УДК 575.86:599.322.2
К ВОПРОСУ О ХРОМОСОМНОМ ВИДООБРАЗОВАНИИ НА ПРИМЕРЕ МАЛОГО (SPERMOPHILUS PYGMAEUS (PALLAS 1778)) И ГОРНОГО КАВКАЗСКОГО (SPERMOPHILUS MUSICUS (MÉNÉTRIES 1832)) СУСЛИКОВ (RODENTIA, SCIURIDAE)
© 2014 г. М. В. Цвирка, |В. П. Кораблёв|
Биолого-почвенный институт Дальневосточного отделения РАН, Владивосток 690022, Россия
e-mail: tsvirkamv@yandex.ru Поступила в редакцию 18.03.2013 г.
Проанализированы и уточнены данные по кариологии двух близких видов голарктического рода Spermophilus — малого (S. pygmaeus), 2n = 36, NF = 72, и горного кавказского (S. musicus), 2n = 36, NF= 72, сусликов с помощью методов дифференциального окрашивания хромосом (С-, Ag-NOR- и G-окраски). Установлены строгие различия между ними по морфологии хромосом, типу хромосомных перестроек, количеству гомологичных хромосом, характеру распределения структурного гете-рохроматина. Показано, что количество и локализация районов ядрышкового организатора не являются дифференцирующими признаками для пары видов S. pygmaeus — S. musicus: у малого суслика различия по числу ядрышкового организатора характеризуют межпопуляционный, у горного суслика — межиндивидуальный, временной и межпопуляционный уровни изменчивости. В свете современных данных обсуждаются эволюция кариотипов, таксономические взаимоотношения и история формирования ареалов малого и горного сусликов.
Ключевые слова: малый суслик, горный суслик, видообразование, хромосомы, кариотип, гетерохро-матин.
DOI: 10.7868/S0044513414070150
Идея существования двух альтернативных путей видообразования: "обычного", связанного с постепенным накоплением межпопуляционных различий и завершающегося возникновением репродуктивной изоляции, и "генетического", начинающегося с возникновения репродуктивной изоляции за счет хромосомных перестроек до возникновения генных и экологических различий, была сформулирована Н.Н. Воронцовым (1960) задолго до выхода в свет работы Уайта (White, 1968) о моделях видообразования, получившей широкий отклик у биологов-эволюционистов. С тех пор исключительная роль хромосомного видообразования в эволюции многих групп млекопитающих с высоким темпом эволюции (и грызунов, в особенности) подчеркивалась неоднократно. Примеры хромосомного видообразования на основе перестроек робертсоновско-го типа, инверсий участков хромосом, перестроек гетерохроматиновых участков, ставшие классическими, подробно рассматриваются в серии работ Воронцова и сотрудников его лаборатории (Ляпунова и др., 1984; Иваницкая, 1989; Vorontsov, Lyapunova, 1989). Одной из модельных групп, на примере которых изучались закономерности эво-
люционного процесса, стали палеарктические суслики рода Spermophilus.
В настоящей работе идея хромосомного видообразования обсуждается на примере близких видов рода Spermophilus — малого суслика (S. pygmaeus (Pallas 1778)) и горного кавказского (S. musicus (Ménétries 1832)). Напомним, что в Палеарктике суслики занимают обширную территорию от Восточной Европы до конечных пределов Дальнего Востока и Северной Азии. По современным представлениям насчитывают от 12 (Павлинов, Россолимо, 1987) до 14 (Пантелеев, 1998) видов, обитающих в сходных биотопах и имеющих, преимущественно, аллопатрические или парапатри-ческие ареалы, на стыках которых нередко возникают гибридные поселения (Громов и др., 1965; Громов, Ербаева, 1995). Из-за высокого сходства морфологических и морфометрических параметров видовая диагностика в данной группе грызунов затруднена. Одним из четких критериев для дивергенции близких форм палеарктических представителей рода Spermophilus служит структура кариотипа. Благодаря стабильности этого признака удалось дифференцировать такие близкородственные виды, как Spermophilus undulatus
Характеристика материала, использованного в исследовании
Вид Номер на карте Место сбора материала Число особей Методика окраски
S. pygmaeus 1 Саратовская обл.: Дергачевский р-н, д. Степановка (л. б.) 4 самца, 5 самок С-, Ag-NOR
2 Питерский р-н, окр. д. Новотулка (л. б.) 7 самцов, 7 самок С-, Ag-NOR
3 Красноармейский р-н, с. Синенькие (п. б.) 2 самки С-, Ag-NOR, G-
4 Пензенская обл.: Ровенский р-н, окр. с. Тарлыковка (п. б.) 3 самки С-, Ag-NOR, С-
5 Дагестан: п. Сергокала (60 км на север от г. Дербент) 3 самца, 1 самка С-, Ag- NOR, G-
6 Казахстан: Кзыл-Ординская обл., п. Новоалексеевка (200 км на запад от г. Актюбинск) 1 самец, 2 самки С-, Ag-NOR, G-
7 Актюбинская обл., 20 км к на запад от п. Иргиз 1 самка С-, Ag-NOR, G-
S. musicus 8 Кабардино-Балкария: Приэльбрусье, Ирикское ущелье, 5 км от п. Эльбрус 3 самца, 7 самок С-, Ag-NOR
9 Баксанское ущелье, п. Эльбрус, окр. биостанции у ниверситета 3 самца, 7 самок С-, Ag-NOR, G-
Примечание. П. б. и л. б. — право- и левобережье Волги, соответственно.
(2n = 32) - S. parryi (2n = 34), S. citellus (2n = 40) -S. xanthoprimnus (2n = 42), S. xanthoprimnus (2n = = 42) — S. taurensis (2n = 40) (Воронцов, Ляпунова, 1969, 1970; Gunduz et al., 2007). Различия между видами с одинаковой структурой кариотипа, а именно с 2n = 36, NF = 72 (S. dauricus, S. relictus, S. major, S. erythrogenys, S. fulvus, S. suslicus, S. pyg-maeus, S. musicus) не столь очевидны (Воронцов, Ляпунова, 1969, 1970; Орлов и др., 1969 и др.). Таксономические взаимоотношения между морфологически и кариологически сходными формами до настоящего времени являются спорными. Эта же проблема не решена для малого и горного кавказского S. musicus сусликов: вопрос о таксономическом статусе последнего (самостоятельный вид или подвидовая форма малого суслика) остается открытым.
Комплексный анализ хромосомного набора с использованием методов дифференциального окрашивания дает возможность выявить критерии (цитогенетические маркёры) внутри- и межвидовой дифференциации и решить споры таксономического характера в близкородственных группах. Данное исследование было предпринято для оценки количественных и качественных ци-тогенетических различий у близких видов S. pyg-maeus и S. musicus, а также для выяснения уровня генетической дифференциации, сопутствующей различным этапам видообразования.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Исследованы кариотипы 35 особей S. pygmaeus и 20 особей S. musicus. Исследованный материал
представлен в таблице. Нумерация популяций на карте (рис. 1) дана в соответствии с таблицей. В данной работе мы приняли трактовку Громова и Ербае-вой (1995) о систематическом положении анализируемых видов сусликов и границах их ареалов.
Хромосомные препараты из суспензии клеток красного костного мозга готовили по стандартной методике (Ford, Hamerton, 1956), предварительно стимулируя метафазную активность хромосом (Lee, Elder, 1980). Рутинную окраску применяли в качестве контроля. Структурный гетерохроматин (С-окраска) выявляли с помощью методики Самнера (Sumner, 1972). С-окрас-ку проводили на "состаренных" препаратах, выдержанных до окрашивания более 7 дней после фиксации. Для выявления районов ядрышкового организатора (Ag-NOR-окраска) применяли методику Мюнке и Шмиеди (Münke, Schmiadi, 1979) с некоторой модификацией. Кроме того, часть препаратов исследовали на гомологичность хромосом (G-сегментация, см. таблицу) по методикам, разработанным Сибрайт (Seabright, 1971), Раджабли и Крюковой (Раджабли, Крюкова, 1973).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Общие характеристики хромосомных наборов исследованных видов сусликов, S. musicus и S. pygmaeus, такие же, как указано в ранних работах (Воронцов, Ляпунова, 1969; Орлов и др., 1969; Кораблев, 1983). В кариотипе малого суслика S. pygmaeus содержится 36 хромосом, все хромосомы двуплечие (NF = 72). Присутствуют десять
50
40
30 40 50 60
Рис. 1. Распространение и точки отлова сусликов БрегторкИшрурщавш и Б. тж1сж.
пар мета-, четыре пары субмета- и три пары суб-телоцентрических аутосом. Половые хромосомы: Х-хромосома — крупный субметацентрик, У-хро-мосома — мелкий метацентрик. Самая мелкая пара аутосом (17-я) Б. pygmaeus является субмета-центрической. На всех хромосомах, включая половые, хорошо выражены прицентромерные блоки структурного гетерохроматина примерно равных размеров, за исключением первой, третьей и четырнадцатой пар аутосом, у которых гетерохроматиновые блоки несколько меньше (рис. 2а). Районы ядрышкового организатора локализуются на трех парах аутосом (4-, 7- и 11-й) в теломерных областях (рис. 2б). Число выявленных ядрышко-образующих районов изменялось от четырех до шести на клетку, но в численном соотношении преобладали клетки с 5—6 Л§-положительными участками. Если в клетке выявлялось менее шести ядрышкообразующих районов, то окрашивающийся участок отсутствовал на одном из гомологов 7-й или 11-й пар хромосом. Среднее число ядрышковых организаторов в целом для вида составило 5.07 на клетку. При просмотре метафаз-ных пластинок нами отмечено, что хромосомы, несущие ядрышковые организаторы, часто образуют ассоциативный комплекс — объединение хромосом посредством слияния теломерно расположенных (Т-Т соединения) ядрышковых организаторов. Для этого вида мы регистрировали ассо-
циации из двух и трех хромосом (У-образно). Анализ внутривидовой изменчивости Б. pygmaeus по данному признаку показал значительные отличия популяций из Поволжья (Саратовская и Пензенская области) от популяций из Казахстана и Дагестана: среднее число ядрышковых организаторов 5.04, 5.9 и 4.7, 4.85, соответственно; а также популяций, обитающих на левом (Саратовская обл., Дергачевский (2 особи) и Питерский (3 особи) р-ны) и правом берегах Волги (Пензенская обл., Ровенский р-н (1 особь), Саратовская обл., Красноармейский р-н (3 особи)): среднее число ядрышковых организаторов 5.04—5.07 и 5.25—5.9, соответственно. Полученные данные подтверждают мнение зоологов о существовании различий между группами подвидов малого суслика, обитающих в различных ландшафтно-географи-ческих условиях (восточное Предкавказье, Заволжье, Казахстан), по морфологическим признакам (Виноградов, Громов, 1952; Слудский и др., 1969) и о высокой молекулярной дифференциации популяций малых сусликов, обитающих на разных берегах Волги (Ермаков и др., 2006).
В кариотипе горного кавказского суслика Б. т
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.