Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Структура генетической изменчивости и филогения рода Phrynocephalus

ВАК РФ 03.02.04, Зоология

Автореферат диссертации по теме "Структура генетической изменчивости и филогения рода Phrynocephalus"

На правах рукописи

Соловьева Евгения Николаевна Структура генетической изменчивости

И ФИЛОГЕНИЯ РОДА РНПУШСЕРНАЬив (Кертила: АвАМЮАЕ)

Специальность 03.02.04 - зоология

2 8 НОЯ 2013

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА-2013

005540115

005540115

Работа выполнена на кафедре зоологии позвоночных биологического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова

Научный руководитель: Научный консультант: Официальные оппоненты:

кандидат биологических наук Банникова Анна Андреевна

кандидат биологических наук Поярков Николай Андреевич

доктор биологических наук Холодова Марина Владимировна

Институт проблем экологии и эволюции имени А.Н.Северцова РАН, заведующая кабинетом методов молекулярной диагностики,

кандидат биологических наук Бондаренко Дмитрий Анатольевич

ФГБУЗ Головной центр гигиены и эпидемиологии федерального медико-биологического агентства

Ведущая организация: Зоологический институт РАН

Защита диссертации состоится « 9 » декабря 2013 г. в «17» часов «00» минут на заседании диссертационного совета Д 501.001.20 при Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинские горы, Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, д. 1 стр. 12, биологический факультет, ауд. М-1. Факс: 8(495) 939-43-09; E-mail: ira-soldatova@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке МГУ имени М.В.Ломоносова

Автореферат разослан « 8 » ноября 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, У/у* ^

кандидат биологических наук ' ' И.Б.Солдатова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Интенсивное развитие молекулярно-генетических исследований в последние десятилетия приводит к новым достижениям в области популяционной генетики, филогеографии и филогенетики. Изучение внутривидовой молекулярно-генетической изменчивости в ареале (филогеография) позволяет восстанавливать историю видов в пространстве и времени (Avise, 1987, 2000), что получило широкое признание как инструмент реконструкции древних ареалов, путей расселения и т.д. (Абрамсон, 2007). Современные мультигенные филогенетические исследования предоставляют возможности для соотнесения филогенетической истории таксонов с палеогеографической историей и реальной временной шкалой на различных временных промежутках (Townsend et al., 2011). Развитием этих направлений обуславливается возникновение большого числа гипотез, описывающих общие закономерности формирования фауны определенной территории, а также анализирующих влияние различных факторов на эти процессы (таких как изменения климата, тектонические процессы, орогенез и т.д.).

С этой точки зрения центральные регионы Евразии вызывают значительный интерес, т.к. они являются одними из старейших пустынных территорий на Земле (Guo et al., 2002; Ramsetin et al., 1997) с богатой герпетофауной (Szczerbak, 2003). Последние данные палеогеографии и палеоклиматологии этих регионов дают возможность составить подробный сценарий, учитывающий, например, динамику морских бассейнов и палеорек (Popov et al., 2004; 2006), этапы орогенеза (Abdrakhmatov et al. 1996; Ramsetin et al.; 1997; Zheng et al., 2003), климатические изменения в кайнозое (An et al., 2001; Liu et al., 1998; Maslin et al., 1996), изменения растительности (Cerling et al., 1997; Sun, Wang, 2005; Jia et al., 2003; Попов, 2009) и т.п. С другой стороны, понимание эволюционной истории групп, связанных с аридными ландшафтами Евразии, может помочь в решении вопросов, касающихся истории формирования фаун и климата региона.

Круглоголовки (Phrynocephalus) - неотъемлемый элемент герпетофауны аридных биотопов на обширной территории, охватывающей страны Ближнего и Среднего Востока, Средней и Центральной Азии. Это один из наиболее разнообразных и один из самых сложных в таксономическом отношении родов семейства Agamidae, по разным оценкам насчитывающий от 26 до 40 видов (Barabanov, Ananjeva, 2007). Внутриродовая систематика Phrynocephalus пока разработана недостаточно: последние таксономические ревизии проведены без исследования всего разнообразия рода (Barabanov, Ananjeva, 2007); не вполне ясно и его филогенетическое положение в семействе Agamidae (Масеу et al., 2000; Масеу et al., 2006; Pang et al., 2003; Melville et al., 2009). Попытки реконструировать филогению рода предпринимались неоднократно и включали исследования морфологических (Whiteman, 1978; Zhao and Alder, 1993; Arnold, 1999), кариологических (Соколовский, 1974), биохимических (Лихнова, 1992), этологических (Dunayev, 1996) признаков и особенностей биогеографии (Ananjeva, Tuniyev, 1992). Однако высокая внутривидовая морфологическая изменчивость круглоголовок и распространенность субстратных рас - морф, привязанных к определенному типу субстрата (Дунаев, 2009), затрудняют реконструкцию филогении по морфологическим признакам и построение естественной системы рода (Лихнова, 1992). В то же время опубликованные филогенетические схемы, построенные по молекулярным данным (Pang et al., 2003; Guo, Wang, 2007; Melville et al., 2009), неполны, так как получены на ограниченной выборке видов по недостаточно информативным генетическим маркерам и затрагивают лишь фауну Китая и Казахстана, в то время как круглоголовки Ближнего и Среднего Востока и Турана остаются неисследованными.

Круглоголовки - специалисты, приспособленные к выживанию в суровых условиях пустынь различных типов, причем большинство видов привязано к определенным субстратам. Предположительно, дивергенция рода произошла в конце олигоцена или начале миоцена (Melville et al., 2009; Guo, Wang, 2007). Последовавшее расселение и возникновение подвидовых форм, вероятно, были тесно связаны с рядом геологических и климатических событий, повлиявших на формирование многих других видов фауны Средней и Центральной Азии (Даревский, 1957; Чернов, 1959). Таким образом, изучение филогенетических связей рода Phrynocephalus важно для понимания истории аридизации и формирования пустынных ландшафтов и фаунистических сообществ на обширной территории Евразии.

В то же время молекулярно-генетические исследования, относительно недавно затронув род Phrynocephalus, поставили ряд новых вопросов. Одним из важных последствий усиления роли молекулярных исследований в зоологии является распространение генетической концепции вида, которой придерживается и автор. Согласно этой концепции вид понимается как совокупность генетически совместимых популяций, изолированная от других подобных совокупностей и имеющая собственную эволюционную судьбу, формирующаяся в ходе видообразования -процесса накопления генетических различий между филогенетическими линиями, приводящего в конечном итоге к генетической изоляции (Dobzhansky, 1934; Bradley, Baker, 2001; Baker, Bradley, 2006). Возрастающая степень антропогенного воздействия, исчезновение природных местообитаний и последующее сокращение численности узкоареальных видов требуют от биологической систематики как можно более быстрого описания действительного биологического разнообразия. Методы молекулярной идентификации (ДНК-баркодинг) зарекомендовали себя как удобные инструменты для инвентаризации разнообразия и являются необходимым условием его адекватной оценки и разработки мер охраны (Hebert et al., 2004; Hebert, Gregory, 2005). В связи с этим изучение структуры генетического разнообразия и пересмотр систематики рода Phrynocephalus в контексте новых генетических данных по мтДНК- и яДНК-маркерам и в рамках генетической концепции вида представляется весьма актуальным.

Цель и задачи исследования. Цель работы состоит в инвентаризации и структурировании генетической изменчивости рода Phrynocephalus для реконструкции филогеографии, филогении и построения естественной системы рода. Для решения поставленной цели нами были сформулированы следующие задачи.

1. Изучить филогенетические связи между представителями основных линий рода Phrynocephalus по данным анализа митохондриальных и ядерных ДНК-маркеров.

2. Оценить согласованность результатов исследования митохондриальной и ядерной ДНК и сопоставить их с данными предшествующих исследований.

3. На основе данных анализа мтДНК оценить видовое и внутривидовое разнообразие представителей рода Phrynocephalus; по данным анализа мтДНК и морфологических признаков проанализировать географическую изменчивость широкоареальных видов Phrynocephalus и уточнить таксономический статус наиболее спорных форм.

4. На основе молекулярных данных определить возможные времена основных кладогенетических событий в эволюционной истории рода Phrynocephalus.

5. Исходя из всех имеющихся генетических данных, определить возможные места возникновения и пути расселения видовых групп круглоголовок и предложить палеогеографический сценарий, описывающий эволюционную историю рода Phrynocephalus.

6. На основании всех полученных данных уточнить таксономическую структуру и предложить новую систему рода Phrynocephalus.

Научная новизна. Впервые на основании обширного оригинального материала по данным анализа митохондриальной и ядерной ДНК предложена филогенетическая гипотеза для рода Phrynocephalus, включающая 36 таксонов и примерно 70% известных видов мировой фауны. Изучены филогенетические связи и разнообразие рода, предложена новая схема подродового деления Phrynocephalus, уточнен таксономический статус ряда форм. Исследована филогеография ряда видовых комплексов. Оценена практическая применимость гена COI для молекулярной идентификации круглоголовок. На основании полученных молекулярных датировок основных событий в эволюционной истории Phrynocephalus предложен вероятный палеогеографический сценарий, описывающий пути эволюции и закономерности дифференциации рода Phrynocephalus. Проведенные исследования привносят вклад в инвентаризацию современного разнообразия герпетофауны Азии, а также в понимание глобальных закономерностей формирования фаун.

Теоретическое и практическое значение работы. Использование рода Phrynocephalus как модельной группы вносит определенный вклад в понимание процессов формирования биологического разнообразия, видообразования и фауногенеза центральной Евразии, а также общих механизмов эволюции рептилий. Полученные новые данные по генетическому

разнообразию и молекулярной филогении круглоголовок обуславливают необходимость таксономической ревизии рода Phrynocephalus и будут использованы в дальнейшей работе. Уточнение таксономического ранга малоизученных форм круглоголовок важно при определении их природоохранного статуса, результаты работы могут быть применены в практических мероприятиях по инвентаризации фауны Евразии, составлению кадастров, разработке стратегий охраны ее разнообразия и т.д.

Апробация работы. Результаты работы обсуждались на лабораторных семинарах и заседании кафедры зоологии позвоночных Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, а также доложены на конференциях: Molecular Phylogenetics - 2 (Москва, 2010), Molecular Phylogenetics - 3 (Москва, 2012), World Congress of Herpetology - 7 (Ванкувер, 2012), Modern achievements in population, evolutionary and ecological genetics - 13 (Владивосток, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК и 9 - материалы конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация содержит следующие разделы: «Введение», «Обзор литературы», «Материалы и методы», «Результаты», «Обсуждение результатов», «Заключение», «Выводы» и «Список цитированной литературы», включающий 180 источников. Работа изложена на 155 страницах машинописного текста и содержит 23 таблицы и 52 рисунка. Также имеется том приложений на 61 странице, содержащий 26 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ВВЕДЕНИЕ

Во введении (раздел 1) обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Раздел 2 включает краткое изложение истории изучения систематики рода Phrynocephalus, а также анализ опубликованных сведений относительно генетической изменчивости круглоголовок рода Phrynocephalus на разных уровнях изменчивости: надродовом, внутриродовом и внутривидовом. В разделе 3 рассматриваются предложенные ранее гипотезы эволюционной истории рода Phrynocephalus в свете данных палеогеографии, а раздел 4 посвящен последним достижениям в области молекулярно-генетических исследований систематики и филогении представителей рода Phrynocephalus.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Характеристика образцов. Исследованные особи круглоголовок представлены отчасти материалами, собранными автором во время экспедиционной полевой работы 2008-2011 гг. на территории Казахстана, Узбекистана, Армении и Таджикистана, отчасти материалами, любезно предоставленными коллегами, а также фондовыми коллекциями отделения герпетологии Зоологического музея МГУ им. М.В. Ломоносова. В общей сложности молекулярно-генетические исследования проводились на более чем 300 экземплярах представителей Phrynocephalus. В анализ были включены последовательности Phrynocephalus и других групп Squamata, доступные в Генбанке (http://www.ncbi.nlm.nih.gov; номера последовательностей перечислены в Приложении).

Первичное сканирование генетического разнообразия Phrynocephalus с помощью анализа последовательностей фрагмента гена COI («ДНК-штрихкодирования») 279 экземпляров круглоголовок (список см. в табл. 1 Приложения) позволило обозначить основные мтДНК-линии и видовые группировки рода Phrynocephalus, выявить потенциальные криптические линии и определить набор образцов для дальнейшей работы, наиболее полно отражающий генетическое разнообразие рода. В основном молекулярно-генетическом анализе, заключавшемся в получении последовательностей четырех генов митохондриальной ДНК и четырех генов ядерной ДНК, были использованы образцы тканей 76 особей Phrynocephalus со всего ареала, наиболее полно отражающие все известные сегодня видовые группы рода, а также 8 образцов представителей подсемейства Agaminae, которые служили в качестве внешних групп. Для детального изучения генетической изменчивости на уровне широкоареальных видовых комплексов были

3

дополнительно исследованы пробы 86 особей комплекса Ph. helioscopus - Ph. persicus, 90 представителей Ph. guttatus - Ph. versicolor, 20 проб комплекса Ph. mystaceus и образцы от 22 особей комплекса Ph. interscapulars, достаточно полно охватывающих ареалы данных форм.

Выделение, амплификация и секвенирование ДНК. ДНК выделяли из печени и мышечной ткани, хранившихся в 70° или 96° этаноле, или высушенных шкурок стандартным фенол-хлороформным методом (Sambrook et al., 1989). Получали фрагменты последовательностей четырех митохондриальных генов [1 субъединица цитохром оксидазы (COI), гены II и IV субъединиц NADH-дегидрогеназы (ND2 и ND4), цитохром b (cytô)] и экзоны четырех ядерных генов [ген активации рекомбинации (RAG-1), ген нейротрофического фактора головного мозга (BDNF), ген «якорного» белка киназы А (АКАР9), ген белка распознавания NK-опухоли (NKTR)]. Для генов RAG-1, АКАР9 и NKTR были разработаны оригинальные праймеры, также были использованы последовательности праймеров, опубликованные ранее (Wang, Fu, 2004; Ivanova et al., 2006; Pang et al., 2003; Shoo et al., 2008; Townsend et al., 2008; Townsend et al., 2011). Выделение ДНК, ПЦР и подготовка проб для секвенирования выполнены на кафедре зоологии позвоночных МГУ. Автоматическое секвенирование проведено на секвенаторах ABI 377 и ABI 3100 Avant с использованием ABI PRISMRBigDyeTM Terminator, version 3.1, и набором реагентов Big Dye Ready Reaction kit (USA) в лаборатории ФГУ ВГНКИ или ЦКП «Геном».

Филогенетический анализ. Выравнивание последовательностей проводили в программах Bioedit 7.1.3.0 (Hall, 1999) и Seqman 5.06 (Burland, 1999). Филогенетические деревья реконструировали по методу ближайшего соседа (NJ) в программе MEGA 5.1 (Tamura et al., 2011), максимального правдоподобия (ML) - Treefinder (Jobb, 2011). Также в программе PAUP, version 4.0Ь4а (Swofford, 1998) строили кладограммы с помощью алгоритма максимальной парсимонии (MP). Байесов анализ (ВА) проводили в программе MrBayes 3.1.2 (Huelsenbeck, Ronquist, 2001; Ronquist, Huelsenbeck, 2003; Altekar et al., 2004). Для укоренения дендрограмм и получения молекулярных калибровок использованы последовательности внешних групп, включивших представителей семейств акродонтных ящериц Iguanidae, Chamaeleonidae и Agamidae, а также Lacertidae. Матрица признаков, полученная в результате обработки гелей с копиями SINEs, проанализирована в программе PAUP с помощью алгоритма NJ, для проверки устойчивости клад использовалась процедура бутстрэп с 1000 псевдорепликами. Молекулярные датировки были получены с использованием алгоритмов «свободных молекулярных часов» (relaxed clock) независимо по данным мтДНК и яДНК с помощью программ r8s 1.7 (Sanderson, 2003) и BEAST 1.7 (Drummond, Rambaut, 2007). В r8s в качестве алгоритма анализа был применен PL (Penalized Likelihood). Оценки времен дивергенции осуществлялись путем калибровки возраста 5 узлов для анализа мтДНК и 9 узлов для яДНК (по данным анализа ML-дендрограмм). Применяли алгоритм «свободных молекулярных часов» (relaxed clock). В качестве точек калибровки использовали сведения о ряде ископаемых представителей Acrodonta (Estes, 1983; Auge, 1988; Covacevich et al., 1990; Smith, 2006; Holman, 1987; Yatkola, 1976; Robinson, Van Devender 1973; Rieppel et al., 1992; Covacevich et al., 1990; Зерова, Чхиквадзе, 1984; Townsend et al., 2011).

Моделирование географических областей возникновения предка круглоголовок проводили в программе Lagrange (Ree, Smith, 2008) отдельно по митохондриальным и ядерным данным. Моделирование анцестральной субстратной ниши Phrynocephalus осуществляли в программе PAUP по алгоритму максимальной парсимонии (MP). Экологическая специализация круглоголовок кодировалась как признак с тремя возможными состояниями (специализированный псаммофильный вид, эврибионтный вид, склеробионтный вид).

Морфологический анализ. Морфологический анализ проводили для ряда широкоареаль-ных видовых комплексов, наиболее проблемных в таксономическом отношении. Исследовали признаки стандартной морфологии круглоголовок: метрические признаки туловища и головы (12), а также меристические признаки фолидоза (13) и окраски (3). Всего исследовано 140 особей комплекса такырных круглоголовок (Ph. helioscopus), 60 ушастых круглоголовок (Ph. mystaceus) и 65 песчаных круглоголовок (Ph. interscapularis). Морфологические данные исследовали в программе Statistica 10.0 с помощью многомерного статистического анализа (РСА).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Результаты филогенетического анализа объединенных последовательностей генов мтДНК. В итоговое выравнивание генов мтДНК вошли последовательности 656 п.о. гена COI, 1053 п.о. гена ND2, 703 п.о. гена ND4 и 291 п.о. гена цитохрома Ъ (cyti) для 77 таксонов ящериц, включая внешние группы. Общая длина полученного объединенного выравнивания составила 2703 п.о. Анализ проводили независимо для нуклеотидных и транслированных аминокислотных последовательностей: между полученными филогенетическими схемами наблюдается топологическое сходство; различия касаются узлов с низкими значениями поддержки.

С высокими поддержками подтверждена монофилия рода Phrynocephalus (рис. 1). Сестринская к круглоголовкам группа включает горных агам, ранее относимых к роду Laudakia s. lato

лшгоС

-Адата адата

— Pseudotrapeius sinaitus

- Хепадата taylorl

- Bufonlceps laungwalaensls

- Trapelus sanguinolentos

- Laudakia nupta

- Laudakia tuberculata

96.7745 Г Hw^ioal

— Paralaudakia caucasla

- Paralaudakia microlepls

J: "versicolor"

Paralaudakia lehmanni

_I-Stellagama stellio

ioo/ioo>ioo I-Stellagama stellio ("Хепадата batlllifera")

mwmi—Ph. sp. 1 (cf. hispidas)

>-hispldus

™ffrontaiis Hr przewalskli

m2ülersicolor 100|tZ2*kuiag¡n¡

alpherakl

guttatus

moltschanowl

I: "guttatus"

melanurus ssp. Incertus

Phrynocephalus

ELW/MP/ML

UJ—"

юта»— kuschakewltschl

„I-erythrurus

Hj-putfatal

•M-vlangalii

iimlr theobaldl i oo/iou tooL zetangensls

100/100/1 txn-ocellatus

boettgerl strauchi too/i со/им r- axillaris GB | L axillaris 97ум 100.91 iooj— helloscopus varíus

SSSUSí. saidaiievl horvathl

H: Oreosaura

G: "ocellatus"

F: Ph. axillaris

E: "helioscopus"

100/100/100

X%e2U mystaceusp ^galochHus

и/миг

100/100/99 L

/7»|

mi— Interscapularis '— sogdlanus

— ornatus vindumi

— arablcus

— longicaudatus

— maculatus -se utellatus

C: "Interscapularis"

B:"arablcus-maculatus" A: Ph. scutellatus

Рис. 1. Филогенетические связи представителей рода РИгупосерИаШз по данным анализа генов мтДНК. Показан фрагмент МЬ-дендрограммы, построенной по объединенным аминокислотным последовательностям митохондриальных генов (С01, N02, N04, суЩ. Положение Xenаgаmа ЬаШЧ/ега неясно, так как использованная последовательность АВ113825, по-видимому, относится к неверно определенному экземпляру 81е11а%ата. В узлах указаны значения поддержки ЕЬ\¥/МР/МЬ (Вв > 75%).

(представлены родами Laudakia s. Str., Paralaudakia, Stellagama, образующими слабо поддержанную кладу). Bufoniceps laungwalaensis, первоначально описанный как вид рода Phrynocephalus, уверенно группируется с Trapelus.

Все варианты филогенетического анализа достоверно подтверждают монофилию рода Phrynocephalus. Филогенетические связи в пределах рода разрешены неоднозначно: ряд узлов, отражающих ранние этапы дифференциации рода Phrynocephalus, слабо поддержаны. При этом клады, соответствующие уровню видов и видовых групп, получили высокие значения бутстрэп-поддержек и апостериорных вероятностей (BS/PP 98—100%/1.0). В общей сложности, наш анализ выявил в пределах рода Phrynocephalus следующие 10 клад, соответствующих основным видовым группировкам круглоголовок (группы A-J; рис. 1):

А - Ph. scutellatus — мелкий склеробионтный вид с Иранского нагорья;

В - группа «arabicus - maculatus» объединяет псаммофильные и эврибионтные виды, населяющие Ближний и Средний Восток (Ph. arabicus, Ph. т. maculatus, Ph. т. longicaudatus).

С — группа «interscapulars», объединяет мелкие псаммофильные виды Среднего Востока и Турана, ранее обозначена как «микрофриноцефалиды» (Golubev, 1998; Sindaco, Jeremcenko, 2008) (Ph. interscapularis, Ph. sogdianus, Ph. ornatus).

D - группа ушастых круглоголовок - самых крупных строго псаммофильных круглоголовок, ранее выделенных в род Megalochilus (Eichwald, 1831; Ананьева, 1987) (Ph. mystaceus, Ph. sp. 2).

E - группа «helioscopus», комплекс такырных и персидских круглоголовок (Ph. h. helioscopus, Ph. h. varius, Ph. h. saidalievi. Ph. persicus horvathi)',

F - Ph. axillaris - высокогорный яйцекладущий вид, населяющий Тибет и Такламакан; G - группа «ocellatus» объединяет склеробионтные туранские виды (Ph. strauchi, Ph. ocellatus [= Ph. reticulatus], Ph. raddei boettgeri)',

H - подрод Oreosaura, объединяющий крупные живородящие виды высокогорий Тибетского плато (Ph. erythrurus, Ph. putjatai, Ph. vlangalii, Ph. forsythii, Ph. theobaldi, Ph. zetangensis)',

I - группа «guttatus» круглоголовок-вертихвосток, включающая ряд экологически пластичных таксонов спорного ранга (Ph. guttatus, Ph. alpheraki, Ph. moltschanowi, Ph. melanurus, Ph. incertus, Ph. kushakewitschi, Ph. sp. 2), населяющих северную часть Средней Азии;

J - группа «versicolor» пестрых круглоголовок, эврибионтных форм, населяющих Центральную Азию (Ph. versicolor, Ph. kulagini, Ph. przewalskii, Ph. frontalis, Ph. hispidus, Ph. sp. 1).

По данным анализа последовательностей мтДНК в пределах рода Phrynocephalus выделяются три основные значительно обособленные клады: ближневосточно-аравийские и иранские виды (группы А, В), мелкие псаммофильные виды Среднего Востока и Турана (группа С), а также клада, объединяющая все остальные видовые группы (C-I), отношения между которыми не разрешены.

Результаты филогенетического анализа объединенных последовательностей яДНК. В итоговое конкатенированное выравнивание генов яДНК вошли последовательности 1455 п.о. гена RAG-1, 675 п.о. гена BDNF, 1182 п.о. гена АКАР9 и 876 п.о. гена NKTR для 78 таксонов ящериц, включая внешние группы. Дендрограммы строились по 4188 п.о. объединенного выравнивания и по каждому из генов яДНК в отдельности; они вполне согласуются между собой, а достоверных противоречий между филогенетическими сигналами отдельных генов яДНК не выявлено (рис. 2).

Схема филогенетических отношений по данным анализа яДНК-маркеров показана на рис. 2. Поддерживается монофилия большинства видовых группировок Phrynocephalus: групп «arabicus -maculatus», «interscapularis», Megalochilus, Oreosaura, «helioscopus» и сестринских групп «versicolor» и «guttatus», а также группировок околовидового ранга. Однако в общей топологии филогенетических связей круглоголовок по данным яДНК обнаруживается ряд принципиальных расхождений с топологией мтДНК-гипотезы.

Основное отличие от дендрограмм, построенных по данным мтДНК, состоит в положении групп Megalochilus (D) и Oreosaura (Н). Если по данным анализа мтДНК ушастые круглоголовки группировались с такырными круглоголовками (Е) и Ph. axillaris (F), то по данным яДНК ушастые круглоголовки с высокой степенью достоверности группируются с арабскими и иранскими видами «arabicus - maculatus» (В) и псаммофильными видами группы «interscapularis» (С).

Данные мтДНК предполагают сближение тибетских круглоголовок с группами «versicolor» (J) и «guttatus» (I), а согласно яДНК-гипотезе Oreosaura формирует обособленную группу (Н), сестринскую круглоголовкам Ближнего и Среднего Востока и Турана (A-D).

Phrynocephalus

melanurus melanurus ssp. - incertus kushakewitschi guttatus moltschanowi cf. frontalis alpheraki

r hispidus 2 «lr hispidus 1

Phsp. 1 (cf. hispidus)

■ axillaris Strauchi

ellatus raddei persicus - saidalievi

«nnl-"Ж0""5

•та- •

loonognfl— erythrurus

■ putjatai — vlangalu

■ mvstaceui

- Ph sp. 2 .....,_______,

100/100/1, longicaudalus 1

"guttatus"

J: "versicolor"

F: Ph. axillaris G: "ocellatus"

E: "helioscopus" H: Oreosaura

fy.mgstaceus) D: Megalochilus lotwicaudatus 2

arabicus maculatus

- scutellatus ■ ornatus vindumi

•: "arabicus-maculatus" A: Ph. scutellatus

■ Stellagama stellio

C'soef5ÄTS C: "interscapularis" oü/1' sogdianus 2

— Адата адата г— Адата

■ Paraiaudakia caucasia jralaudakia himalayana • Paraiaudakia lehmanni

jдата GB Trapelus agilis Trapelus agilis GB

ML/MP/BA

Рис. 2. Филогенетические связи представителей рода Phrynocephalus по данным анализа генов яДНК. Показан фрагмент ML-дендрограммы, построенной по результатам анализа объединенных последовательностей ядерных генов RAG-1, BDNF, АКАР9, NKTR. В узлах указаны значения поддержки ML/MP/BA (BS>75%).

Ph. scutellatus (А) занимает обособленное положение и не группируется с группой «arabicus - maculatus», а образует линию, уровень дивергенции которой сопоставим с уровнем дивергенции между группами «.interscapularis» (С) и «arabicus - maculatus» (В); вместе эти три группы формируют кладу. Однако поддержки для данного узла недостаточны, и остается не выясненным, какая из двух групп является сестринской для Ph. scutellatus. Ph. strauchi занимает обособленное положение и не объединяется с группой «ocellatus» (G). Ph. axillaris (F) демонстрирует сестринские связи с группами «guttatus» (I) и «versicolor» (J), а не «helioscopus» (Е). Склеробионтные круглоголовки Средней Азии и Турана - группы «helioscopus» (Е) и «ocellatus» (G) - образуют кладу, в то время как по данным мтДНК они не сближались. Представители групп пестрых круглоголовок (J) и круглоголовок-вертихвосток (I) образуют хорошо поддержанную кладу, но по данным яДНК филогенетические связи в пределах группы разрешены слабо.

Молекулярные времена основных филогенетических событий в истории Phrynocephalus. Все проведенные анализы согласуются в оценке момента базальной радиации рода Phrynocephalus в районе 13-15 млн лет назад (яДНК: 14.76 млн лет при анализе данных в BEAST; 14.51 млн лет при использовании r8s; мтДНК: 13,76 по данным r8s), т.е. дифференциация круглоголовок должна была случится в среднем миоцене (хронограмму см. на рис. 3).

7

Время обособления предка современных видов круглоголовок от общего с другими представителями Agaminae ствола колеблется от 19.9 млн лет назад по данным мтДНК до 26.9 млн лет назад по данным анализа яДНК (дивергенция между предками Stellagama и Phrynocephalus),

Stellagama

putjatai vlangalii theobaldi forsythii erythrurus arabicus longicaudatus 1 longicaudatus 2 maculatus interscapularis sogdianus 1 sogdianus 2 ornatus scutellatus i mystaceus Ph. sp. 2 (cf. mystaceus) ocellatus raddei persicus i helioscopus l varius saidalievi strauchi

Ph. sp. 1 (cf. hispidus) hispidus 1 hispidus 2 i guttatus I moltschanowi kuschakewitschl incertus i melanurus melanurus ssp. alpherakii versicolor przewalskii frontalis kuiagini cf. frontalis I axillaris

О время (млн лет)

Рие. 3. Этапы дифференциации Phrynocephalus. Показана хронограмма, полученная в BEAST по данным яДНК, с результатами моделирования анцестрального ареала в Lagrange. Условные обозначения: СМТО - среднемиоценовый термальный оптимум; ПКК - плиоцен-плейстоценовые климатические колебания; AR - Аравия, Ml - Малая Азия и Закавказье, МА - Средняя Азия и Предкавказье, СА - Центральная Азия, TU - Туран, TI - Тибет, ME -Средний Восток. Черной линией обозначен современный ареал Phrynocephalus. Климатограмма приведена по Zachos et al., 2001.

то есть приходится на границу олигоцена и раннего миоцена. Основные этапы дифференциации рода Phrynocephalus показаны на рис. 3. Формирование современных групп видов произошло, вероятно, в позднем миоцене, между 13.5 и 7 млн лет назад. Группы пестрых круглоголовок (J) и вертихвосток (I) оказываются самыми молодыми и представляют собой сестринские недавно разошедшиеся группы видов, обособившиеся, вероятно, в плиоцене (ок. 4.9 млн лет назад).

Результаты моделирования анцестралыюго ареала и субстратной ниши Phrynocephalus. Полученные филогенетические схемы для рода Phrynocephalus в достаточной степени разрешены и позволяют проводить моделирование возможных сценариев расселения отдельных линий рода. Анцестральный ареал рода по данным как мтДНК, так и яДНК включает Средний Восток и Туран (рис. 3). Так как имеются некоторые различия в датировках и топологиях деревьев, построенных по митохондриальным и ядерным данным, полученные сценарии также несколько отличаются. На Аравийский п-ов Phrynocephalus группы В, вероятно, сумели попасть между 11.7 и 7.8 млн лет назад. По данным мтДНК круглоголовки подрода Oreosaura (Н) могли заселить Тибетское плато между 8.8 и 5.4 млн лет назад. Клада, объединяющая группу «versicolor» (J) и группу «guttatus» (1), могла возникнуть на территории Средней и Центральной Азии.

Как показывают результаты анализа яДНК (рис. 3), в период с 10.1 млн лет назад до 4.8 млн лет назад предок круглоголовок группы «arabicus - maculalus» (В) мог проникнуть с территории Среднего Востока на Аравийский п-ов. Проникновение предка тибетских круглоголовок (Н) на территорию Тибета могло происходить между 13.5 и 10 млн лет назад. Предок групп пестрых (J) и круглоголовок-вертихвосток (I) возник, вероятно, в Центральной Азии около 4.9 млн лет назад, откуда позднее круглоголовки-вертихвостки могли проникнуть в Среднюю Азию, a Ph. guttatus и Ph. moltschanowi - на запад вплоть до северного Турана.

Результаты моделирования предковой субстратной ниши совпадают для данных мтДНК и яДНК-маркеров и свидетельствуют в пользу малой специализации гипотетического общего предка Phrynocephalus, который равновероятно реконструируется как склеробионт или эврибионтный вид.

Генетическое разнообразие рода Phrynocephalus и его инвентаризация. Генетическое разнообразие рода Phrynocephalus исследовано по данным анализа последовательностей фрагмента гена COI (длиной около 655 п.о.) 252 круглоголовок. Указанный фрагмент корректно определяет родовую принадлежность агамовых ящериц, а также идентифицирует виды и внутривидовые группировки в пределах круглоголовок. Однако фрагмент гена COI оказался недостаточно информативным для уверенного определения надвидовых группировок Phrynocephalus. В общей сложности, в пределах рода выявлено 53 линии мтДНК различной степени дифференциации (см. рис. 4). Показано генетическое единообразие круглоголовок внутри популяций (некорректированная генетическая дистанция р < 1.0%) и географических популяций и подвидов (среднее значение р = 0.82% (0.00%-3.60%). Заметные трудности возникают при соотнесении значений генетических дистанций при межвидовых и внутривидовых сравнениях. Так, как правило, дистанции между подвидами одного вида в среднем соответствуют уровню р = 4.42 % (0.30%-5.90%), а между близкородственными видами одной группы примерно равны р = 6.60% (2.00%-8.20%). Между видами круглоголовок, встречающихся симпатрично, генетические дистанции заметно больше: р = 12.44% (2.00%—18.00%), и еще больше при сравнении представителей разных родов агамовых ящериц: р = 20.60% (10.5%-25.90%). Основная причина столь значительного перекрывания значений межвидовых и внутривидовых сравнений генетических дистанций, вероятно, связана с недостаточной разработанностью систематики видового и внутривидового уровня. Хотя в целом генетические различия между близкими видами круглоголовок в нашей работе превышают уровень р = 5.0%, генетические дистанции по генам мтДНК не могут служить универсальным маркером видовой дифференциации. Так, дистанции между морфологически дискретными формами группы Ph. guttatus (Н) (р = 4.58%-8.75%) значительно меньше, чем между линиями группы Ph. helioscopus (F), традиционно рассматриваемыми как подвиды. Линии глубокой дифференциации, вероятно, соответствующие потенциальным таксонам видового ранга, также выявлены в комплексах Ph. persicus, Ph. scutellatus. Ph. mystaceus, Ph. hispidus. Таксономически наиболее проблемным остается комплекс Ph. versicolor — Ph. frontalis - Ph. przewalskii, отличающийся крайне низкими значениями

9

генетических дистанций (р = 2.14%—3.57%). Фрагмент гена С01 оказался эффективным маркером для выявления криптического разнообразия в пределах рода РИгупосеркаЫя (рис. 4).

р = 5.0°/о_у

Уровни BS-поддержек: ■ 100-90% 0 90-75%

□ 75-60%

□ <60%

kushakewitschi incertus kushakewitschi kushakewitschi melanurus ssp. melanurus melanurus

guttatus moltschanowl guttatus guttatus

Ph. kushakewitschi

Ph. melanurus Ph. alpheraki

| Ph. guttatus

ssp. cf. brevipes scutellatus scutellatus

mystaceus mystaceus mystaceus aurantiacocaudatus

Ш Щ interscapulars ssp. (Узбекистан) i 124 I interscapularis sogdianus

щ interscapulars interscapulars

I persicus ssp. (Азербайджан) I persicus persicus

I helioscopus cameranoi I helioscopus ssp. (Ц Казахстан) Щ helioscopus sergeevi ■ helioscopus varius I helioscopus turcomanus I helioscopus helioscopus

Stellagama stellio Trapelus sanguinolentus Paralaudakia lehmanni Paralaudakia microlepis Paralaudakia caucasia Laudakia nupta Laudakia tuberculata Agama agama Pseudotrapelus sinaitus Xe nag am a taylori

Ph. hispidus Ph. sp. 1 (Ганьсу) Ph. versicolor j Ph. przewalskii Ph. kulagini Ph. putjatai Ph. theobaldi Ph. forsythii Ph. vlangalii Ph. erythrurus Ph. Strauch i Ph. raddei Ph. ocellatus Ph. bannikovi Ph. boettgeri Ph. arabicus Ph. longicaudaus Ph. maculatus Ph. sp. cf. ticketii Ph. scutellatus Ph. rossikowi Ph. mystaceus Ph. sp. 2 (Хорасан) Ph. ornatus

Ph. interscapulars Ph. horvathi Ph. persicus

Ph. sp. 3 (Ю Иран) Ph. axillaris Ph. saidalievi Ph. meridionalis

Ph. helioscopus

H

Ib |a

d

С

E2 ¡ f

E1

0 10 0 09 0 OR 0 07 0 06 0 05 0 0« 0 03 0 07 0 01

Рис. 4. Молекулярная идентификация Phrynocephalus. Показана обобщенная NJ-дендрограмма исследованных выборок Phrynocephalus по данным анализа последовательностей фрагмента гена COI. Обозначения видовых групп (A-J) соответствуют таковым на рис. 1 и 2. Пунктирной линией показан уровень генетических дистанций в р — 5.0%. Некоторые клады для удобства объединены.

Генетическая и морфологическая дифференциация круглоголовок на уровне видовых комплексов.

Группа «hetioscopus». В группе такырных круглоголовок обнаружена необычно глубокая дифференциация, в общей сложности выявлено 12 филогенетических линий (4.0 < р < 16.1), большая часть которых соответствует подвидовому уровню дифференциации. Выявленная согласованность между данными изменчивости митохондриального генофонда и результатами хорошо согласуется с результатами фингерпринтного анализа по методу InterSINE-PCR (Соловьева и др., 2011). С привлечением морфологических данных была осуществлена таксономическая ревизия комплекса, описано 3 новых подвида такырной круглоголовки (Ph. h. meridionalis, Ph. h. sergeevi, Ph. h. turcomanus) и восстановлен ранее считавшийся невалидным подвид Ph. h. cameranoi (Соловьева и др., 2012). Генетическая обособленность форм Ph. helioscopus meridionalis, Ph. h. saidalieivi, Ph. persicus horvathi, Ph. p. ssp. 3 значительно превышает значения, характерные для внутривидового уровня, и соответствует видовому статусу.

Группа «euttatus». Группа круглоголовок-вертихвосток характеризуется большим числом форм неясного статуса. В ее пределах выделяются три субклады, из которых две объединяют виды Семиречья (Ph. kuschakewitschi, Ph. incertus) и Джунгарии (Ph. т. melanurus, Ph. melanurus ssp.), a третья - виды из западной части ареала (Ph. g. gultalus, Ph. g. moltschanowi) и Илийской долины (Ph. alpheraki). Форма из Джунгарии (Ph. melanurus ssp.) оказалась близка к Ph. melanurus из Зайсана (р = 2.67%). Нами подтверждена обособленность Ph. g. moltschanowi от Ph. g. guttatus (p = 4.58%), который мы рассматриваем в ранге подвида, а также дифференциация забалхашских форм Ph. incertus и Ph. kuschakewitschi (р = 4.69%), диагностика которых по морфологическим признакам затруднительна, а таксономический статус нуждается в уточнении. Обособленность Ph. g. salsatus незначительна (р = 0.76%), однако достаточна для сохранения подвидового статуса. Таким образом, на основании анализа генетической изменчивости статус ряда подвидов повышается до видового, а подвид вертихвостки Ph. g. kalmykus, по нашему мнению, не валиден.

Группа «mvslaceus». Для группы ушастых круглоголовок показана незначительная генетическая изменчивость по всей Средней Азии, и статус признаваемых подвидов представляется спорным. Однако выявлена неожиданно высокая дивергенция (по данным как мтДНК, так и яДНК) ушастых круглоголовок из провинции Хорасан в Иране (р = 7.36%). Кроме генетических данных они отличаются особенностями экологии (живут на больших высотах), данные многомерного анализа морфометрических признаков сближают их с подвидом Ph. т. aurantiacocaudatus, а не с популяциями Турана, относимыми к подвиду Ph. т. galli. Таксономический статус иранских круглоголовок нуждается в уточнении.

Группа «interscapulars» (sensu stricto). В группе песчаных круглоголовок между Ph. interscapulars и Ph. sogdianus обнаружена только незначительная дифференциация (р = 3.80%); статус Ph. sogdianus, по нашему мнению, скорее соответствует подвидовому. Это предположение согласуется с анализом признаков внешней морфологии: для Ph. i. sogdianus и Ph. i. interscapulars показана изменчивость спинного пятна, которое считалось характерным лишь для номинативной формы. У согдианских круглоголовок пятно также имеется, хотя не всегда и обычно не слишком крупное. Обращает на себя внимание дивергенция круглоголовок из центрального Узбекистана (оз. Айдаркуль), таксономический статус которых нуждается в уточнении.

ОБСУЖДЕНИЕ

Положение рода Phrynocephalus в системе агамовых ящериц. Результаты всех вариантов филогенетического анализа данных мтДНК достоверно подтверждают монофилию подсемейства Agaminae, которое распадается на две клады. Первая из них объединяет афро-аравийские роды (Agama, Xenagama, Pseudotrapelus), а также степных (Trapelus\ Средняя Азия и Средний Восток) и жабоголовых (Bufoniceps\ Индия, Раджастан) агам (рис. 1). В связи со сходством внешней морфологии род Bufoniceps ранее рассматривался в составе Phrynocephalus (Sharma, 1978; Golubev, Dunayev, 1997); наши данные подтверждают его близость к Trapelus, показанную ранее (Масеу et al., 2006; Melville et al., 2009). Вторая клада Agaminae объединяет род Phrynocephalus с представителями горных агам (Laudakia s. lato). В ряде работ предполагалась парафилия этого

рода относительно Phrynocephalus (Масеу et al., 2000; Melville et al., 2009), в связи с чем недавно он был разделен на роды Laudakia s. stricto (Иран на восток до Гималаев), Paralaudakia (Средняя и Центральная Азия, Кавказ) и Stellagama (Ю.-В. Европа, С.-В. Африка, Ближний Восток, Малая Азия) (Baig et al., 2012). Заметим, что сестринские отношения между представителями горных агам Laudakia s. lato и Phrynocephalus были ранее подтверждены биохимическими (Ананьева, Соколова, 1990; Масеу et al., 1991; Лихнова, 1992), иммунологическими (Joger, 1991) и, недавно, молекулярно-генетическими (Масеу et al., 2000; Масеу et al., 2006; Melville et al., 2009) методами исследований, но противоречат данным морфологического анализа, предполагающим близость Phrynocephalus к родам Trapelus и Bufoniceps (Ананьева, 1977; Whiteman, 1978; Moody, 1980; Arnold, 1992, 1999). Это, возможно, связано с параллельной и конвергентной эволюцией морфологических признаков в различных группах агамовых ящериц, независимо адаптировавшихся к условиям аридных регионов Евразии. Данные мтДНК не позволяют однозначно разрешить филогенетические связи между круглоголовками и горными агамами; однако заметна тенденция к монофилии Laudakia s. lato, а также монофилия объединения Laudakia s. stricto и Paralaudakia. Результаты анализа яДНК не противоречат схеме мтДНК, но и не подтверждают ее, т. к. узлы дивергенции между предками Trapelus, Agama, Laudakia sensu lato и Phrynocephalus значимых поддержек не имеют. Однако монофилия рода Phrynocephalus поддерживается всеми вариантами анализа.

В результате анализа матрицы, построенной на основании наличия / отсутствия полос в анализе SINEs, получено дерево с неразрешенной топологией. Таким образом, использование специфических копий SINEs в качестве независимого маркера для изучения филогении круглоголовок по предварительным данным оказалось малоинформативным. Для повышения результативности этого метода необходима разработка большего числа более специфичных пар праймеров, которые бы позволили получать однозначные паттерны полос.

Согласованность филогенетических сигналов маркеров мнтохондриалыюй и ядерной ДНК. Объединенный анализ четырех генов мтДНК позволил разрешить филогенетические отношения между видами внутри видовых группировок; незначительные различия в топологии дендрограмм, построенных по нуклеотидным и по аминокислотным последовательностям, связаны с насыщением по третьей кодон-позиции. Этим обосновывается, что наиболее вероятной представляется филогения, отраженная во втором варианте дендрограмм.

Дендрограммы, реконструированные по данным генов мтДНК и яДНК, согласуются между собой в выделении ряда группировок: группы «interscapulars», клады тибетских круглоголовок (подрод Oreosaurä), группы «guttatus» и «versicolor», группы «mystaceus» (подрод Megalochilus), группы «helioscopus», клады ближневосточных круглоголовок «arabicus - maculatus».

Согласно данным мтДНК, Ph. strauchi с высокими поддержками группируется с другими членами группы «ocellatus» (Ph. ocellatus, Ph. boettgeri). При этом по данным яДНК Ph. strauchi образует самостоятельную линию дифференциации, не близкородственную «осе//аЛм»-группс, монофилия которой (при исключении Ph. strauchi) хорошо поддержена по данным обоих систем маркеров. Данные митохондриальной ДНК поддерживают сестринские отношения между группами «helioscopus» и Ph. axillaris, в то время как согласно данным яДНК поддержана монофилия объединения групп «helioscopus» и «ocellatus», a Ph. axillaris достоверно рассматривается как клада сестринская к объединению групп «guttatus» и «versicolor». Группы «guttatus» и «versicolor» по всем проанализированным последовательностям являются сестринскими (однако данные яДНК не поддерживают монофилию группы «versicolor»), причем эти группировки устойчиво воспроизводятся как самая недавняя радиация круглоголовок.

Принципиальные противоречия в топологии митохондриальных и ядерных дендрограмм заключаются в следующем: (1) альтернативное определение ближайшей к корню группы рода Phrynocephalus', (2) различное филогенетическое положение комплекса Ph. mystaceus', (3) отличающееся филогенетическое положение подрода Oreosaura.

На дендрограммах, построенных по данным мтДНК, базальной группой оказывается клада, включающая ближневосточные виды: Ph. maculatus, Ph. longicaudatus, Ph. arabicus и Ph. scutellatus, при этом Ph. mystaceus, как и подрод Oreosaura, находится внутри радиации,

объединяющей все остальные видовые группы Phrynocephalus. По данным яДНК в пределах рода выделяются две основные клады, между которыми расположен корень дерева: в первую входят среднеазиатские и некоторые центральноазиатские виды (Ph. axillaris, группы vhelioscopus», «ocellatus», «versicolor», «guttatus»), а во вторую помимо ближневосточных «arabicus - maculatus» и группы песчаных круглоголовок «interscapulars» также попадают ушастые круглоголовки Ph. mystaceiis и тибетский подрод Oreosaura. Если различия в положении подрода Oreosaura возможно связать с альтернативными вариантами укоренения дерева Phrynocephalus, то положение комплекса ушастых круглоголовок этим объяснить не удается, так как они занимают принципиально различное филогенетическое положение на двух дендрограммах. Одним из возможных объяснений этого феномена могла бы быть древняя интрогрессия митохондриального генома. Наблюдаемые топологические различия могут также объясняться различными механизмами и скоростями эволюции митохондриального и ядерного геномов, их чувствительностью к насыщению и т.п. В целом, филогенетические схемы, полученные по данным анализа генов ядерной ДНК, демонстрируют большую устойчивость, согласованность между собой и с традиционной систематикой, чем результаты анализа генов мтДНК.

Систематика и филогения рода Phrynocephalus в свете молекулярно-генетических данных. В результате мультигенного филогенетического анализа маркеров мтДНК и яДНК нам впервые удалось получить филогенетическую схему рода Phrynocephalus мировой фауны с достаточной высокой степенью разрешения. Эта филогенетическая гипотеза отличается от предложенных ранее, и позволяет нам пересмотреть вопросы эволюционной истории и внутриродовой систематики круглоголовок.

Положение круглоголовок Ближнего и Среднего Востока. Предполагаемая данными яДНК базальная дивергенция рода Phrynocephalus на две клады, одна из которых объединяет формы преимущественно склеробионтные формы туранского, центрально- и среднеазиатского распространения, а вторая - автохтонные псаммофильные формы Передней Азии, юга Турана и специализированных высокогорных тибетских круглоголовок, вызывает большой интерес в свете предшествующих исследований. Филогенетическое положение видов круглоголовок Передней Азии до нашей работы оставалось неизученным. Наше исследование выявило на территории Ближнего и Среднего Востока наличие двух автохтонных видовых групп Phrynocephalus - группы «arabicus - maculatus» и Ph. scutellatus. Ранее Ph. scutellatus сближали с Ph. interscapularis (Царевский, 1912), Ph. helioscopus (Whiteman, 1978), Ph. ocellatus (Anderson, 1999) или рассматривали как самостоятельную линию (Arnold, 1999). Наши данные впервые подтверждают родственные связи Ph. scutellatus с комплексом Ph. interscapularis и ближневосточными видами группы «arabicus - maculatus». Значительная обособленность Ph. scutellatus от остальных круглоголовок, а также выявленное в пределах этого комплекса значительное разнообразие допускают возможность придания ему статуса отдельного подрода (Phrynosaurus).

Представителей группы «arabicus - maculatus» объединяли и ранее в одну группу по морфологическим признакам (Whiteman, 1978), а также помещали в основание гипотетического древа круглоголовок как формы, наиболее близкие к анцестральному состоянию для Phrynocephalus (Arnold, 1999). В настоящей работе впервые подтверждена монофилия этой группы и ее базальное положение в древе круглоголовок. Стоит отметить парафилию Ph. maculatus s. lato: Ph. т. longicaudatus с максимальными поддержками группируется с арабской круглоголовкой Ph. arabicus. Отличия в морфологии и экологии этого подвида позволяют рассмотреть возможность придания ему статуса отдельного вида. Отметим, что включение в эту группу Ph. golubewii предварительно и основано на представлении о близости этого вида к Ph. maculatus. Данные аллозимного анализа (Лихнова, 1992) противоречат его базальному положению, сближая его со склеробионтами Ph. rossikowi и группой «ocellatus». Для группы «arabicus - maculatus» также может быть предложен статус самостоятельного подрода, однако для этого необходимо провести поиск дополнительных морфологических признаков.

Отношения между псаммофильными видами Передней и Средней Азии. Обособленность псаммофильных видов Среднего Востока и Турана была показана E.H. Арнольдом (Arnold, 1999) по данным кпадистического анализа признаков анатомии и внешней морфологии. Согласно его

данным, наиболее обособленное положение в роде Phrynocephalus занимает Ph. mystaceus, далее последовательно отделяются Ph. longicaudatus [как Ph. maculatus], Ph. arabicus и компактная группа Ph. interscapulars. В морфологическом исследовании P.C. Уайтмана (Whiteman, 1978) Ph. mystaceus наиболее близок ближневосточным видам Ph. maculatus и Ph. arabicus. Результаты филогенетического анализа яДНК маркеров согласуются с этими гипотезами. Отметим, что сходство кариотипов Ph. mystaceus и мелких псаммофилов Ph. interscapularis отмечал В.В. Соколовский (1974), объединивший эти виды в одну группу. Наиболее полно наши результаты согласуются с исследованием О.П. Лихновой (1992), которая на основании аллозимного анализа показала базальное положение Ph. mystaceus и Ph. interscapularis в древе Phrynocephalus и предположила, что автохтонные псаммофилы туранской фауны имеют наиболее древнее происхождение. Опубликованные ранее молекулярно-генетические работы не проливали свет на положение Ph. mystaceus (Pang et al., 2003, Guo, Wang, 2007, Melville, 2009), что вызвало определенные сомнения в оправданности выделения подрода Megalochilus (Barabanov, Ananjeva, 2007). Наши данные убедительно свидетельствуют об обособленном положении ушастых круглоголовок и предполагают валидность подрода Megalochilus.

Согласно всем предшествующим исследованиям, наиболее компактной и хорошо поддержанной надвидовой группировкой круглоголовок является группа, объединяющая мелкие псаммофильные виды Турана и Среднего Востока, обозначенная М.Л. Голубевым как «микрофриноцефалиды» (Голубев, 1995; Golubev, 1998). Морфологическая обособленность «interscapular i.m-группы отмечалась неоднократно (Царевский, 1912; Whiteman, 1978; Golubev, 1998; Arnold, 1999), а также получила подтверждение данными аллозимных (Лихнова, 1992) и молекулярно-генетических (Масеу et al., 2006; Melville et al., 2009) исследований. Данная работа впервые позволяет оценить положение «микрофриноцефалид» в общем древе круглоголовок, которое вкупе с их значительной морфологической обособленностью и экологической специализацией позволяет рассматривать группу «interscapularis» как компактный подрод.

Положение тибетских живородящих круглоголовок. Первые работы по молекулярно-генетической изменчивости Phrynocephalus касались фауны Китая, в том числе была показана монофилия живородящих видов Тибетского плато (Pang et al., 2003, Guo, Wang, 2007), позднее выделенных в самостоятельный подрод Oreosaura, однако филогенетическое положение тибетских круглоголовок относительно видов Средней Азии и Ближнего Востока оставалось неизвестным. Е.Н. Арнольд (Arnold, 1999) по данным морфологии объединял представителей Oreosaura в компактную видовую группу, которую сближал со склеробионтными видами Средней Азии {Ph. helioscopus, Ph. axillaris). Впервые показанная по данным анализа яДНК значительная обособленность живородящих видов Тибета полностью согласуется с их особой эволюционной траекторией и предложенным подродовым статусом (Barabanov, Ananjeva, 2007). Однако сближение этой группы с ближневосточными и псаммофильными туранскими видами оказалось неожиданным. Интересно, что сходство между тибетскими видами и Ph. ornatus отмечал еще Я. Бедряга (Bedriaga, 1909), а кладистический анализ остеологических признаков в работе Уайтмена (Whiteman, 1978) приводит к объединению мелких псаммофильных видов «микрофриноцефалид» в одну группу с крупными живородящими представителями группы Oreosaura. Данные анализа яДНК согласуются с этой гипотезой. Также интересно выделение в пределах подрода Oreosaura двух клад, соответствующих тибето-гималайским (Ph. forsythii, Ph. theobaldi, Ph. zetangensis) и цинхайским (Ph. erythrurus, Ph. putjatai, Ph. vlangalii) видам, что отмечалось и предыдущими исследователями (Pang et al., 2003; Guo, Wang, 2007; Jin et al., 2008; Guo et al., 2012).

Положение склеробионтных форм Турана. Филогенетическое положение Ph. rossikowi остается неизвестным, для него удалось получить только фрагмент последовательности гена COI. Вид обладает специфическим кариотипом (Соколовский, 1974), а по данным аллозимного анализа этот вид тяготеет к группе «ocellatus» и Ph. golubewii. По морфологическим данным Ph. rossikowi рассматривается как линия базальной дивергенции рода Phrynocephalus (Whiteman, 1978) или близок другим склеробионтам Турана, в т.ч., группе такырных круглоголовок, куда попадает также экологически пластичный Ph. strauchi (Arnold, 1999). Положение последнего вида особенно интересно. По результатам анализа мтДНК этот вид с высокими поддержками попадает в группу

«ocellatus», с которой его традиционно сближали, рассматривая как подвид Ph. raddei (Банников и др., 1977; Ananjeva, Tuniyev, 1992), но по яДНК занимает обособленное положение среди круглоголовок Средней и Центральной Азии. Эта схема полностью согласуется с результатами, полученными О.П. Лихновой (1992), где по данным аллозимного анализа вид демонстрировал тенденцию к сближению с Ph. gultalus и Ph. versicolor.

Комплекс такырных круглоголовок объединяет склеробионтные виды из Средней Азии, Закавказья и с Иранского нагорья, населяющие исключительно плотные грунты и ранее рассматриваемые в составе вида Ph. helioscopus. Группа делится на две клады: персидских (здесь Ph. persicus horvathi) и собственно такырных круглоголовок (представлены Ph. h. helioscopus, Ph. h. saidalievi, Ph. h. varius). Подобное разделение отмечалось и ранее (Никольский, 1916; Arnold, 1999; Лихнова, 1992). Филогенетическое положение комплекса неоднозначно, по результатам анализа аминокислотных последовательностей мтДНБС такырные круглоголовки уверенно объединяются с Ph. axillaris (что согласуется с морфологическим анализом, Arnold, 1999), а по данным яДНК оказываются ближе к Ph. ocellatus и Ph. raddei. Последняя гипотеза несомненно поддерживается анализом изменчивости аллозимов (Лихнова, 1992), а также рядом морфологических данных (Whiteman, 1978). Генетическая обособленность Ph. h. saidalievi от других подвидов Ph. helioscopus весьма значительна (9.53%—10.29%, мтДНК) и сопоставима с видовым уровнем дифференциации, что отражается также и в специфике кариотипа (Манило и др., 1991; Еремченко, Панфилов, 1999) и белковых спектров (Лихнова, 1992).

Положение Ph. axillaris. Ph. axillaris — это высокогорный яйцекладущий вид, обитающий в щебнистых пустынях Тибета. По данным мтДНК он достоверно группируется с видами среднеазиатского распространения (комплекс Ph. helioscopus), что сопоставимо с результатами морфологического анализа Арнольда, где Ph. axillaris объединяется с Ph. helioscopus, Ph. persicus, Ph. strauchi и Ph. rossikowi (Arnold, 1999). В то же время по ядерным данным с высоко достоверными поддержками вид образует сестринскую кладу по отношению к объединению групп Ph. versicolor и Ph. guttatus. Эта гипотеза интересна тем, что с круглоголовками групп «guttatus» и «versicolor» Ph. axillaris сходны и рядом морфологических характеристик (например, наличием яркого подмышечного пятна как у Ph. versicolor),к центральноазиатским распространением.

Группы пестрых круглоголовок и круглоголовок-вертихвосток. На полученном филогенетическом дереве группы Ph. guttatus и Ph. versicolor реконструируются как самые молодые группы круглоголовок, что противоречит сделанным ранее предположениям об их близости к предковым формам рода (Whiteman, 1978; Семенов, 1987). Анализ морфологических признаков (Whiteman, 1978, Arnold, 1999) не подтверждает монофилию этой группы, что, возможно, свидетельствует о ее высокой экологической и морфологической пластичности. Филогенетические связи между представителями этих групп по данным мтДНК и яДНК достаточно согласованы и близки к схеме эволюционных отношений по данным аллозимного анализа (Лихнова, 1992). Так, молекулярно-генетический анализ подтвердил обособленное положение формы Ph. hispidus и близость формы из долины реки Или (Ph. alpheraki) к Ph. guttatus. Показанное ранее для территории КНР несоответствие наблюдаемой генетической и морфологчисекой изменчивости современной системе комплекса Ph. frontalis - Ph. przeivalskii (Pang et al., 2003; Wang, Fu, 2004; Gozdzik, Fu, 2008) нашло отражение и в нашем материале: нами выявлена форма неясного таксономического статуса из провинции Ганьсу Ph. sp. 1, близкая Ph. hispidus, а также показана генетическая близость популяций Ph. przewalskii и Ph. frontalis Китая к номинативной форме Ph. v. versicolor центральной Монголии. Таксономический статус этих форм остается дискуссионным. Существенные морфологические различия между формами круглоголовок при отсутствии достаточной генетической обособленности объясняются, вероятно, высокой экологической пластичностью круглоголовок этой группы и широким распространением т.н. субстратных рас (Дунаев, 2009). Парафилия Ph. versicolor s. lato требует возведения тувинской формы Ph. kulagini в ранг самостоятельного вида. Дифференциация в пределах группы Ph. guttatus соотвествует опубликованным ранее морфологическим (Семенов, 1987; Дунаев, 2009), аллозимным (Лихнова, 1992) и молекулярно-генетическим гипотезам (Melville et al., 2009). Наши данные подтверждают обособление криптической формы Ph. incertus в Забалхашье, близость

круглоголовки из Джунгарских ворот к Ph. melanurus из Зайсана и предполагают подвидовой статус Ph. moltschanowi и видовой уровень обособленности Ph. alpheraki.

Предполагаемый палеогеографический сценарий диверсификации и расселения представителей рода Phrynocephalus. Общий предок азиатских групп Agaminae должен был проникнуть на территорию Азии из Африки, которая является центром формирования этого подсемейства агамовых ящериц, по-видимому, в ходе постепенного закрытия бассейна океана Тетис вследствие столкновения Афро-Аравийской суши и будущей Евразии (Масеу et al., 2000). Основные этапы эволюционной истории рода Phrynocephalus по данным анализа молекулярных датировок и реконструкции палеоареалов представлены на рис. 3. Согласно этой гипотезе, обособление общего предка современных круглоголовок от предка горных агам Laudakia s. lato могло произойти в конце олигоцена (около 27 млн лет назад). К этому моменту уже могли существовать сухопутные мосты между Аравией и Анатолийским и Эльбурс-Копетдагским массивами суши, однако сами эти территории представляли собой холмистые острова с влажным субтропическим климатом посреди мелководного моря. В раннем миоцене, когда предок круглоголовок мог обособиться от прочих агам, Туранское плато было покрыто морем, территория южного Казахстана, Тургайской низменности, Тянь-Шаня и Таджикистана представляла собой комплекс огромных пресноводных озер, но Иран уже входил в состав Ирано-Афганской суши и был покрыт лесными и саванными формациями (Popov et al., 2004, 2009).

Предыдущие исследования (Melville et al., 2009) по данным анализа мтДНК и яДНК маркеров предполагали поздне-олигоценовую дифференциацию предка Phrynocephalus (28.9 млн лет назад), которая связывалась с началом аридизации в ценетральной Азии около 22 млн лет назад (Guo et al., 2002). Однако, эта оценка представляется нам неоправдано завышеной, так как в это время большая часть западной Азии находилась в зоне тропического морского климата, и была лишена ксерофильных растительных сообществ (Попов, 2009).

Базальная диверсификация рода Phrynocephalus по результатам данной работы приходится на середину среднего миоцена и датируется примерно в 14.8 млн лет назад В то время территория Средней Азии все еще была в значительной мере занята Паратетисом (Popov et al., 2004), Аравийский п-ов оставался отделенным от территории современного Ирана Месопотамским бассейном, Кавказ представлял собой разрозненные островки суши. Чуть ранее, около 17-15 млн лет назад происходит резкое потепление климата, известное как среднемиоценовый термальный оптимум (CMTO, см. рис. 1), приведший к смягчению климата; конец потепления около 15 млн лет назад и постепенное похолодание привело к постепенной аридизации климата. По нашему мнению, базальная дифференциация рода Phrynocephalus произошла после окончания СМТО.

С 14-13 млн лет назад до 8 млн лет назад идет интенсивное поднятие Тибета, достигающего максимума около 10 млн лет назад. Это приводит к прогрессирующей аридизации климата в Центральной Азии (Ramstein et al., 1997). Так, исследования палеофлоры Центрально-Афганской суши и территории современного Пакистана показывают, что около 8.5 млн лет назад лесная растительность там сменяется травянистой (Cerling et al., 1997), в это же время леса исчезают с территории Тибетского плато (Ма et al., 1998). Эти условия способствовали развитию аридных биотопов и формированию пустынной герпетофауны.

На обособление и расселение круглоголовок мог влиять целый ряд факторов: постепенный процесс аридизации на территории Передней, Средней и Центральной Азии, формирование пустынных типов почв, поднятие горных систем, изменение русел древних рек или исчезновение или возникновение озер. Поднятие Гималаев привело к накоплению отложений на севере Индийского и Пакистанского регионов с середины миоцена примерно до раннего плейстоцена. Сопоставляя данные молекулярных датировок с результатами моделирования анцестральных ареалов и палеогеографической обстановкой, можно предположить, что дивергенция внутри подрода Oreosaura происходила 3.86-5.56 млн лет назад, а отделение от прочих круглоголовок — около 10-13 млн лет назад. Контакт между Тибетом и районом Турана и Среднего Востока прервался, скорее всего, в связи с интенсивным ростом Памира и Каракорума около 10 млн лет назад, поэтому обособление предка Oreosaura должно было произойти не позднее этого момента. Ph. axillaris проник на территорию Тибетского плато значительно позже с Центральной Азии.

Большинство оценок времени, включая представленную в данной работе, указывают на возникновение круглоголовок в раннем или среднем миоцене (Whiteman, 1978; Guo, Wang, 2007; Li et al., 2010). Так, Го и Ван (Guo, Wang, 2007) предполагают, что род Phrynocephalus имеет центральноазиатское происхожение и оценивают его дифференциацию около 13.87 млн лет назад. Гипотезы о ведущей роли центральноазиатского центра в формировании герпетофауны Средней Азии придерживался и A.M. Никольский (1916). Согласно нашим данным, центр формирования рода Phrynocephalus находился на территории совремннного Турана и Среднего Востока, где сегодня встречается максимальное число автохтонных древних линий рода Это согласуется со взглядами о существовании на территории Турана древнего среднеазиатского очага формирования пустынной герпетофауны (Чернов, 1948, 1959; Лихнова, 1992; Ananjeva, Tuniyev, 1992).

Всех представителей рода Phrynocephalus объединяет набор признаков, свидетельствующих о псаммобионтности вероятного общего предка круглоголовок (Whiteman, 1978; Arnold, 1999). К ним относятся черты, адаптивные для жизни на перевеиваемых ветром субстратах, а именно (1) отсутствие наружного ушного отверстия и значительная редукция среднего уха, (2) наличие гребешков на пальцах треугольной формы, (3) прикрывающая рот верхняя губа, (4) мелкая округлая чешуя, (5) развитые веки, снабженные ресничными чешуями, (6) защищенные ноздри, (7) поведенчиские реакции, такие как вибрация тела при закапывании. Эти признаки отмечаются и у круглоголовок, встречающихся на плотных грунтах, что позволяет предположить первичную псаммобионтность предка Phrynocephalus (Чернов, 1948; Whiteman, 1978; Семенов, 1987). Однако, ряд авторов считает, что род сформировался на плотных галечных и щебнистых грунтах (Голубев, 1989; Ananjeva, Tuniyev, 1992). Согласно результатам моделирования исходной субстратной нишей была либо эврибиотность, либо склеробионтность, то есть, слабая специализрованность предковой формы представляется более реалистичной. С этим предположением согласуется и наличие среди базальных линий рода как псаммофильных (Ph. arabicus, Ph. mystaceus, группа Ph. interscauplaris), так и строгих склеробионтных (Ph. scutellatus, Ph. maculatus, Oreosaura) и эврибионтных (Ph. longicaudalus) видов. Адаптация к обитанию в пустынях с определенным типом субстрата происходила в разных группах круглоголовок параллельно и независимо.

Если суммировать все вышеизложенные палеогеографические факты и полученные результаты (основываясь преимущественно на результатах анализа яДНК), то возможен следующий сценарий дивергенции в роде Phrynocephalus.

1. Обособление предка Phrynocephalus, предположительно, на территории Среднего Востока и Турана (около 27 млн лет назад).

2. Базальная радиация рода на 2 клады: включающую предков Megalochilus и Oreosaura, ближневосточных круглоголовок, группы «interscapularis» и вторую, включающую предков всех прочих круглоголовок (около 15 млн лет назад).

3. Проникновение предков Oreosaura на территорию современного Тибетского плато (между 13 и 10 млн лет назад), в то время еще не подвергшуюся основным этапам орогенеза и сравнительно низкогорную. Обособление ушастых круглоголовок в Туранской области и предка «микрофриноцефалид» на территории Среднего Востока.

4. Обособление предка Ph. strauchi, распространение из Турана в Центральную Азию предка группы пестрых круглоголовок, круглоголовок-вертихвосток и Ph. axillaris (8-7 млн лет).

5. Дивергенция основных видовых группировок (6-8 млн лет назад). В этот период отступление моря происходило особенно интенсивно (Popov et al., 2004). Группа «helioscopus», вероятно, обособилась вместе с поднятием Иранского плато, и уже оттуда происходило расселение группы. По данным мтДНК виды комплексов «guttatus» и «versicolor» разделились около 5.65 млн лет назад, а по данным яДНК - 4.73-7.27 млн лет назад предположительно на границе современной Джунгарии и Восточного Казахстана (Дунаев, 2009), где аридные условия сформировались до миоцена (Чхиквадзе и др., 1983). Круглоголовки-вертихвостки осваивали преимущественно пустыни Средней Азии, а пестрые круглоголовки - пустыни Центральной Азии. При этом некоторые линии круглоголовок-вертихвосток вернулись в Туранскую область (Ph. g. moltschanowi и Ph. g. salsatus).

6. Дальнейшая стремительная диверсификация внутри видовых группировок и расселение на окончательно освободившиеся от Паратетиса опустыненные пространства. Заметно, что в истории рода круглоголовок было несколько моментов, когда в разных группировках интенсивно шло образование таксономических единиц. Первый приходится на 6-8 млн лет назад и связан с обособлением предков, давших начало современным видовым группировкам, а второй - 1-4 млн лет назад - с видообразованием уже внутри этих группировок. Молекулярно-генетическая дифференциация видовых комплексов рода Phrynocephalus. Использование ДНК-штрихкодирования продемонстрировало значительную генетическую неоднородность рода круглоголовок и выявило большое число ранее неизвестных филогенетических линий внутри видовых группировок. Отдельные видовые комплексы были изучены подробнее (комплекс такырных круглоголовок, круглоголовки-вертихвостки, ушастые круглоголовки и песчаные круглоголовки) с учетом их морфологической изменчивости.

Так как многие формы довольно сложно разграничить по морфологическим признакам ввиду значительного перекрывания внутри- и межвидовой изменчивости, а исследования межвидовой гибридизации в группе лишь начинаются (Gozdzik, Fu, 2008; Noble, 2008), возникает вопрос о критериях вида, применимых для разграничения видов в этой группе ящериц. Согласно генетической концепции вида, одним из таких критериев могут служить генетические дистанции (Baker, Bradley, 2006), а значительное превышение средних генетических дистанций при межвидовых сравнениях может свидетельствовать в пользу повышения статуса форм до видового.

Группа «helioscopus». Группа такырных и персидских круглоголовок оказалась очень неоднородной и таксономически богатой. Подтверждено наличие двух видовых группировок внутри комплекса: такырной круглоголовки Ph. helioscopus и персидской Ph. persicus. Среди первого вида выявлено 8 филогенетических линий, 5 из них ранее не были известны и нами описаны как подвиды (Соловьева и др., 2012): Ph. h. turcomanus, Ph. h. sergeevi и Ph. h. meridionalis. Статус последнего таксона, как и Ph. h. saidalievi, вероятно, соответствует видовому уровню дифференциации. Остается практически неисследованной своеобразная линия круглоголовок с Сев. Каратау. Эта группа генетически обособлена как от восточного подвида Ph. h. varius, так и от западного номинативного подвида, однако в связи с относительно невысокими значениями BS-поддержки ее филогенетическое положение пока неопределенно.

Также дополнительных исследований требуют персидские круглоголовки. Для Ph. persicus s. lato выявлены четыре филогенетические линии, из них ранее неизвестных — две. Указания на принадлежность закавказской круглоголовки к персидским, а не такырным (Мельников, 2007; Melnikov et al., 2008) появились не так давно (Голубев, Межжерин, 1999), наши данные подтверждают принадлежность закавказской круглоголовки к персидским с высокими BS-поддержками. Нами выявлено две новые филогруппы (из окрестностей Абадэ в Иране и с Апшеронского полуострова в Азербайджане), которые, предположительно представляют собой два ранее неизвестных подвида. Обособленное положение популяции такырных круглоголовок с Апшеронского полуострова согласуется с результатами аллозимного анализа М.Л. Голубева и C.B. Межжерина (1999). Авторы охарактеризовали эту популяцию как промежуточную между номинативной (Ph. helioscopus helioscopus) и закавказской (Ph. persicus horvathi) формами. Молекулярные данные, полученные по Апшеронскому п-ову, уникальны, т. к. еще около 30 лет назад данная популяция была признана вымершей (Алекперов, 1978), и были получены благодаря обнаружению в коллекции Зоомузея МГУ единственной шкурки ящерицы из этой популяции.

Высокий уровень разнообразия (большое число группировок и высокие генетические дистанции между ними) на юго-западе ареала свидетельствует о том, что первоначальная дифференциация комплекса началась, вероятно, в районе Иранского плато (Ananjeva, Tuniyev, 1992). Повышенное разнообразие на юго-востоке ареала позволяет предположить наличие второго, более позднего центра дифференциации, но уже внутри собственно такырных круглоголовок (Ph. helioscopus).

При межвидовых сравнениях в пределах рода Phrynocephalus минимальные значения р-дистанций характерны для близких форм таксономически сложных видовых комплексов. Средние некорректированные /^-дистанции между филогруппами комплекса «helioscopus - persicus» часто

превышают межвидовые дистанции. Таким образом, некоторые филетические линии и подвиды комплекса такырных круглоголовок по уровню дифференциации вполне сопоставимы с самостоятельными видами рода Phrynocephalus.

Группы «euttatus» и «versicolor». Группы пестрых круглоголовок и круглоголовок-вертихвосток возникли относительно недавно (примерно 4 млн лет назад - «gullatus», примерно 2 млн лет назад - «versicolor»). Это самые молодые видовые группировки, морфологическая изменчивость внутри них очень высока, внутривидовая зачастую сопоставима с межвидовой, часто отсутствует согласованность между морфологическими и генетическими различиями. В связи с этим, данные более консервативных яДНК-маркеров недостаточно информативны при разрешении эволюционных связей между представителями этих групп. Для большинства исследованных нами форм однозначно определить таксономический статус пока сложно. Тем не менее степень генетической дивергенции (дистанции по мтДНК достигают 4.58-10.89%) все же позволяет признать ряд изученных форм отдельными видами: Ph. alpheraki, Ph. kushakewitschi, Ph. melanurus, Ph. hispidus, Ph. kulagini. Статус Ph. moltschanowi, скорее, соответствует подвидовому уровню. Видовой комплекс Ph. versicolor - Ph. frontalis — Ph. przewalskii отличается крайне низкими значениями генетических дистанций (р = 2.14—3.57%) и клинальной изменчивостью ряда морфологических признаков (Gozdzik, Fu, 2008; Дунаев, 2009) и поэтому остается одной из наиболее проблемных в таксономическом отношении групп круглоголовок.

Круглоголовки-вертихвостки (Ph. guttatus) населяют разнообразные, но преимущественно песчаные грунты севера Средней Азии от Прикаспия до западного Китая. В пределах этой группы по данным мтДНК выделяются три клады, из которых две базальные группы объединяют виды Семиречья (Ph. kuschakewitschi, Ph. incertus) и Джунгарии (Ph. т. melanurus, Ph. melanurus ssp.), a в третью группируются формы западной части ареала (Ph. g. guttatus, Ph. g. moltschanowi) и Илийской долины в восточном Казахстане (Ph. alpherakii). Подтверждена обособленность Ph. g. moltschanowi от Ph. g. guttatus (p = 4.58% по мтДНК и 0.9% по яДНК), а также дифференциация забалхашской формы Ph. incertus от Ph. kuschakewitschi (р = 4.69%), диагностика которых по морфологическим признакам затруднительна. Форма неясного статуса из Джунгарских ворот оказалась близка к Ph. melanurus из Зайсана (р = 2.67% по мтДНК ), а морфологические различия между ними объясняются, вероятно, привязанностью джунгарской формы к плотным грунтам.

Центральноазиатские виды комплекса пестрых круглоголовок Ph. versicolor встречаются на разных типах субстрата. В этой группе четко выделяются две обособленные субклады: первая объединяет вид из Джунгарской Гоби, определенный как Ph. hispidus, и близкую к нему форму неясного статуса из провинции Ганьсу Phrynocephalus sp. 1 (р = 4.9% по мтДНК и 0.2-0.7% по яДНК). Вторая субклада объединяет генетически близкие виды севера Китая и центральной Монголии: Ph. frontalis, Ph. przewalskii и Ph. versicolor, а также более дистантную форму Ph. versicolor kulagini из Тувы. Парафилия Ph. versicolor s. lato и обособленность тувинской круглоголовки (р = 5.18-5.37% по мтДНК и 1.7% по яДНК) предполагает придание ей статуса самостоятельного вида Ph. kulagini. Форма из Китая, близкая к Ph. hispidus и обозначенная как Ph. sp. 1, изучена только по молекулярным данным по образцу ткани, полученному от китайских коллег. Для более точного определения и таксономического описания необходимо провести сбор дополнительного материала и морфологическое исследование экземпляров.

Группа «mvstaceus». Статус ушастой круглоголовки из Хорасана (Иран) спорен. Некорректированные р-дистанции по мтДНК между этой популяцией Ph. т. mystaceus велики (р = 7.36%) и сопоставимы с дистанциями между видами подрода Oreosaura (от 6.1 до 10.6%), однако по яДНК не столь велики (р = 0.4%; например, дистанция между Ph. raddei и Ph. strauchi достигает р = 1.2%, а между Ph. vlangalii и Ph. putjataip = 0.8%).

Известные на данный момент подвиды Ph. mystaceus в меньшей мере отличаются друг от друга, чем от иранских ушастых круглоголовок, а филогенетические взаимоотношения между первыми не могут считаться разрешенными. Только номинативный подвид образует монофилетическую кладу с высокой поддержкой. Валидность подвида Ph. т. aurantiacocaudatus нуждается в подтверждении.

Группа «interscanularis». Для представителей «микрофрииоцефалид», а именно для взаимоотношений внутри Ph. interscapulars и между Ph. interscapulars и близкородственным Ph. sogdianus, необходимы дополнительные исследования популяций из окрестностей оз. Айдаркуль — как генетические, так и морфологические. Значительная генетическая обособленность этой популяции говорит о потенциально новой линии комплекса Ph. interscapulars, но в таком случае и согдианская круглоголовка должна сохранить статус подвида. Некорректированные /^-дистанции между Ph. interscapulars и Ph. sogdianus по данным объединенных последовательностей мтДНК -3.84%, причем дистанции до Ph. ornatus достигают 15%, по данным объединенных последовательностей яДНК между согдианскими и песчаными круглоголовками от 0.7 до 1%, а между этими формами и Ph. ornatus - от 2.8 до 3.0%. По фрагменту гена COI дистанции между Ph. ornatus и Ph. interscapulars / Ph. sogdianus - 12.2 - 12.6%, а между формами Ph. interscapulars -Ph. i. ssp. - Ph. sogdianus колеблются в пределах 3-4%. Таким образом, генетические дистанции как между согдианскими круглоголовками и песчаными оказываются скорее в рамках генетических дистанций между подвидами, а не видами.

Предполагаемая система рода Pltiynocepltalus Каир, 1825. В этом разделе рассматриваются результаты проведенного филогенетического анализа применительно к таксономии рода Phrynocephalus. С учетом необходимости дальнейших исследований, на основании совокупности полученных молекулярно-генетических данных, мы придерживаемся следующей предварительной системы рода. Род Круглоголовки Phrynocephalus Каир. 1825. Подрод Настоящие круглоголовки Phrynocephalus Каир. 1825.

Группа видов «guttatus»: Ph. guttatus (Gmelin, 1789) [подвиды: Ph. g. guttatus (Gmelin, 1789), Ph. guttatus moltschanowi Nikolsky, 1913, Ph. g. salsatus Gorelov, Dunayev et Kotenko, 1995], Ph. alpheraki Bedriaga in Nikolsky, 1905, Ph. kushakewitschi Bedriaga in Nikolsky, 1905, Ph. incertus Bedriaga in Nikolsky, 1905, Ph. melanurus Eichwald, 1831 [подвиды: Ph. m. melanurus Eichwald, 1831, Ph. т. ssp. (Синьцзян, КНР) (*)].

Группа видов «versicolor»: Ph. versicolor Strauch, 1876 комплекс [формы Ph. versicolor Strauch, 1876 (*), Ph. przewalskii Strauch, 1876 (*), Ph. frontalis Strauch, 1876 (*)], Ph. kulagini Bedriaga, 1909, Ph. hispidus Bedriaga, 1909, Ph. sp. 1 (Ганьсу, КНР) (*).

Группа видов «helioscopus»: Ph. helioscopus (Pallas, 1771) [подвиды: Ph. h. helioscopus (Pallas, 1771), Ph. h. cameranoi Bedriaga, 1907, Ph. h. sergeevi Dunayev, Solovyeva, Poyarkov, 2012, Ph. h. turcomanus Dunayev, Solovyeva, Poyarkov, 2012, Ph. h. varius Eichwald 1831, Ph. h. ssp. (Ц Казахстан) (*)] Ph. meridionalis Dunayev, Solovyeva, Poyarkov, 2012, Ph. saidalievi Sattorov, 1981, Ph. persicus De Filippi, 1863 [подвиды: Ph. p. persicus De Filippi, 1863, Ph. persicus ssp. (Азербайджан) (*)] Ph. horvathi Mehely, 1894, Ph. sp. 3 (Ю Иран) (*).

Группа видов «radilei»: Ph. осе ¡latus (Lichtenstein in Eversmann, 1823), Ph. bannikovi Darevskij, Rustamov et Shammakov, 1976, Ph. raddei Boettger, 1888, Ph. boettgeri Bedriaga, 1905. Таксоны, не отнесенные к видовым группам: Ph. axillaris Blanford, 1875, Ph. strauchi Nikolsky, 1899, Ph. rossikowi Nikolsky, 1898 (**) [подвиды: Ph. r. rossikowi Nikolsky, 1898, Ph. r. shammakowi Scerbak et Golubev, 1979 (*, **)].

Подрод Ушастые круглоголовки Meealochilus Eichwald. 1831

Ph. mystaceus (Pallas, 1776) [подвиды: Ph. m. mystaceus (Pallas, 1776), Ph. m. aurantiacocaudatus Semenov et Shenbrot, 1990 (*)], Ph. sp. 2 (Иран) (*).

Подрод Тибетские круглоголовки Oreosaura Barabanov et Ananieva. 2007

Ph. erythrurus Zugmayer, 1909, Ph. forsythii Anderson, 1872, Ph. guinanensis Ji, Wang et Wang, 2009, Ph. putjatai Bedriaga, 1909, Ph. roborowskii Bedriaga, 1906 (**), Ph. theobaldi Blyth, 1863, Ph. vlangalii Strauch, 1876 [подвиды: Ph. v. vlangalii Strauch, 1876, Ph. v. hongyuanensis Zhao, Jiang et Huang, 1980]. Группа ранга подрода Песчаные круглоголовки (***)

Ph. clarkorum Anderson et Leviton, 1967 (**), Ph. euptilopus Alcock et Finn, "1896" 1897 (**), Ph. interscapulars Lichtenstein, 1856 [подвиды: Ph. i. interscapulars Lichtenstein, 1856, Ph. i. sogdianus Chernov, 1948, Ph. i. ssp. (Узбекистан) (*)], Ph. luteoguttatus Boulenger, 1887 (**), Ph. ornatus Boulenger, 1887 [подвиды: Ph. o. ornatus Boulenger, 1887 (**), Ph. o. vindumi Golubev, 1998].

20

Подрод Иранские круглоголовки Phrvnosaurus Fitzinger 1843

Ph. scutellatus (Olivier, 1807) [подвиды: Ph. s. scutellatus (Olivier, 1807), Ph. s. ssp. cf. brevipes Nikolsky, 1907 (Хорасан) (*)], Ph. sp. cf. tickelii Gray, 1845 (Белуджистан) (*). Группа ранга подрода Ближневосточные круглоголовки (***)

Ph. arabicus Anderson, 1894, Ph. golubewii Shenbrot et Semenov, 1990, (**), Ph. longicaudatus Haas, 1957, PA. maculatus Anderson, 1872. Виды Incertae sedis

Ph. nasatus Golubev et Dunayev, 1995 (**).

(*) - таксономический статус указанных таксонов неопределен ввиду недостатка морфологических данных и данных популяционной генетики, необходимы дальнейшие исследования.

(**) - молекулярно-генетическая информация по таксонам на сегодняшний день отсутствует, для оценки их филогенетического положения в роде Phrynocephalus требуются дополнительные исследования. (***) - описание предлагаемых таксонов подродового ранга подготовлено и подано в печать.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные филогенетические схемы рода круглоголовок Phrynocephalus в достаточной степени разрешены и позволяют проводить моделирование сценариев расселения отдельных линий рода. Наше исследование подтвердило монофилию рода Phrynocephalus и выявило его филогенетическую структуру, в которой можно выделить три основные значительно обособленные клады, из которых первая объединяет виды Ближнего и Среднего Востока и псаммофильные виды Турана, вторая — яйцекладущие виды Турана, Средней и Центральной Азии и третья — тибетские живородящие виды. Сопоставление топологий деревьев, построенных по данным мтДНК и яДНК, выявляет ряд противоречий; нельзя исключать вероятность древней гибридизации в истории рода круглоголовок. Изучение изменчивости митохондриальной ДНК дает возможность прояснить генетическую структуру на уровне видовых комплексов круглоголовок и полезно для уточнения таксономического статуса спорных форм. При этом филогенетические схемы, полученные по данным анализа генов ядерной ДНК, демонстрируют большую устойчивость, согласованность между собой и с традиционной систематикой, чем результаты анализа генов мтДНК. Большинство базальных групп круглоголовок распространено на Ближнем Востоке, в Иране и Туране; эта территория рассматривается нами как вероятная область возникновения рода. Вероятно, формирование круглоголовок было связано с постепенным закрытием Тетиса вследствие столкновения Аравийской плиты и Иранской суши в миоцене, приведшего к аридизации климата и формированию пустынных ландшафтов в этом регионе. Реконструкция предковой экологической ниши Phrynocephalus затруднительна, так как базальные линии рода представлены как псаммофильными, так и склеробионтными видами.

ВЫВОДЫ

1. Филогенетический анализ 6891 п.о. митохондриальных и ядерных ДНК-маркеров для 36 таксонов рода Phrynocephalus мировой фауны уверенно подтвердил монофилию этого рода и его близость горным агамам Laudakia s. lato.

2. В пределах рода Phrynocephalus на основании как мтДНК, так и яДНК выделено 10 обособленных монофилетических групп: (А) «scutellatus», (В) «arabicus — maculatus», (С) «interscapularis», (D) «mystaceus» (Megalochilus), (E) «helioscopus», (F) «axillaris», (G) «ocellatus - raddei», (H) «vlangalii - theobaldi» (Oreosaura), (I) «versicolor», (J) «guttatus».

3. Данные мтДНК недостаточно информативны для разрешения начальных этапов дифференциации рода, в то время как данные яДНК свидетельствуют о наличии трех основных клад, из которых первая объединяет виды Ближнего и Среднего Востока и псаммофильные виды Турана (группы A-D), вторая - яйцекладущие виды Турана, Средней и Центральной Азии (группы E-G, I, J) и третья - тибетские живородящие виды (группа Н), последняя находится в сестринских отношениях с первой кладой.

4. Полученные на основе анализа мтДНК и яДНК филогенетические схемы и оценки времен филогенетических событий, характеризующие этапы эволюции рода Phrynocephalus, в значительной степени согласуются между собой. Противоречия митохондриальных и ядерных

дендрограмм заключаются в (I) определении ближайшей к корню группы рода Phrynocephalus', (2) филогенетическом положении группы Ph. mystaceus (D); (3) положении подрода Oreosaura.

5. Существуют несоответствия между гипотезами, полученными на основе анализа молекулярно-генетических признаков, и традиционными представлениями о таксономических взаимоотношениях представителей Phrynocephalus. Действительное разнообразие рода недооценено и в недостаточной мере отражено в современной системе.

A. Нарушение монофилии вида в его традиционном понимании требует придания видового статуса формам Ph. longicaudatus, Ph. hispidus и Ph. kulagini. Большие генетические дистанции указывают на вероятность видового статуса некоторых форм в комплексах Ph. scutellatus, Ph. helioscopus, Ph. persicus, Ph. mystaceus, Ph. hispidus, Ph. kushakewitschi.

B. Ряд форм ввиду слабой генетической обособленности могут рассматриваются как подвиды. Линии подвидового уровня дифференциации выявлены в комплексах Ph. guttatus, Ph. melanurus, Ph. helioscopus, Ph. persicus, Ph. mystaceus, Ph. interscapularis, Ph. scutellatus. Таксономически наиболее проблемным остается комплекс Ph. versicolor - Ph. frontalis - Ph. przewalskii.

6. Линии базальной дифференциации рода Phrynocephalus представлены автохтонными видами Ближнего и Среднего Востока, а также Турана; эта территория, вероятно, представляет собой область возникновения рода, что согласуется с точкой зрения о существовании очага пустынной герпетофауны в южной части Средней Азии и на Ближнем Востоке. Обособление предков рода Phrynocephalus должно было произойти в позднем олигоцене (около 27 млн лет назад), а базальная радиация предка современных круглоголовок относится к концу среднего миоцена (около 15 млн лет назад).

7. Согласно предлагаемой системе подродового деления Phrynocephalus, подроды Megalochilus и Oreosaura сохраняют свою валидность; для группы Ph. scutellatus восстановлен подрод Phrynosaurus и предложено выделение двух новых таксонов подродового ранга, объединяющих представителей группы «arabicus - maculatus» и группы «interscapularis». Предлагаемая новая система рода Phrynocephalus включает 43 таксона видового ранга и порядка 30 таксонов подвидового ранга.

БЛАГОДАРНОСТИ

Приношу искреннюю благодарность за мудрое и чуткое руководство A.A. Банниковой и H.A. Пояркову; за советы и помощь в филогенетическом анализе - B.C. Лебедеву; за консультации и плодотворные обсуждения - Е.А. Дунаеву; В.Ф. Орловой за предоставленную возможность работы с коллекциями ЗММГУ и поддержку; С.А. Косушкину за рецензирование предварительной версии работы; В.В. Гречко за предоставленную возможность работы с SINEs и частичную финансовую поддержку моих исследований; Ф. Ахмадзадэ, Д.А. Бондаренко, Н.Э. Вашетко, Ч. Дзин, Т.Н. Дуйсебаевой, A.B. Коваленко, X. Мунхбаяру, P.A. Назарову, В.Ф. Орловой, Д.В. Семенову, Т. Тадевосяну, Я. Фан, М.А. Чириковой, X. Читсазану за помощь в сборе материала и любезно предоставленные образцы; всем, кто участвовал в полевой работе, и принимающей стороне; отдельная благодарность коллегам по кабинету молекулярных методов кафедры зоологии позвоночных за неоценимую поддержку. Большая часть последовательностей фрагмента гена COI была получена на базе Канадского центра баркодинга (Canadian Center of DNA Barcoding, BOLD) на средства Genome Canada и Ontario Genomics Institute (2008-OGI-ICI-03) при непосредственном участии A.B. Борисенко, Н.И. Ивановой и П.Д.Н. Эбэра. Проведенные исследования финансировались Российским фондом фундаментальных исследований (№12-04-01552) и соответствуют задачам этого фонда. Всем указанным лицам и организациям автор выражает свою глубокую благодарность.

ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ Работы, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Косушкин С.А. Семейство коротких ретропозонов (Squaml) в ДНК чешуйчатых рептилий (Reptilia: Squamata): структура, эволюция и соотношение с филогенией таксона / С.А. Косушкин, О.Р. Бородулина, Е.Н. Соловьева, В.В. Гречко // Молекулярная биология. -2010. -Т. 42. - Вып. 6. - С. 977-989.

2. Соловьева Е.Н. 2011. Молекулярная дифференциация и систематика надвидового комплекса такырной круглоголовки Phrynocephalus superspecies helioscopus (Pallas 1771) (Reptilia: Agamidae) / Е.Н. Соловьева, H.A. Поярков, E.A. Дунаев, Т.Н. Дуйсебаева, A.A. Банникова // Генетика. - 2011. - Вып. 7. - С. 952-967.

3. Соловьева Е.Н. Подвидовая систематика комплекса такырной круглоголовки (Phrynocephalus helioscopus (Pallas 1771)) (Squamata, Agamidae) / Е.Н. Соловьева, E.A. Дунаев, H.A. Поярков // Зоологический журнал. -2012. -Т. 91.-Вып. 11.-С. 1377-1396.

Материалы конференций:

4. Соловьева Е.Н. Особенности систематики и филогеографии видового комплекса такырных круглоголовок (Phrynocephalus helioscopus) (Reptilia: Agamidae) / Е.Н. Соловьева, H.A. Поярков // Тезисы XVI конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2009», секция «Биология». - 2009. - С. 10-11.

5. Solovyeva E.N. Taxonomy and phylogeography of the sunwatcher toad-headed agama species complex (Phrynocephalus helioscopus and Phrynocephalus persicus; Reptilia: Agamidae) / E.N. Solovyeva, N.A. Poyarkov, E.A. Dunayev, T.N. Dujsebayeva, R.A. Nazarov, K. Munkhbayar, H. Cheatsazan // SEH 15th OGM, programs and abstracts. - 8 September - 2 October 2009.

6. Dunayev E.A. Phylogeographic patterns in Phrynocephalus guttatus - Phrynocephalus versicolor species complex (Reptilia: Agamidae) from Central Asia / E.A. Dunayev, N.A. Poyarkov, V.A. Matrosova, E.N. Solovyeva, T.N. Dujsebayeva, K. Munkhbayar // SEH 15й OGM, programs and abstracts. - 8 September - 2 October 2009.

7. Соловьева Е.Н. Анализ распространения видового комплекса такырной круглоголовки Phrynocephalus helioscopus (Reptilia: Agamidae) / Е.Н. Соловьева, H.A. Поярков // Тезисы XVII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов— 2010», секция «Биология». -2010. - С. 142.

8. Solovyeva E.N. Phylogeny of the sunwatcher agama species complex, Phrynocephalus helioscopus (Reptilia, Agamidae) inferred from mitochondrial and nuclear DNA markers / E.N. Solovyeva, N.A. Poyarkov, E.A. Dunayev, A.A. Bannikova // Molecular Phylogenetics - 2, programs and abstracts, May 18-21.-2010.-P. 71.

9. Solovyeva E.N. Molecular differentiation and distribution within the species complex of Phrynocephalus helioscopus (Reptilia: Agamidae) / E.N. Solovyeva, N.A. Poyarkov // De Agamis, 2nd International Symposium on agamid lizards, programs and abstracts, 16-20 August. - 2010. - P. 26-27.

10. Solovyeva E.N. Molecular phylogeny of toad-headed agamas of the genus Phrynocephalus (Agamidae, Reptilia) inferred from mt and nuDNA markers / E.N. Solovyeva, N.A. Poyarkov // Molecular Phylogenetics - 3, programs and abstracts, 31 July - 4 August 2012. - P. 30.

11. Solovyeva E.N. Toad-headed agamas: some new insights on phylogeny of the genus Phrynocephalus (Agamidae, Reptilia) inferred from mt and nuDNA markers / E.N. Solovyeva, N.A. Poyarkov // WCH-7, programs and abstracts, 8-14 August 2012. - P. 673.

12. Solovyeva E.N. Molecular phylogeny of toad-headed agamas (Agamidae, Phrynocephalus) inferred from mitochondrial and nuclear DNA / E.N. Solovyeva, N.A. Poyarkov, E.A. Dunayev // MAPEEG-2013, programs and abstracts, 2-6 September 2013. - P. 4.

Подписано в печать 05 ноября 2013 г. Объем 1,0 усл. п. л. Тираж 100 экз. Отпечатано в типографии «Реглет». Заказ № 245 119526 г. Москва, пр-т Вернадского, д. 39 www. reglet. Ru, тел. +7 495 363 78 90

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Соловьева, Евгения Николаевна, Москва

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

04201450967

Соловьева Евгения Николаевна

СТРУКТУРА ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ И ФИЛОГЕНИЯ РОДА РЖУЫОСЕРНАЫГЗ (ЫЕРТЮА: АОАМГОАЕ)

03.02.04 - зоология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: кандидат биологических наук Банникова Анна Андреевна

Научный консультант: кандидат биологических наук Поярков Николай Андреевич

Москва 2013

Содержание

1. Введение

1.1. Актуальность исследования.............................................................................................................6

1.2. Цель работы.........................................................................................................................................7

1.3. Задачи работы......................................................................................................................................7

2. Структура генетической изменчивости круглоголовок рода Phrynocephalus (обзор литературы)............................................................................................................................8

2.1. Надродовой уровень..................................................................................................................8

• Современные взгляды на систематику Iguania, проблема несоответствия молекулярных и морфологических филогений в эволюционных исследованиях группы..............................................................................................................................................8

• Филогенетическое положение Phrynocephalus среди агамовых ящериц (Agamidae).......9

• Вопрос о гипотетическом месте и времени формирования рода Phrynocephalus...........11

• Экологические предпосылки формирования рода Phrynocephalus и проблема определения исходной экологической ниши рода................................................................13

2.2. Внутриродовой и межвидовой уровни............................................................................14

• История таксономических исследований круглоголовок...................................................14

• Наиболее актуальные проблемы систематики рода.............................................................16

о Проблемы внутриродовой систематики Phrynocephalus..........................................16

о Обзор взглядов на филогенетические связи представителей Phrynocephalus.....17

о Проблема видовых границ в пределах рода Phrynocephalus и подходы к ее

решению..............................................................................................18

о Таксономически наиболее проблемные виды рода Phrynocephalus......................18

2.3. Внутривидовой уровень.........................................................................................................19

Структура комплекса такырных круглоголовок «Ph. helioscopus - Ph. persicus»........20

Структура комплекса круглоголовок-вертихвосток «Ph. guttatus - Ph. versicolor»......29

Структура комплекса песчаных круглоголовок «Ph. interscapularis».............................32

Структура комплекса ушастых круглоголовок «Ph. mystaceus» (Megalochilus)............34

Структура комплекса сетчатых круглоголовок «Ph. ocellatus»........................................35

Структура подрода тибетских круглоголовок Oreosaura....................................................36

Обзор видов Phrynocephalus, не относимым к тем или иным видовым группировкам...............................................................................................................................37

3. Предполагаемая эволюционная история рода Phrynocephalus в свете данных

палеогеографии............................................................................................................................41

4. Молекулярно-генетические исследования систематики и филогении

представителей рода Phrynocephalus...........................................................................43

4.1. Молекулярно-генетические методы в филогенетических исследованиях Squamata........43

4.2. Переход к молекулярно-генетическим методам в исследованиях рода Phrynocephalus.....46

4.3. Изучение специфических SINEs как новый подход в филогенетике круглоголовок.........48

5. Материалы и методы.................................................................................................................49

5.1. Характеристика образцов...............................................................................................................49

5.2. Выделение ДНК.................................................................................................................................52

5.3. Амплификация и секвенирование последовательностей индивидуальных генов..............53

• Митохондриальная ДНК............................................................................................................53

• Ядерная ДНК................................................................................................................................53

5.4. Анализ специфических копий SINE............................................................................................57

5.5. Филогенетический анализ.............................................................................................................58

5.6. Морфологический анализ..............................................................................................................60

6. Результаты.......................................................................................................................................62

6.1. Генетическая дифференциация рода круглоголовок (Phrynocephalus).........62

• Характеристики полученных последовательностей ДНК..................................................62

• Генетические дистанции между изученными представителями Phrynocephalus............62

• Результаты филогенетического анализа объединенных последовательностей генов мтДНК...........................................................................................................................................64

• Результаты филогенетического анализа индивидуальных генов мтДНК......................66

• Результаты филогенетического анализа объединенных последовательностей яДНК и последовательностей индивидуальных ядерных генов......................................................70

• Результаты анализа молекулярных датировок филогенетических событий в истории Phrynocephalus..............................................................................................................................76

• Моделирование анцестрального ареала и субстратной ниши .................................82

• Результаты анализа индивидуальных копий SINE.............................................................85

Результаты ДНК-штрихкодирования; генетическое разнообразие рода Phrynocephalus и его инвентаризация.................................................................................................................86

6.2. Генетическая и морфологическая дифференциация круглоголовок на

уровне видовых комплексов........................................................................................................91

Комплекс такырных круглоголовок Ph. helioscopus...........................................................91

о Данные молекулярного анализа: мтДНК...................................................................91

о Данные молекулярного анализа: яДНК.....................................................................93

о Данные морфологического анализа............................................................................95

о Диагностический ключ для определения подвидов такырной круглоголовки.....................................................................................100

Комплекс ушастых круглоголовок Ph. mystaceus................................................................102

о Данные молекулярного анализа: мтДНК................................................................102

о Данные морфологического анализа..........................................................................102

• Комплекс круглоголовок-вертихвосток Ph. guttatus.........................................................105

о Данные молекулярного анализа: мтДНК................................................................105

• Комплекс песчаных круглоголовок Ph. interscapularis......................................................107

о Данные молекулярного анализа: мтДНК ................................................................107

о Данные морфологического анализа..........................................................................107

7. Обсуждение...................................................................................................................................108

Положение рода Phrynocephalus.............................................................................................108

Согласованность филогенетических сигналов маркеров митохондриальной и ядерной ДНК..............................................................................................................................................109

• Систематика и филогения рода Phrynocephalus в свете молекулярно-генетических

данных.........................................................................................................................................112

J

• Предполагаемый палеогеографический сценарий диверсификации и расселения

'•fh

представителей рода Phrynocephalus......................................................................................118

• Молекулярно-генетическая дифференциация видовых комплексов рода Phrynocephalus............................................................................................................................126

• Предполагаемая система рода Phrynocephalus Каир, 1825..............................................130

8. Заключение...................................................................................................................................133

9.Вывод ы............................................................................................................................................135

10. Благодарности.............................................................................................................................137

11. Список работ, опубликованных по теме диссертации............................................138

12. Список литературы.................................................................................................................140

Введение 1.1. Актуальность работы

В последнее время все более актуальными становятся филогенетические исследования, направленные на изучение воздействия изменений климата на дивергенцию отдельных групп животных, а также на общие закономерности формирования фауны на определенной территории. С этой точки зрения центральные регионы Евразии представляют собой значительной интерес, т.к. они являются одними из старейших пустынных территорий на Земле. Последние данные палеогеографии и палеоклиматологии этих регионов дают возможность составить подробный сценарий, учитывающий, например, динамику морских бассейнов и палеорек (Popov et al., 2004, 2006), изменения в растительном покрове (Попов, 2009) и т.п. И наоборот, познание эволюционной истории групп, связанных с теми или иными ландшафтами, позволяет разобраться в историческом прошлом фаун, континентов и климата.

Современные мультигенные исследования представляют собой перспективные возможности для соотнесения филогенетической истории таксонов с палеогеографической историей и реальной временной шкалой. Изучение внутривидовой молекулярно-генетической изменчивости в ареале (филогеография) позволяет восстанавливать историю видов в пространстве и времени (Avise, 1987, 2000). Сегодня филогеографические исследования получили широкое признание как инструмент реконструкции древних ареалов, путей расселения и т.д. (Абрамсон, 2007).

При этом возрастающая степень антропогенного воздействия, исчезновение природных местообитаний и последующее сокращение численности узкоспециальных видов требуют ог биологической систематики как можно более быстрого описания разнообразия планеты. Молекулярно-генетические методы уже зарекомендовали себя как удобный инструмент для выявления криптических таксонов. Подавляющее количество работ по молекулярной идентификации и сканированию генетического разнообразия основано на единственном, наиболее популярном и доступном молекулярном маркере - митохондриальной ДНК. Однако при всех известных достоинствах мтДНК, отражающей историю только материнской линии, этих данных недостаточно для разрешения вопроса о видовом статусе выявленных линий. Требуется привлечение независимых данных, к которым со стороны молекулярной генетики относятся прежде всего ядерные молекулярные маркеры.

Род круглоголовок (Phrynocephalus) в систематическом отношении считается одним из самых

сложных родов агамовых ящериц (Squamata: Sauria: Iguania: Agamidae), Морфологическая

изменчивость затрудняет диагностику известных форм, а генетические исследования,

относительно недавно затронув эту группу, поставили ряд новых вопросов (например, статус

формы «incertus» - Melville et al., 2009). Во времена первоописания большинства видов и

подвидов рода Phrynocephalus популярностью пользовались морфологические и биологические

6

концепции вида. Примерно с середины XX столетия все большее внимание начали уделять генетической концепции вида, однако пополнение форм круглоголовок сведениями об их генетической изменчивости происходит только в последнее время. Актуальным представляется пересмотр систематики рода в контексте новых генетических данных и в рамках генетической концепции вида.

Филогения рода представляет особенный интерес. Ряд видов круглоголовок характеризуется широкими ареалами, простирающимися от аридных нагорий Ирана, по пескам и такырам Туранской низменности вплоть до китайских высокогорных плато и включая их. Кроме того, круглоголовки - специалисты, приспособленные к выживанию в суровых условиях пустынь разного типа, причем большинство видов привязаны к определенным типам субстрата. Предположительно дивергенция рода произошла в миоцене (Guo, Wang, 2007). Последовавшее расселение и возникновение подвидовых форм были тесно связаны с рядом геологических и климатических событий, повлиявших на формирование многих других видов фауны Средней и Центральной Азии (Даревский, 1957). Недаром ареалы разных групп круглоголовок весьма похожи по некоторым признакам на ареалы прочих пустынных ящериц Палеарктики (например, ящурок Eremias или голопалых гекконов Cyrtopodion), а также аридных таксонов млекопитающих. Поэтому во многом история рода Phrynocephalus - это история формирования пустынных ландшафтов и фаунистических сообществ на обширной территории Средней и Центральной Азии и Ближнего Востока.

1.2. Цель работы

Цель работы состоит в инвентаризации и структурировании генетической изменчивости рода Phrynocephalus для реконструкции филогеографии, филогении и построения естественной системы рода.

1.3. Задачи работы:

Для решения поставленной цели нами были сформулированы следующие задачи исследования.

1. Изучить филогенетические связи между представителями основных линий рода

Phrynocephalus по данным анализа митохондриальных и ядерных ДНК-маркеров.

2. Оценить согласованность результатов исследования митохондриальной и ядерной ДНК и

t

сопоставить их с данными предшествующих исследований.

3. На основе данных анализа мтДНК оценить видовое и внутривидовое разнообразие

представителей рода Phrynocephalus; по данным анализа мтДНК и морфологических

7

признаков проанализировать географическую изменчивость широкоареальных видов Phrynocephalus и уточнить таксономический статус наиболее спорных форм.

4. На основе молекулярных данных определить возможные времена основных кладогенетических событий в эволюционной истории рода Phrynocephalus.

5. Исходя из всех имеющихся генетических данных определить возможные места возникновения и пути расселения видовых групп круглоголовок и предложить палеогеографический сценарий, описывающий эволюционную историю рода Phrynocephalus.

6. На основании всех полученных данных уточнить таксономическую структуру и предложить новую систему рода Phrynocephalus.

2. Структура генетической изменчивости круглоголовок рода Phrynocephalus (обзор литературы) 2.1. Надродовой уровень

• Современные взгляды на систематику Iguania, проблема несоответствия молекулярных и морфологических филогений в эволюционных исследованиях группы

Инфраотряд Iguania включает целый ряд семейств, по расположению зубов на челюстной кости традиционно разделяемых на Pleurodonta (зубная система не дифференцированная, зубы прикреплены сбоку челюстной кости) и Acrodonta (зубная система дифференцированная, зубы сидят на краю челюстной кости) (Воробьева, Чугунова, 1995). К Pleurodonta относят 11 семейств (Corytophanidae, Crotaphytidae, Hoplocercidae, Iguanidae (sensu stricto), Leiocephalidae, Leiosauridae, Liolaemidae, Opluridae, Phrynosomatidae, Polychrotidae и Tropiduridae), а к Acrodonta - 2 семейства (Agamidae и Chamaeleonidae) (Townsend et al., 2011; Ананьева, 2013).

Морфологические филогенетические работы (Conrad, 2008; Frost and Etheridge, 1989) не поддерживают монофилию агамид, как и многие молекулярно-генетические (Масеу et al., 2000; Schulte and Cartwright, 2009). В то же время некоторые исследования демонстрируют сильную поддержку монофилии агамид (Honda et al., 2000; Melville et al., 2009; Townsend et al., 2004). По морфологическим данным Chamaeleonidae глубоко укореняются внутри агамид как сестринский таксон к Physignathus cocincinus (Conrad, 2008). В других работах монофилия агамид поддерживалась лишь при исключении Uromastyx и Leiolepis. Иногда Uromastyx и Leiolepis оказывались за пределами клады, включавшей прочих агамовых ящериц и хамелеонов (Frost and Etheridge, 1989; Масеу et al., 1997). Монофилия Agamidae sensu stricto хорошо поддерживается данными яДНК (Hugall et al., 2008; Melville et al., 2009; Schulte and Cartwright, 2009; Townsend et

al., 2004) и, как и монофилия ряда отдельных подсемейств (Agaminae, Amphibolurinae, Draconinae), признана (Hugall et al., 2008; Macey et al., 2000; Townsend et al., 2004; Ананьева, 2013). Agaminae и Draconinae оказываются сестринскими таксонами (Hugall et al., 2008; Macey et al., 2000; Melville et al., 2009; Schulte and Cartwright, 2009; Townsend et al., 2004). Отношения между кладами Agaminae + Draconinae, Amphibolurinae и Hydrosaurinae остаются неизвестными (Townsend et al., 2011).

• Филогенетическое положение и общая характеристика рода Phrynocephalus среди агамовых ящериц (Agamidae)

Род Phrynocephalus (круглоголовки) относится к семейству Agamidae (агамовые), насчитывающему около 55 родов. Вместе с Chameleonidae агамовых ящериц объединяют в группу Acrodonta (Ананьева, 1977). Семейство Agamidae подразделяют на два подсемейства: Agaminae (включает 53 рода) и Leiolepidinae (2 рода). Все агамиды распространены в Старом Свете, исключая Мадагаскар и Новую Зеландию. Ареал круглоголовок занимает значительную часть этой территории: Восточное Закавказье, Турцию, Ирак, Аравийский п-ов, Иран, Афганистан, Пакистан, Среднюю Азию, Северо-Западную Индию, Монголию, Северо-Западный и Западный Китай и Юго-Восточную Европу (Банников, Даревский, 1977).

Многие виды Phrynocephalus можно назвать фоновыми для тех или иных районов, например, такырные круглоголовки Ph. helioscopus многочисленны в среднеазиатских пустынях, песчаные круглоголовки Ph. interscapülaris — в песках Узбекистана и Туркмении. В то же время ряд. видов занесены в Красную книгу: Ph. golubewii, Ph. strauchi и пр. (по данным IUCN 2013).

Продолжительность жизни круглоголовок невелика — от 12 месяцев до примерно 5 лет (Смирина, Ананьева, 2001). Число