephalarges Pallas. В своей ранней работе (19?7) автор указывает, что в горных реках Кавказа живут два подвида - кавказский речной бычок G.cephalarges constructor И КурШСКИЙ бЫЧОК G.platyrostris cyrius. Державин (1934) сохраняет двойное видовое обозначение, принятое Ильиным, хотя отмечает, что ни один из признаков, предложенный Ильиным для различения пресноводных G.platyrostris И G.cephalarges, не оказывается надежным. В последующем Ильин (1949) выделяет только один ВИД пресноводных бычков, G.cephalarges'constructor. СХОДНОЙ точки зрения придерживается Берг (1949), хотя при описании N.platyrostris он отмечает, что в пресных водах живет особая форма этого вида, неотличимая от N.cephalarges constructor. Такая же система бычков этого комплекса изложена и Световидовым (1964).

Пинчук (1963, 1968) обнаружил переходные фор;,и и зону интерградации между аллопатричными морскими популяциями G. cephalarges И G.platyrostris, а В речках ЧерНОМОрСКОГО побережья Кавказа автор (1969) выделяет только подвид G. cephalarges constructor, указывая при ЭТОМ, ЧТО курин-ский бычок более сходен С G.platyrostris, чем G.cephalarges constructor из Черноморского бассейна. В более поздних работах (1976, 1977) Пинчук значительно пересмотрел таксономию бычков этого комплекса. По его мнению в Черном и Азовском морчх встречаются следующие виды этого комплекса -Г.".platyrostris И I." .cep'nalargoideo , а ТраДИЦИОННО выделяемый вид я.ее:-;-.«1 arres частично попадает в ti.pia-

- 17 -

tyrostris eurycephalus Kessler, частично В N.platyros-tris odessicus Pinchuk. В реках же Черноморского побережья Кавказа, а также в верхнем и среднем течении р.Куры Обитает N.platyrostris constructor.

Наши ранее опубликованные (Васильев, Григорян, 1990) и представленные здесь результаты позволяют говорить о видовой самостоятельности N.platyrostris constructor ПО ОТ— НОШеНИЮ К N.ceptialarges И N.platyrostris.

Иитогенетический анализ показал, что кавказские речные бычки, за исключением популяции из р.Агой, кариотипически полиморфны И обособлены ОТ N.cephalarges И N.platyrostris (табл.). Бычки из р.Агой и, возможно, других неизученных популяций, в кариологическом отношении яе отличаются от N.cephalarges, так Жв, как ПОСЛвДНИЙ ОТ N.platyrostris. Эти данные позволяют предположить, что кавказские речные бычки имеют двойное независимое происхождение: одна группа популяций, шире распространенная (бассейн Куры и реки Черноморского побережья Кавказа) и кариологически обособленная, возникла, вероятно, в период формирования речной системы Кавказа. Другая же группа популяций, которая встречается только в реках Черноморского побережья и кариологически не отличима от морского N.platyrostris, возникла от последнего в более поздний период. Кстати, эти две группы популяций замотно отличаются и образом жизни: первая из них обитает исключительно на каменистых участках с очень сильным течением, вторая же группа встречается главным образом в прибрежных участках, и хотя она часто населяет горные реки и ручьи, но занимает в них биотопы с тихим течением.

Широкий хромосомный полиморфизм у кавказского речного бычка может быть связан с двумя причинами. Первая из них -накопление хромосомных мутаций, которые длительное время находятся в нефиксированном состоянии. Это объяснение может быть легко принято для популяций бычков из бассейна р.Куры. Второе объяснение заключается в значительной дивергенции ка-рнотша кавказского речного бычка от кариотипа морских форм N.cephalarr^s ИЛИ N.platyrostris. В ЭТОМ случае Прес-новодкые £ормы могли иметь стабильные кариотипы с меньшими чнслааа хрсмсюсм, чем у морских форм, а наблюдаемый е .частая-

- 18 -

щве время полиморфизм является результатом гибридизации, возможно, неоднократной, речных бычков р морскими. Это о< яснение монет быть применено для бычков Черноморского пос режья Кавказа. Необходаю заглотить, что в большинства слз чаев невозможно решить каким образом возник полиморфизм: путем накопления хромосомных мутаций или дивергенцией с последующей гибридизацией вновь возникших и исходных фор!

Таким образом, полученные нами кариологические дашд позволяют рассматривать хромосомно полиморфных кавказскш речных бычков как представителей самостоятельного вида -Neogobius constructor.

4. Цитотаксономические отношения некоторых викариру) щих видов бычков Азово-Черноморского и Каспийское бассейнов

Большинство изученных нами видов бычков составляют J карирующие виды. Это бычок-песчаник N.fiuviatilis, бычок-кругляк N.melanostomus, бычок-головач II.kessleri, бЫЧОК-ГОНеЦ N.gymnotrachelus, 0ЫЧОК-ЦУЦИК Proterorhinu marmoratus, Caspiosona caspium, звездчатая пуголовка Benthophilus stellatus И азовская ПуГ0Л0ВКа B.macroce ■phalus.

В настоящее время принято, что каспийские и черномо] кие популяции этих бычков относятся к разным подвидам, kj ме популяций бычка-цуцика P.marmoratus и С.caspium (Берг, 1949; Пинчук, 1976, 1977; Miller, 1986).

Проведенный нами сравнительный цитогенетический ана показал, что исследованные подвиды бычка-лесчаника N.fiu viatilis fluviatilis И N.fiuviatilis pallasi Berg ПО риотипу не различаются (Григорян, Васильев, 1992). По чи хромосом не различаются также черноморские и каспийские ; ВИДЫ бычка-кругляка N.melanostomus. У обоих ПОДВИДОВ Э бычка кариотип содержит 46 акроцентрических хромосом (Ив нов, 1975; Васильев, 1985; настоящая работа, табл.).

Черноморские и каспийские популяции бычка-цуцнка р. marmoratus по меристйческим признакам не различаются (Ильин, 1938; Берг, 1949). Идентичны они и кариологическ Все изученные нами популяции в кариотипе содержат 46 акр центрических хромосом (Григорян, Васильев, 1992; табл.).

- 19 -

Черноморские л каспийские популяции звездчатой пуго-овки в^еНа^з также относятся к разшм подвидам — [.^е11а1;из ^еПаШв И B.stella1ruз 1еоЬег21из. Оба одвпда не различаются по числу хромосом и характеризуются динаковым типом хромосомного полиморфизма (Васильев, 1955; ■ригорян, Васильев, 1992).

Остается дискуссионной таксономия :,'.кесв1ег1 из Чер-ого и Каспийского морей. В настоящее время принято, что аспийские и черноморские популяции этого бычка относятся я азным ПОДВИДаМ Н.кезз1ег1 кеэз1ег1 И Н.кезз1егх еог-.ар (Берг, 1949; Пикчук, 1977; мтег, 1986). Согласно льину (1956), каспийскиэ популяции этого бычка предстаэ-яют собой самостоятельный вид и.еог1ар. Впоследствии срав-итальный анализ по внешним морфологическим признакам, про-еданный Пинчуком (1977), показал отсутствие существенных азлИЧИЙ МЭЛДУ П.кезз1ег1 кесз1ег1 И И.кедэ1ег1 £ог1ар. 1а наш взгляд, подученные авторами морфологические данные :о этим подвидам недостаточны для подтверздеяия их видопой амостоятельности.

Проведенный нами кариологичсский анализ этих форм бнч-:ов выявил следующее. Кариотип бычков из бассейна Каспийско-■о моря состоит из 46 акроцентрических хромосом (табл.), огда как кариотип черноморских бычков включает 29 хромосом ' самцов и 30 у самок. Число двуплечих хромосом у 29-хромо-:омных особей 17, а у 30-храмосомных - 16. Таким образом, :ариологические данные но дают других вариантов объяснения ■аксономических отношений этих форм, крале констатации существования двух различных ВИДОВ - И.кезз1ег1 и И.50г1ар.

5. Цитогенетаческие подходи к решению некоторых проблем родовой таксономии нонто-каспийских бычкстс:

Изученные нами виды бычковых представлены двумя основами группами. Одна группа представлена соЫиэ соЫ^з и Э.п1цег ¿ого, которые являются средиземноморскими иммигранта, другая же включает все остальные виды, которые являиг-'Л реликтами Сарматского моря. В свою очередь эта группа да-штся на две: собственно бычки (роды NeogoЪiuз, Мезс^оМиз, pгoteгoгhinцs, Савргозола) Я пуголовки ( вепйшрь^из зte-11аШ8 И В.тасгосерЬа1и.*з тай^э^О.

- 20 -

Изолированное Сарматское море как остаток океана Те-тис сформировалось в верхнем миоцене. В связи с его сильна опреснением его обитатели, бывшие типичные представители морской фауны, претерпели значительную эволюцию. В частнос ти, у взрослых сарматских бычков плавательный пузырь OTcyi ствует. В то же время по другим морфологическим признакам кекоторыэ группы сарматских бычков, такие, как роды Neogobius и Mesogobius, не обнаруживают значительных сшп чий от рода Gobius, который является представителем среда земноморской фауны и Восточной Атлантики. В связи с этим некоторые авторы (Ильин, 1949; Световидов, 1984) рассматр* вают рОДЫ Neogobius и Mesogobius в Объеме рода Gobius В кариологическом отношении многие виды родов Gobius к Neogobius имеют практически неотличимые кариотипы, вклв чающие по 46 акроцентрических хромосом (табл.). Наиболее з ЛОШШПИМСЯ ЯВЛЯЮТСЯ кариотип G.niger jozo. Он, ПО-ВИДИМС му, возник в результате увеличения числа хромосом до 52 и псрицентрических инверсий, которые увеличили число хромосс ных илеч до 57. Как ужа отмечалось, для G.niger jozo xí рактерен также внутрипопуляциошшй и,межпопуляционный хрог, соиный полиморфизм ( vitturi, Catalano, 1989; настоящая ¡ бота) Полиморфизм характерен также для других представите Лей родов 'Gobius-Neogobius (G.paganellus, G.fallax, Ií.ce phalarges constructor, N.gymnotrachelus).

Остается нйясной система рода Mesogobius (Bleeker), который впервые в качестве рода выделил Берг (1916), отделив его от рода Gobius Азово-Черноморского бассейна. К роду Mesogobius бассейна Черного моря Берг относил 2 bi да M.batrachocephalus- и M.gyranotrachelus. Эту СИСТОМ;

он подтвердил и в дальнейшем (Берг, 1949). Ильин (1927, 1949) также выделяет группу Mesogobius но в качество подрода и с одней видом G.batrachocephalus, а современный N.gymnotrachelus относит к подроду Babka. СоГЛасШ Пинчуку (1977), черноморский род Mesogobius включает та ко один вид M.batrachocephalus, тогда как другой вид Э' г-о рода относится к роду Neogobius - N.gymnotráchelus. Обособленность вышеупомянутых видов подтверждается íaitse краниологическими исследованиями (Васильева, 'Вогачик;"199:

- 21 -

Кариологические исследования указанных видов бычков явили значительные различия мезду ними. У M.batrachoce-aius 30 хромосом-(Иванов, 1975; наши данные), из кото-х 16 двуплечие, у N.gyranotracheius совершенно иной ка-отип (см.выше). По своему кариотипу M.batrachocephalus енъ близок к N.kessleri. Сходство проявляется не толь-| в числе хромосом и хромосомных плеч, но и в некоторых талях строения карлотила, а именно по наличию сходных бмета- и субтелоцентрических хромоста. На основании этих яных становится крайне маловероятным, что сходные карио-ПЫ M.batrachocephalus и N.kessleri ВОЗНИКЛИ парал-ЛЬПО. МОЗНО предположить, ЧТО M.batrachocephalus ве-т начало от N.kessleri или от близких к кому форм. Б ком случае N.gynnotracheius находится в стороне от эй ветви и в кариологическом отношении ведет свое начало общего ствола Gobius-Neogobius. Отсюда следует, что д Kesogobius в объеме, предложенном Бергом, является юкуственным, и если выделить его в качестве самостоятельно, то для Черного моря его следует рассматривать в обье-| ОДНОГО вида M.batrachocephalus, как считает Пинчук ;977).

6. Эволюция кариотипов понто-каспийских бычков и некоторые проблемы эволюции кариотипов в семействе Gobiidae

Эволюция кариотипов - один из ванных аспектов общего :сш;цпсняого процесса. Хотя первлчным фактором генетичес-:й изменчивости являются генные мутации, там не менее 'руктурниэ перестройки хромосом вносят существенный вклад озолстда генетических систач.

В связи с тем, что в течение значительного отрезка вре-шл сарматские бцчкя развивались самостоятельно, представится возмогшим рассматривать эволюцию их кариотипов отдель-) от средиземноморских и других видов. Хотя кариологичесха ¡учёны небатьшая часть сарматских бычков, тем не менее нэ-зторие выводы относительно эволюции их кариотипов можно 'олать уже сейчас. Прежде Есего, необходимо остановиться i вероятном предковом кариотипе этой группы. С цитогенета-:ской течки зрения наиболее примитивным является карпотеа

- 22 -

с 46 акроцентрическши хромосомами. Следует также учесть, что этот кариотип характерен и для многих несарматских бычков. Такой кариотип имеют большинство ввдов рода Neogobius (N.fluviatilis, N.gorlap, H.melanostomus, N.cephalarges, К.platyrostris), а также бычок-цуцик P.niarmoratus. От этого кариотипа ведет свое начало вторая группа кариоти-пов, к которой можно отнести полиморфный кариотип кавказского речного бычка Neogobius platyrostris constructor ] КарИОТИПЫ N.kessleri И Mesogobius batrachocephalus(рис.), становлении кариотипов последних двух видов исключительную роль играли центрические слияния, число которых было не менее восьми. Что же касается эволюции кариотипа кавказского речного бычка, то здесь, наряду с центрическими слияниями, важное значение имели также перицентрические инверсии.

Следующую группу составляют кариотипы пуголовок (род Benthophilus). КарИОТИПЫ В.stellatus И B.raacrocepha-lus magistri, с одной стороны, сходны медду собой, а другой - отличаются от кариотипов представителей рода Neo Eobius, хотя эти различия могут быть следствиам одной-дву: хромосомных перестроек: транслокаций двух акроцентрических хромосом, в результате чего образовалась крупная пара одно шгвчшс хромосом, и перицентрической инверсии, с образованием двух субтелоцентрических хромосом. Присутствие же одной крупной метацентрической хромосомы в кариотипе в.тас-rocephaius magistri является следствием робертсоновской транслокации (табл.).

Среди изученных нами видов наиболее уклонившийся кари тип характерен для Caspiosoma caspium, который, таким о разом, представляет самостоятельную ветвь сарматских релин товых бычков. Необходимо отметить, что виды, имеющие карио тип, заметно отличающийся от 46 акроцентрических хромосом, занимают небольшие локальные ареалы, что может быть еще од ним свидетельством вторичности их кариотипов.

Если рассматривать в целом кариотипы сем. Gobiidae, т выявляется следующая картина. Наиболее часто встречаются к риотппы с 46 и 44 хромосомами, при этом обычно все хромосо акроцентрические. Эти кариотипы характерны даже для таксон мических групп, значительно дивергировавших от основного ствола бычковых и обычно выделяемых е отдельные семейства

S.nacrocephaluo raajzistri 2n=43, Ш?=43

СП=43, и

B.P

B.Ptsllatus

•44 , !7? «46-48

G.niger jozo

1П? = 56,57

2n=46 N?=46

N

.caspiun 2n=48, NP=52

n.plat/ro"tris constructor 2n=44-37, HF=16-48

?пс. Сзолюцгя кариотипов понг.'о-каспийских бычков

ЗЛИ Подсемейства (Eleotridae, Periophthalmidae И др.). Вероятно, кариотип с 46 ачроцентрическими хромосомами следует рассматривать в качестве предкового не только для сарматских

1. Изучены кариотипы 17 видов и подвидов бычков Понто-Каспия. У четырех из них, а именно у Gobius niger o°zo Neogobius platyrostris constructor, N.gymnotrachelus, Ben-thophilus stellatus stellatus обнаружен ХРОМОСОМНЫЙ П0ЛИ-иорфизм, обусловленный главным образом робертсоновскими . гранслокациями и перицентрическими инверсиями.

2. Широкий хромосомный полиморфизм и межпопуляционные отличия обнаружены у кавказского речного бычка Neogobius platyrostris constructor. Число хромосом у этого вида варьирует от 37 до 46, число хромосомных плеч - от 46 до 48.

3. У Neogobius kessieri обнаружены множественные половые хромосомы, детерминирующие пол по типу X^XjXg/XjXgy. Наряду с ранее известными данными это позволяет сделать заключение о детерминации пола бычковых по типу мужской гетеро-гаметности.

4. Из черноморских ввдов бычков к роду Mesogobius зледует отнести только M.batrachocephaius, тогда как дру-

5ЫЧКОВ, НО И для всего сем. Gobiidae.

вывода

- 24 -

гой вид, N.gymnotrachelus, ранее относимый некоторыми авторами к этому роду, принадлежит к той же хромосомной группе, ЧТО И ВИДЫ рода Neogobius.

5. Кавказский речной бычок Neogobius platyrostris cono truc tor представлен двумя группа:,ж: первая включает хромосомно полиморфные популяции, которые значительно отличаются ОТ морских N.platyrostris И N.cephalarges, И В связи с этим могут рассматриваться как представители отдельного вида; вторая же группа популяций кариологнчески не отличается от морских подвидов.

6. Каспийские и азово-черноморские подвиды и популяции Neogobius fluviatilis, N.melanostomus, Proterorhinus mar-moratus, Benthophilus stellatus, несмотря на географическую изолированность друг от друга, кариологически идентичны.

7. Впервые получено доказательство видовой самостоятельности Neogobius kessleri и N.gorlap, ранее ОТНОСИМЫХ К одному виду.

8. На основании литературных и полученных в настоящей работе сведений можно заключить, что эволюция кариотипов понто-каспийских бычковых шла в двух направлениях: как в сторону уменьшения числа хромосом в результате робертсонов-СКИХ транслокаций ( Neogobius platyrostris constructor, N. kessleri, Hesogobius batrachocephalus), Tai: И В сторону увеличения числа хромосом и их плеч -в результате перицентри-ческих инверсий с последующими центрическими разделениями

( Gobius niger jozo, Gaspiosoma caspiun).

По томе диссертации опубликованы следующие работы:

1. ГрИГОрЯН К.А. КарИОТИПЫ преСНОВОДНЫХ бЫЧКОВ Neogobius fluviatilis (Pallas) И Neogobius cephalarges constructor (Nordmann)(Gobiidae;Perciformes)n3 Закавказья //Тез. докл. 3-й Республиканской конф. аспирантов Арм.ССР. - Ереван 1989. - 4.2. - С.14.

2. Васильев В.П., Григорян К.А. Широкий хромосомный полиморфизм кавказского речного бычка // ДАН СССР. - 1990. -Т.311. - JÉ6. - С.1509-1512.

3. Васильев В.П., Григорян К.А. Кариология семейства Gobiidae // Вопр.ихтиологии. - I9S2. - Т.32. -Вап.5.-С.27-40.

4. Григорян К.А., Васильев В.П. Кариотипы пяти видов бычковых Понто-Каспийского бассейна // Вопр.ихтиологии. -1992. - Т.32. -Вии.4, - C.I62-I66.

5. Васильев В.П., Григорян К.А. Хромосомный полиморфизм и кариолопгческие отношения бычков хруппы Neogobiua cephalarges (Pallas)-N.platyrostris (Pallas)/, в печати

6. Григорян К.А., Васильев В.П. Сравнительный анализ трех видов бычковых Черноморского бассейна в связи с их таксономическими отношениями // в печати

7. Григорян К.А., Рухкян Р.Г. Сравнительная кариология И филогенез бычковых рыб ( Gobiidae;Perciformes) бассей-ноз ганых морей // в печати