Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Популяционная структура брюхоногого моллюска LIТТОRINА SITKANA PHILIPPI

ВАК РФ 03.00.18, Гидробиология

Автореферат диссертации по теме "Популяционная структура брюхоногого моллюска LIТТОRINА SITKANA PHILIPPI"

- 6 АП?

1ППЯ

На правах рукописи

ЗАСЛАВСКАЯ Надежда Ивановна

ГЮПУЛИЦИОКНАЯ СТРУКТУРА БРЮХОНОГОГО МОЛЛЮСКА ЫТТОЯМА БГГКЛт РН1ПРР1

Специальность 03.00.18 - Гидробиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

V

ВЛАДИВОСТОК 1998

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Исследование структуры популяций пилон морских беспозвоночных является одной из задач гидробиологии. Генетический подход я такого рода исследованиях приобретает особое значение, так как все биологические особенности популяций суть производные от их исторически сложившихся генных фондоп. Генетика популяции позволяет в количественном форме описывать генетическую информацию в популяциях н находить связи между их генетической структурой и биологическими свойствами (Алтухов, 1981).

Цель и задачи_исследования. Целью работы было изучение

популяционион структуры ипогиш .чИкппа на макро- и микропрострапствспных уровнях с цслыо определения степени подраздслспности популяций и выяснения, какие факторы на разных уровнях оказывают определяющее влияние на структуру популяций этого вида. В ходе понуляииопно-генетичсского исследования возникла вторая цель в связи с тем, что были обнаружены морфологически схожие с Циоппа а^ксгла, по хорошо отличающиеся по аллознмам виды. Два вида оказались полыми .для науки (один из них описан как ЬШог'та котика, а второй пока не описан,), а третий оказался новым для западной Пацифнки -/_. ¡иЬгснипс/ат. Характеристике генетических различий между этими четырьмя видами посвящена вторая часть исследования.

В связи с этим поставлены следующие задачи:

1. Исследовать популяциоппо-гспетнчсскую структуру ИПоп/ш л/¡капе; на большей части российского ареа.ла с использованием аллозимов в качестве маркеров генов.

2. Оцепить степень генетической дифференциации между двумя пространственно разобщенными поселениями в заливе Восток.

3. Исследовать степень генетических различий между Цпогша х/'гка/ш и тремя обнаруженными видами.

Научная новизна. Впервые исследована иопуляцпопно-генетнческая структура Циогша хИкапи па значительной части российского ареала на макро- и мнкроиространствеиных уровнях. В ходе исследования описан новый вид - Циоппи ким/гки; обнаружен новый, морфологически схожий с ииоппо\ .чекана вид. различающийся но аллозимным маркерам (/.. дул).

Исследованы генетические различия между этими четырьмя вилами с использованием аллозимов в качестве маркером генов.

Теоретическая н практическая значимость работы. Результаты исследования позволяют оценить факторы, оказывающие влияние па популянионно-генетичсскую структуру ИИинпп хНкипа па разных уровнях. Выявление трех морфологически схожих видов по аллозимам свидетельствует о высокой эффективности метода зимограмм при решении таксономических задач разной сложности. Обнаруженные диагностические локусы, по которым могут быть разделены четыре морфологически схожих вида, могут использоваться при составлении списка видов в случае невозможности разделения видов по морфологическим признакам. Результаты исследования могут иметь практическое применение при разработке генетического мониторинга экосистем залива Пегра Великого.

Материал диссертации может быть использован при чтении курсов понуляшюиной генетики, гидробиологии и зоологии беспозвоночных.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены на годичных научных сессиях ИБМ ДВО РАН (1991 и 1995 гг.), на международном симпозиуме по биологии литторинид (Франция, 1993). совместном заседании Гидробиологического и Генетического семинаров (январь 1998 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Структура н объем диссертации. Диссертация состоит' из введения, трех глав, заключения и выводов. Работа содержит таблиц и иллюстрирована 20 рисунками: текст изложен на 142 страницах. Список работ включает 155 работ, из них 37 на русском языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 2. Генетическая структура популяции у видок литорин с ограниченной способностью к распространению (литературный обзор)

В первой части главы дается характеристика метода электрофореза ферментов и его использование в ноиудяинонной генетике и таксономии. Вторая часть посвящена анализу литературных данных по понуляппоиио-

гспстнчсскон структуре литорин и значению данных, полученных с помощью метола зимограмм, для систематики и филогении рола Ипогша.

Значительная' внутривидовая дифференциация видов литорин с прямым развитием па больших расстояниях определяется в значительной степени стохастическими процессами. Однако при исследовании поселении, расположенных па небольших расстояниях, с учетом факторов окружающей среды некоторые локусы оказались селективно значимыми. Метод зимограмм широко использовался при решении ряда таксономических задач рода Цпоппа. Разработана консенсус-филогения рода с использованием морфологических и молекулярных (аллозимпых и ДНК) данных. Тихоокеанские виды до сих пор остаются малоизученными по сравнению с атлантическими.

3. Материал и методы

3.1 В первой части этой главы дана биологическая характеристика четырех исследованных видов (по литературным данным): Циоппа (Ыепггета) ткана РЬШррК 1846 (синоним кигНа МкМепс1ог1Т), Ипоппа (/\!сп1п'т/1) лиЬп>!ши1п{а (Сагретег, 1864), ППог'та (ПИоппа) кахтки Но¡11, 2а.ч1а\-.чкпуа & Бс^еуяку, 1991, Циогта ,чр., включающая сведения по распространению, изменчивости, типу развития.

3.2 Во второй части описан сбор материала при исследовании макроиространстпеннои изменчивости ЫПоппп х^капа. Сбор моллюсков провод идея в течение 1989-1991 годов. На рис. 1 представлена карч а-схема сбора моллюсков. В 1989 году были взяты выборки с юга залива Петра Великого: о. Фуругельма, бухта Витязь, залив Асгафьсва, остров Пелпе: а также с севера Приморья: бухта Соколовская, бухта Кит, залив Владимира, залив Ольги, залив Опричник и бухта Рудная. В 1990 и 199! годах проводился сбор моллюсков с Курильских островов. Изначально собирали моллюсков, считая их .хНкапа. Однако, в ходе элсктрофоретичсского исследования выяснилось, что некоторые выборки содержали помимо /.. л7-!капа моллюсков других видов, а две выборки полностью состояли из другого вида, позже определенного как шЬгоитсЬш. Таким образом, в 1990 году были взяты следующие выборки: 4 выборки с о. Янкича, две из которых, как оказалось позже, состояли из ¿. .чнЬтШпс/Ма, а две другие

Рис. 1 Карта-схема сбора моллюскон I. ¡¡¡капа при мсслслошипш макропросч-рапственноц изменчивости.

1 - о.Фуругельма, 2 - б.Витязь. 3 - б.Лстафы-ва, 4 - о.Пс.чис. 5 - а. Восток. 6 -й.Мелководная, 7 - б.Соколокскли, 8 - б.Кит, 9 - з.Олацимирл. 10 - ¡.Ольги. 11 - ч.Оп-ричник, 12 - б.Рудная, 13 - о.Кунашнр (м.СтолбчатыМ, 14 - о.Кунашнр (Горячи» пляж), 15 - о.Ичуруп (хКасатка), 16 - о.Итуруп (Ясно?)- 17 - о.Ичуруп (р-н Курыьска). 18 - о.Итуруп (б.Рсйдово)

содержали помимо L. sitkana еще н особей L. kasatka; выборка с острова Рыпонкича, которая состояла только in моллюсков L. sitkana и пыборка /,. sitkana из зал una Восток. В 1991 году взяты S выборок: дпе с острова Кунашир (одна с охотоморского побережья и районе мыса Столбчатый, а вторая с Южно-Курильского мелководья в районе Горячего пляжа); четыре выборки с острова Итуруп (три - с охотоморского побережья и одна - с тихоокеанского), при этом две охотоморских выборки, взятые в поселках Ясное и Рейдово, содержали помимо L. sitkana моллюсков L. kasatka, а тихоокеанская выборка включала моллюсков неизвестного вида, который мы в нашей работе будем обозначать L. sp.\ кроме того была взята выборка с о. Медный (Командорские острова) и пыборка из залива Восток (рис. 1). Всего было взято 22 выборки.

3.3 Сбор материала при исследовании микропроетраиствеиной изменчивости был проведен в двух до калы ¡остях в районе биостанции "Восток" Института биологии моря ДВО РАН, расположенной на берегу залива Восток Японского моря (в 20 км от г. Находка). Локальности располагались на противоположных сторонах залива на расстоянии 4 км друг от друга. В первой локальности моллюсков и .он ради среди валунов, во второй - с галечного пляжа. Собранные моллюски с учетом возраста и скульптурированностн раковин были сгруппированы в 7 выборок: 4 выборки из валунного пляжа и 3 с галечного пляжа.

Возраст моллюсков определялся по кольцам нарастания на раковинах. При этом безошибочно выделялась группа сс гол сто к (tu), а остальные возрастные группы из-за возможной ошибки в определении возраста рассматривались суммарно (t|+). Кроме возраста учитывалась скульптури-роваипость раковины. Было выделено две фснотипнчсскис группы. Первая (SC|) представлена моллюсками, имеющими на раковине (обычно в се основании) отчетливые спиральные ребра, иногда различимые также в верхних частях оборота и очень редко но всей раковине. Вторая группа (scq) представлена моллюсками с гладкой раковиной, не имеющей каких-либо элементов спиральна/! скульптуры. Частоты этич* фенотипов не одинаковы в разных возрастных группах: среди старших групп доминируют особи, имеющие спиральную скульптуру, тогда как у сеголеток их соотношение приблизительно равное. Таким образом, в пределах каждой из двух ло-кальностей выделены фсиотнппческпе и возрастные ¡руины. Описание исследованных выборок приведено в табл. 1.

Таблица 1. Ракошишые фенотипы, возраст, средняя гетерознготпость (If) и ее ошибка [т) в семи выборках литорин.

Место сбора Номер Фенотип Возраст _

ныоорки H m

1 sc. to 0.407 0.028

Валунный 2 sc0 tl+ 0.421 0.0 IS

пляж 3 sco to 0.314 ' 0.035

4 sco tu 0.367 0.042

Галечный 5 sei In- 0.530 0.027

пляж 6 sco to 0.522 0.027

7 4C(I tl- 0.559 0.03S

Примечание, sc.j - отсутствие внешнем скульптуры раковины; sej - наличие ппешней скульптуры раковины; to - сеголетки; ti+ - взрослые моллюски (один и более лет).

3.4 В этой части приведены детали электрофоретнческого анализа. При исследовании макрспроетранственпой изменчивости выборки моллюсков были нсс'ледованы но 4 полиморфным локусам (//>/;, Рер-2, Est-') и Est-2). При анализе микропространственной гетерогенности популяции

L sitkana исследованы но пяти полиморфным локусам (Est-D, GpL'Ipp, Est-9 и Est-2).

Тринадцать ферментов, кодируемых 16 локуса.ми исследованы при сравнении L. sitkana, L. kasatka и L. sp.: (Aldh, Aid, Argpk, Got, Gpt-l, Gpt-Z //;/;, Lap, Mdh, Pep-1, Pep-2, 6-Pgd, Phgk, Pgi, Pgm-l, Pgm-2). У L. su-brotundtau были исследованы 13 локусов (исключая Aid, Got и Lap).

3.5 Приведены биометрические методы, используемые при обработке материала.

Для оценки значимости различий между наблюдаемыми и ожидаемыми числе!июстяии генотипов использовали стандартный /—критерии (Животовскпй, 1991). В том случае, когда нельзя было использовать обычный х2-тесг из-¡а низких ожидаемых частот генотипов, применялся псен-довероятностпый гсст (Hernandez & Weir, 1989). Расчеты велись при помощи программы CHIHW (Zaykin & Pndovkin, 1993). С помощью этой же программы рассчитывались значения коэффициента Сплапдера, оценивающий дефицит или 1пбыток гстерозигот.

Для оценки статистической значимости различий' аллельпых частот между выборками использовали %2-тсст на гетерогенность; чтобы избежать ошибки первою рода при множественных сравнениях проводилась поправка

по формуле Шидака (Sokal & Rohlf, 1981, p. 728, Rohlf & Sokal, 1981, p. 101), при этом использовали программу MULTEST (Зайкнп и Пудовкин, 1991).

Для опенки существенности различи» аллельных частот, кроме стандартного критерия хи-квадраг, был использован Т-критерип Фишера объединения независимых вероятностей (Кокс и Хинкли, 1987) ири сравнении пар выборок. При сравнении средних значений был использован /,/-критерии Стыодснта (Лакин, 1973). При сравнении долей использовали арксииусное преобразование (Урбах, 1964).

Для опенки степени генетического сходства между выборками пли видами испрользовали коэффициент генетического сходства, на основе которою рассчитывались значения генетического расстояния (N с i, 1972).

Для расчета стандартного генетического расстояния, построения фепограмм и размещения выборок в пространстве главных компонент использовали статистические пакеты BIOSYS (Swofford & Selandcr, 1981) и N'TSYS (Rohlf, 1988).

Для опенки генетической дифференциации и сравнения наших данных с данными других авторов проводили анализ генного разнообразия но методу Нея-Чакрабортп (Nei, 1973; Chakraborty, 19S0).

4. Результаты н обсуждение 4.1 Популяцнонно-гскетическая структура Littorina sitkanu

4.i.i Макроирострапствсиная структура популяций Lhiohaa sitkana При исследовании макропространствспной изменчивости L. siikana были подучены следующие результаты.

Проверка соответствия распределения наблюдаемых частот генотипов ожидаемым и j равновесия Хардн-Вапнберга не показала отклонений ни в одном л о кусе в выборках с Курильских и Командорского островов и из южного Приморья (за исключением выборки из б. Витязь по локусу Pep 2). Отклонения от равновесия Хардп-Вайнберга обнаружены в двух выборках из северного Приморья (з. Опричник и б. Рудная) и проявляются в дефиците гстерознгот в локусах ipp и Est-9. Кроме того тенденция к дефициту прослеживается по локусу Est-9 во многих других выборках. Наблюдаемый дефицит гегерозигот может быть следствием отбора, действующего на эти пли связанные с ними локусы. В пользу этого предположения свидетельствует

s

тот факт, что именно эти дна локуса оказались селективно значимыми в нашем исследовании на микропространствснном уровне.

При сравнении всех выборок с использованием теста па гетерогенность по частотам вллслсй мы получили статистически высокозначимую гетерогенность (РС0.0005). Для наглядного представления генетических раз-личин между всеми выборками на основе значений генетического расстояния была построена фонограмма невзвешенным парно-групповым методом кластеризации (рис. 2).

На рисунке видно, что все выборки разделились па две группы. В первую группу объединились выборки из б. Витязь, о. Фуругсльма, б. Астафьева, о. Пелис, залива Восток и из б. Мелководной. Вторая группа состоит из двух подгрупп: одна обьсдипяст выборки с Курильских островов и острова Медного, а вторая - выборки из б. Соколовской, б. Кит, з. Ольги, з. Владимира, з. Опричник и б. Рудная.

Рис. 2. Фенограмма, отражающая генетические различия 18 выборок !.. sitkana по частотам аллелей 4 полиморфных локусон

По оси - значения генетического расстояния (Ne¡, 1972); обозначения выборок: vos-з. Восток, niel- 6. Мелководная, орг -3. Опричник, vid - Владимира, sok - б. Соколовская, kit - з. Кит, olg - з. Ольги, nul - б. Рудная, kill - о.Кумаишр (м. Столбчатый), ku2 - о. Куиашир (Горячий пляж), кош - о. Медный (Командорские о-ва), lip - о. Рыпонкича. jan - о. Яикнча, ras - о. Расшуа, pel - о. Пелис, a.st - 0. Лсгафьева, Гиг - о. Фуругсльма, vit - б. Витязь.

Другой метод графическою представления близости выборок - метод главных компонент (в нашем случае на основе значении генетического расстояния) - даст сходную с фонограммой картину (рис. 3). На рисунке

Ы rud

бросается н глаза, что выборки из двух бухт (Мелководная и Соколовская), расположенных недалеко друг от друга - их разделяет всего около 20 км -значительно удалены гснетичсски.

1.6т

0.8

0.0

-и.е> -

срг зок

гис! •7к1 _ 1

ь- Ф ]ап |<и"!

газ

кш

ре1 v с-

гпе!

.6 -0.8 0.0 0.8 1.6

X

Рис. 3. Метод главных координат: генетические различия между 18 выборками Л. ¿¡(капа.

Обозначения выборок также, как па рис. 2.

Примечателен тот факт, что выборки из южного и северного Приморья генетически более отличны, чем последние и выборки с Курильских и Командорского островов. Различие ссверо- п южпоприморских выборок может быть объяснено наличием изоляции между этими регионами. С одной стороны, отсутствие личиночном стадии и малоподвижность взрослых особей способствуют такой изоляции. С другой стороны, рассслптельпые способности ¿. ¡Икшю не такие уж и маленькие. Для атлантического вида со схожим типом размножения и сходным ареалом - /.. .уа.хшШ.ч в ряде исслс-

доваиий показана высокая колонизационная способность (Ъшон, 1987Ь; .1о11аппсхяоп & \Varniocs, 1990). Моллюски могут переноситься птицами, разноситься на плавающих предметах, льдинах, а в случае с ¿. я^капа переноситься могут не только моллюски, по и кладки. Молодь этого вида па ранних студиях развитии может дрейфовать и толще воды (Маг1с1 & С1па, 1991). Очевидно, что при гаком пассивном переносе определяющую роль могут играть течения. Воды холодного Приморского течения могут способствовать переносу кладок или молоди вдоль побережья до мыса Поворотный. Далее течение разделяется на две ветви: одна отворачивает в сторону Японских островов, а вторая движется на юг, но в основной своей массе минует залив Петра Великого (Юрасои, Яричин, 1991). Тем не менее, как нам кажется, полной изоляции между северными и южными выборками ожидать трудно, гак как исследования популяционнон структуры приморского гребешка показали наличие обмена личинками поселений залива Петра Великого и северной части Японского моря (Долганов. Пудовкин, 1997). Низкие значения коэффициентов генетического расстояния были подучены ятя поселении гигантской устрицы из залива Петра Великого и залива Буссс (о. Сахалин) (Пудовки;!. Никифоров, 1988). Однако, возможно, что обмен моллюсками между соседними поселениями является более важным условием генетической однородности поселений на большом ареале. Отсутствие такого обмена может приводить к генетической дифференциации поселений, находящихся даже на небольших расстояниях. Примером такой дифференциации может служить различие выборок из б. Мелководной и б. Соколовской, которые располагаются на расстоянии около 20 км, но генетически различаются очень сильно. Эти различия обусловлены в первую очередь локусом 2, по котором)' в этих выборках практически фиксированы разные аллели: I! Мелководной фиксирован аллель А, в то время как в Соколовской и 1! других выборках из северного Приморья и Курильских островов с высокой частотой встречается аллель В, а аллель А либо отсутствует, либо встречается с низкой частотой. Такое существенное различие должно быть следствием изолированности этих поселений и их ограниченной численности. Возможно, что такую изоляцию обеспечивает река Кпсвка. ип.е которой находится между этими двумя бухтами.

В кластерах северного и южного Приморья прослеживается коррелирован ноеть между значениями О (К'с1, 1972). рассчитанными для пар вы-

борок п пределах каждого кластера, и географическим расстоянием между этими выборками. Коэффициент корреляции равен 0.731 и 0.600, соответственно (р<0.05 дли обоих случаен). Зависимость в обоих кластерах имеет сходный характер: с увеличением географического расстояния между выборками значения генетического расстояния также увеличиваются. Однако такой зависимости не наблюдается в Курильском кластере. Установление такой зависимости в приморских поселениях свидетельствует о более длительном их существовании по сравнению с курильскими.

Что касается большей близости выборок из северного Приморья выборкам с Курильских островов, то, как нам кажется, она может быть обусловлена историей формирования ареала вида. В четвертичном периоде было характерно чередование трансгрессивных и регрессивных эпох, что выражалось в поднятии и опускании уровня моря. При этом материковая часть, о. Хоккайдо, о. Сахалин и частично Курильские острова объединялись п. таким образом, был возможен обмен моллюсками из этих регионов. Таким образом, современные поселения литорин из северного Приморья и Курильских островов, возможно, имеют общее происхождение.

4.1.2 Межлсмовая и внутрндсмопая генетическая дифференциация Littorina sitkaua

При исследовании дифференциации двух поселении L. sitkana г> заливе Восток практически во всех выборках наблюдалось равновесное распределение частот генотипов.

В табл. 2 приведены результаты -/2-тсста на гетерогенность частот генотипов в обеих локалыюстяч и отдельно .тля возрастных групп в каждой из них.

Как видно hi данных таблицы по всем локусам наблюдаются статистически существенные различия между моллюсками из двух групп. При группировке только по возрасту обнаруживаются генетические различия между сеголетками и более старшими моллюсками в обеих локадыюстях. Максимальная дифференциация наблюдается по локусам Est-D и Est-9. При группировке по фенотипам (наличию скульптуры па раковинах) существенных различии между группами не выявлено.

Таблица 2. Пространственная и возрастая гетерогенность гспотиппческих частот в двух поселениях литорин ППоппа ¡Икапа.

Л о кус Максималь -нос число генотипов Суммарное число особей Тест на гетерогенность

Г йЛ. Р

Пространственная гетерогенность

(сравнение поселений валунного и галечного пляжей)

ЕМ-О 3 563 26.76 2 0.0001

1рр 8 522 69.65 5 0.0001

Ср1 5 587 19.66 3 0.001

ЕИ-2 6 534 43.19 5 0.0001

ЕИ-!> 4 584 25.03 3 0.0001

Возрастная гетерогенность в поселении валунного пляжа

Е.И-П 3 237 6.43 2 0.05

¡РР 4 331 7.73 3 н.с.*

6/7/ 4 339 1.71 2 н.с.

ЕИ-2 6 312 0.95 2 н.с. ■

Ем-9 4 337 . 6.44 2 0.05

Суммарное значение по всем локусам 23.26 . 11 0.02^

Возрастная гетерогенность в поселении галечного пляжа

3 236 10.17 2 0.01

1рр 8 192 14.83 4 0.01

Ср/' 4 243 2.64 2 н.с.

ЕШ-2 3 222 5.53 2 н.с.

Е$!-9 3 247 15.82 2 0.001

Суммарное значение по всем локусам 48.99 12 0.001

'и.с. - не существенно

о.б :-

0.4 'г

0.2

»Г - 0.2 г • 0.4 --О.б'г

5 I

-0.6

•0.4

• 0.2

0.2

0.4

Рис. 3. Генетические различия между ссмыо исследованными выборками литорин, представленные в координатах главных компонент.

Номера выборок соответствуют таковым, приведенным в табл. 1. Выборки 1-4 -валунный пляж (локальность I); 5-7 - галечным пляж (локальность 2): 1, 3, 6 - сеголетки: 2, 4, 5, 7 - смешанные выборки всех других возрастав.

На рис. 3 изображены нее семь выборок (иозрастпо-фенотипичсских групп) из обеих локальностсй н координатах главных факторов. Первый фактор, па который приходится б4?о общей изменчивости, преимущественно отражает генетическую дифференциацию между моллюсками из двух исследованных локалыюстей. Второй главный фактор, включающий 22% общей изменчивости, в основном, отражает различия между сеголетками и моллюсками остальных возрастных групп.

Обнаруженную пространственную генетическую дифференциацию моллюсков из двух локалыюстей легко можно было бы объяснить лишь дрейфом, который не нивелируется ограниченным потоком генов между ними. Обычно именно такого рода объяснения даются при исследовании гюпуляционной структуры видов с ограниченной способностью к расселению. Дифференциация за счет дрейфа обусловлена ограниченной численностью моллюсков в каждой локальности и их пространственной разобщенностью. Расстояние вдоль берега между двумя локальностямп превышает 15 км. Как уже было отмечено, у моллюсков этого вида отсутствует планктонная стадия в развитии, а взрослые особи не совершают значительных горизонтальных миграций и не способны к активному расселению. Боулдинг (Вои1(Нп§, 1990) отмечает, что моллюски этого вида за 6 недель продвигались вдоль по побережью максимум на 15 м. В заливе Восток осуществлению возможной миграции в поколениях вдоль береговой зоны препятствуют две впадающие в залив реки (Волчанка и Литовк;.;, опресняющие приустьевые районы на расстоянии до 2 к.м (Степанов, 1976), в которых отсутствуют поселения данного вида. Тем не менее, существует высокая вероятность того, что эти поселения связаны некоторым миграционным потоком, происходящим в результате нерегулярного переноса как самих моллюсков, так и их кладок.

Выявленные нами различия в генотиппческом составе между сеголетками и половозрелыми моллюсками в пределах каждой локальности свидетельствуют о влиянии отбора на генетическую дифференциацию двух поселении.

4.2 Генетические различия между видами, морфологически схожими с Ь. яНкапа и выявленными при исследокашш ее популяционной структуры

Три вида, морфологически схожие с /.. хМктш, были обнаружены по аллозимам при исследовании макропространственной изменчивости этого вида на Курильских островах. Усредненные значения генетического расстоянии (К'с1, 1972) между четырьмя видами приведены н табл. 3.

Таблица 3. Усредненные значения стандарпшго генетического расстояния (Nei, 1972) между 4 вилами лпторпп.

1îiu Число i иопуы 1 1 кип ! 2 3 Л H

1 L. sabrotuntfata 2 i 016 ( .016 - 016)'

2 L. sttkana 3 ! .946 | ( .827 - 1.030) .109 ( .021 - .169)

3 L. k.isntkn 2 j 1.915 ! (1.799 - 2.090) 1.643 ( 1.429 - I.SS5) .124 (.124 - .124)

4 L. ьр. 1 i .978 ! ( .958 - .998) .586 ( .564 - .62S) I.1S6 ( 1.126 -1.245)

* - В скобках приведен р.имах значения:

" - значение огсутсшус!. 1ак к,н; была исследована только одна популяция /,. 5/7,.

Фснограмма, отражающая генетические различия между этими видами дана, на рис. 4.

Рис. 4. Фонограмма, оцмжаютля генеппеекпе различия между четырьмя нидами

1.00

0,76

'.1.ГЛ!

'■'г) ■ -г-

1<оя

менее у пас пет сомнений, что это действительно валидный шщ. По четырем из 16 исследованных локусов (Ahl, Got, Mdh п Pgm-l) у L. sp. нет общих с L. sitkana аллелей. Более того, различны самые частые аллели в других пяти локусах (Aldh, Arpk, !рр, Pep-2 и Pgm-2). Генетическое расстояние между этим видом и выборкой /_. sitkana, в которой он обнаружен (залив Касатка, о. Итуруп), составляет 0.786, в то время как расстояние между выборками L. sitkana из залнна Восток и залива Касатка равно 0.216. Полученное нами значение генетического расстояния между этими двумя видами сопоставимо с приведенными в обзоре Уорда значениями для не близких видов литорин (Ward, 1990). К сожалению, мы не можем сравнить наши значения с значениями генетического расстояния между L. sitkema и ее сестринским видом L. harikawai из-за отсутствия аллозимных данных по последнему виду. Тем не менее мы думаем, что L. sp. является довольно близким L. sitkana видом, что подтверждает сходство женской репродуктивной системы (Рид. лич. сооб.). Это, в-свою очередь, позволяет предположить и сходство типа размножения, что даст основание предположительно отнести этот вид к подроду Neritrema. Пол ученные нами значения генетического расстояния между L. sp. н L. sitkana близки к значениям, полученным налги ранее (Заславская и др.. 1992) для видов одного подрода: для L. littorea - L. squaUdu (0.688), принадлежащих к подводу Littorina и L. sitkana - L. obtusata (0.756). принадлежащих к годроду Neritrema.

L. suhrotundata - второй по близости к L. sitkana из исследованных нами видов. Особи кого вида могут быть лпко отделены от L. sitkana н L.sp. но аллозямн. л> признакам. В двух нз 13 исследованных локусоп \ Gpt-2 и Mdh-J) oTcyrciHxioi .бшне с L. sitkana аллели, а и пяти лок\сах (Arpk. Ipp. Рер-2. Pgi. Pgm-l) наиболее частые аллели отличны от таковых у L. sitkana. С L. sp. L. suhrotundata отличаются но 5 локусам (Arpk, Gpt-2. Mdh-1. l'gi и Pgm-i). Генетические лиетапинп между L. suhrotundata и этими видами составляют 0.9S1 и 0.975, соответственно. Рид (Heid. 1996) отмечает сходство с L. sitkana по многим признакам: по форме пениса, радуле и раковине эти виды иногда неразличимы. Рид и Голиков (Rciti & Golikov. 1991) предложили использовать в качестве диагносшчиых признаков для разделения этих видов мпкроскульнтуру раковины и форму палпалыгого яйцевода. При более легальном исследовании Боулдинг с соавторами (Bonkiing et ai., 1993) предложили в качестве полезных для диагностирования этих видов в поле-

пыл условиях признаков пигментацию тела и раковинную скульптуру. Кроме того эти авторы отмечали различия в яйцевых капсулах и фиксированные различия по аллельным частотам {Pgi и Sclh-4). Рид предлагает в качестве основного признака, позволяющего различить эти виды в любой одной локальности, использовать все-таки форму палиальпого яйцевода (у L. sitkanii кансульная железа больше, чем у L. siibrotiindata), которая позволяет различить самок двух видов, а для различения самцов использовать пигментацию тела (во .многих, но не во всех локальносгях L. siibrotiindata имеет более светлое тело, чем L. sitkana и у пес отсутствует пигментация пениса, которая часто наблюдается у L. sitkana) и некоторые признаки формы и окраски раковины (например, шашечная окраска встречается только у L. siibrotiindata) (Reíd, 1996).

Близость этих видов подтверждает анализ мнтохондриальноп ДНК (Reíd et al., 1996), на основании которого авторы предполагают, что время разделения этих видов около 6-10 млн лет назад.

L. kasatka по нашим данным наиболее отличающийся вид от других трех видов. Общие с L sitkana аллели отсутствуют в 7 из 16 исследованных локусов, с L. siibrotiindata - в S из 13 локусов, а с /.. sp. - в 8 из 16 ло-кусов. В трех локусах (Gpt-l, Gpt-2 и Рвр-2) у L. kasaika не было общих аллелей нн с одним из трех исследованных видов и по одному локусу {Ahí) не было общих аллелей с L. sitkana н L. sp. (L. siibrotiindata не была исследована но этому локусу). Кроме того в локусе Pgi аллель А и в локусс Pgm-J аллель F были встречены только у L. kasatkn. Генетическое расстояние между этим видом и каждым из остальных исследованных нами было больше единицы. Более того, генетическое расстояние между L. kasat-ка и L. sitkana больше, чем между последней и атлантическими видами L. saxatilis, L. obtusata и L. marine (Заславская и др.. 1992), которых Рид относит к подроду Neritrema ('как и L. sitkana). Если рассматривать генетические дистанции между L. kasatka и тремя исследованными нами видами, то они сопоставимы с дистанциями, которые Бакслджау и Вормоес (Backcljan & Warmocs, 1992) приводят для подродов littor'uia и Neritrema, и с межродовыми дистанциями, полученными Янсоп (Janson. 1985а) для Littoraria angidifera и Nodilittoriiia zicr.ac. Полученные памп значения немного больше, чем приводимые Вордом (Ward, 1990) дистанциями между видами литорин из разных подродов. Наши данные хорошо согласуются и под-

тверждают предположение Рида, оснопаипого на результатах кладистского анализа, что I. ка.чшка, несмотря па свое морфологическое сходство с 1капа и шЬюШшШа, принадлежит к другому нодроду (Цпог'та), тогда как эти дна мила (Пс1с1 е1 а1., 1991), принадлежат к нодроду Меппгпш. Следует отметить, что /.. ка.чШка по анатомическим признакам хорошо отличается от исследованных нами видов, так как имеет уникальное строение как женской, так и мужской репродуктивной системы. Кладистский анализ, основанный па морфологических признаках, помещает ¿. ка.чМка между двумя парами: Ь. щиаГикг, Ь. 1Шогеа\ /.. Ьге\\сы1а, Ь. тапеЫшпса и подродом Иегпгета (^¡с!, 1996). Филогенетический анализ последовательностей мито-хондрпалыюй ДНК подтвердил отсутствие близкого сходства /.. ка.чшка с каким-либо из живущих ныне видов литорин (Яе1с1 ег а1., 1996).

Заключение

В результате нашего исследования мы получили представление о популяпиоппо-генетичсскон структуре тихоокеанского брюхопогого моллюска Цпог'та .чИкапа. Во-первых, популяции этого вида являются сильно дифференцированными, что ожидалось нами, так как моллюски не имеют планктонной стадии в развитии, а подвижность взрослых особе;"! довольно сильно ограничена. Степень дифференциации как на больших растояниях так и па микропросгранствснном уровне сравнима с таковой у атлантических видов с прямым развитием (в частности, с дпфферсннпрованностыо поиулянчн ¿. .ча.ха/Ш.ч).

На макропространствениом уровне популянионпая структура ЦПоппа ч'пкапа определяется в первую очередь ограниченным генным потоком между поселениями моллюсков, а также историческими событиями расселения литорин этого вида. Большее сходство моллюсков из северного Приморья с литоринами с Курильских и Командорских островов свидетельствует об относительно недавней (в масштабе геологического времени) изоляции этих регионов, в то время как обмен моллюсками поселений из залива Петра Великого и северного Приморья, по всей вероятности, ограничен. Чем может быть обусловлена подобная изоляция не вполне ясно, так как перенос моллюсков и их кладок птицами и на плавающих пред-

1Б

метах вполне возможен. На больших расстояниях более важное значение при расселении литорин имеет возможность обмена моллюсками между соседними поселениями. Отсутствие такой возможности может приводить к очень глубокой дифференциации. Примером такой дифференциации могут быть различия между поселениями из б. Соколовской и б. Мелководной, находящихся на расстоянии 20 км. Изоляцию обеспечивают, по всей вероятности, несколько (¡»акторов (течения, песчаные пляжи), но определяющим, как нам кажется, является опресняющее воздействие реки Кпсвка. Похоже, что сходим;'! изолирующий механизм действует и в заливе Восток, где наблюдается существенная дифференциация между двумя поселениями, находящимися на расстоянии 4 км, по разделенными устьями двух рек.

На основании анализа выявленной дифференциации на микропространствснном уровне мы пришли к выводу, что в основе генетической дифференциации популяции моллюсков ППоппа зйкапа в заливе Восток лежат два фактора: отбор и генетический дрейф. Генетический дрейф обусловлен ограниченно;! численностью моллюсков в каждой локальности вследствие их пространственной разобщенности. Действие отбора проявляется в различиях но трем локусам моллюсков разных возрастных групп (сеголеток и моллюсков более старшего возраста) в каждом из поселений.

Обнаружены некоторые общие закономерности при исследовании по-пуляцнопно-генетической структуры на разных уровнях. Так селективно значимые локусы (1рр, Ем-1)) 1; поселениях литорин залива Восток вероятно также находятся под действием отбора и в севсропрнморских поселениях.

Ограниченная способность к распространению способствует изоляции отдельных популяции, которая при длительном характере обеспечивает возможность накопления мутаций, приводящих к репродуктивной изоляции.

$икшш подобно I. захагИк в Атлантике является комплексобразуюшпм видом. Значительная морфологическая изменчивость, свойственная этому виду, затрудняет систематический анализ, и лишь проведение ревизии с использованием анатомических признаков совместно с аллозимными помогло выявить новые (для региона и для пауки) виды. В нашем исследовании это - I. ка.чШка. /.. .чиЬюНннкМа п л/л Два В ЦДЛ ОЫЛП ПОЛЫМИ ДЛЯ пауки: один описан, как /.. кахшка, второй пока не описан из-за недостатка

морфологических данных. Третий пил - /.. .чнЬгоппиЫа - был новым для западной Панпфнкн. Наши данные подтверждают предположение Рида (Ке1с1, 1996), основанное на данных кладистского анализа и исследовании митохопдрпалыюй ДНК, о принадлежности /_. ка.ча1ка другому под роду -Шоппа, в то время как три других вида принадлежат подроду МегИгета.

Почти неразличимые морфологически виды оказались довольно далекими генетически. Степень генетических различий между этими видами значительно больше, чем между видами других известных комплексов литорин что может свидетельствовать о более раннем их происхождении. Об этом говорят данные кладистского анализа на основе морфологических признаков (11е1с1, 1996), а также анализ митохондриальной ДНК (Иек! с! а1.. 1996). По крайней .мере это касается ¿. шЬгопчиШа и ¿. каБШка.

Дальнейшие перспективы исследования, па наш взгляд, заключаются в более подробном исследовании мпкропрострапственноп структурированности популяций Ь. ¡пкипа с увеличением количества исследуемых локусов н с учетом большего количества внешних факторов, оказывающих влияние па расселение моллюсков: открытость и защищенность мест обитания, расположение на разных участках литорали; а также с учетом возраста моллюсков. Необходим более детальный анализ с учетом морфологических признаков популяций с Курильских островов, что помогло бы описать новый вид и уточнить межвидовые связи с использованием большего количества локусов. При межвидовых сравнениях желательно произвести как можно более полный анализ с учетом морфологических и молекулярных признаков (как аллозимов, гак и ДНК).

Выводы

1. Изучена макропрострапствсипая гюнуляииошю-геиетпческая структура (с использованием аллозимов в качестве маркеров генов) брюхо-ногого моллюска Циоппа .ч'^капи и российской ч;Гстн его видового ареала - северное и южное Приморье. Курильские и Командорские острова. Обнаружена высокая пространственная изменчивость аллсльпых частот. Исследованные поселения кластеризуются в три дискретные группы -поселения южного Приморья, поседения северного Приморья и поселения Курильских н Командорских островов. Дифференциация между кластерами составила 17.8 Го, тогда как внутри них - 10. 4%.

2. Выявлена статистически значимая коррслированпостъ генетических и географических расстояний в обоих Приморских кластерах и отсутствие таковой в курпльско-командорском кластере. Эти факты, по-видимому, отражают" историю расселения L. sitkana в исследованном ареале, длительность существования этих поселений. При этом Приморская группа поселении представляется нам как более древняя.

3. При исследовании микроиространствепной популяциопно-генетической структуры L. sitkana выявлены генетические различия между поселениями, расположенными в заливе Восток Японского моря на расстоянии 4 км одно от другого. В обоих поселениях выявлены одинаково направленные возрастные изменения генетического состава. Эти данные позволяют предположить, что на микропространствепную дифференциацию поселении по .исследованным локусам влияют, по крайней мере, два фактора - генетический дрейф и дифференцирующее действие естественною отбора.

4. В ходе электрофоретического анализа моллюсков из разных локадъностей (с основной целью изучения популяшюнно-гснстпческои структуры) выявлены 3 вида (.морфологически очень схожих с L. sitkana), два из которых оказались новыми для науки (¿. kasctka и L. хр.), а один впервые обнаружен в западной Пацифнкс (L. subrotii/uiata).

5. Анализ генетических различий между L. sitkana и 3 выявленными видами показа.т значительное генетическое отличие L. kasatka от трех других видов, чго заставляет предположить его принадлежность к подроду Lhtorina. roí да как три остальных вида принадлежат к подроду Neritrema.

Спи сок работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Заславская П.И.

Генетическая изменчивость четырех тихоокеанских видов литорин (Molhtska; Littoriniilae)//Ymzтика. 19S9. Т. 25. С. 1636-1644.

2. Re id D.O.. Zaslavskaya N.I.. Sergievsky S.O.

Littorina kasatka a new species from the Kiirilc Islands and Okhotsk Sea// Nautilus. 1991. V. 105, N1 1. P. 1-6.

3. Zaslavskaya N.I., Sergievsky S.O., Tatarcukov A.N.

Allozymc similarity of Atlantic and Pacific species of Littorinci (Gastropoda: ■ Littorinidae)/Ji. Moll. Stud. 1992. V. 58. P. 377-384.

4. Заславская Н.И., Сергиевский C.O., Татаренков A.H.

Гепетико-биохнмическое сравнение атлантических и тихоокеанских видов Littorina (Mollusca: Gastropoda)//Т^нтка. 1992. Т. 28. С. 89-96.

5. Заславская Н.Й., Калабушкин Б.А., Пудовкин А.И.

Внутридемовая и междемовая генетическая дифференциация брюхоногого моллюска Littorina silkana/J Генетика. 1994. Т. 30, N 5. С. 666-674.

6. Zaslavskaya N.i.

Genetic comparison of four species of Littorina considered before as Littorina knrila// Cah. Biol. Mar. 1994. V. 35. P. 267.

7. Zaslavskaya N.I.

Allozyme comparison of four littorinid species morphologically similar to Littorina sitkana// Hydrobiologia. 1995. V. 309. P. 123-128.

Надежда Ивапопна ЗАСЛАВСКАЯ

популяционная СТРУКТУРА брюхоногого моллюска littorina sitkana philippi

Автореферат

Изд. лиц. ЛР №040118 от 15.10.96 г. Подписано к печати 12.03.98 г. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Бум. лш. № 1. Усл.п.л. 1,5. _Уч.-пзд.л. 1,01. Тираж 100 экз. Заказ 75._

Отпечатано с типографии издательства «Дальпаука» ДВО РАН 690041. г. Владивосток, ул. Радио, 7