Содержание к диссертации
Введение 4-9
Глава 1. Кариотипы турбеллярий и использование признаков 10-25
кариотипа в целях таксономии и филогении
Кариотип как таксономический признак 10-13
История изучения и основные результаты исследования 13-25 хромосом турбеллярий
Глава 2. Материал и методики 26-38
Материал 26-28
Методики 28-38
Сбор, определение и фиксация материала 28-33
Методы приготовления и окрашивания препаратов хромосом 33-36
Анализ кариотипа 36-37
Метод стабильных изотопов 37-38 Глава 3. Систематика, кариотипы и особенности биологии 39-61 турбеллярий рода Geocentrophora
Литературные данные по систематике и кариотипам 39-42
Собственные данные по кариотипам байкальских 42-49 геоцентрофор
Особенности биологии геоцентрофор 49-61 Глава 4. История исследования, систематика, кариотипы и 62-101 некоторые экологические особенности планарий рода Bdellocephala
История исследования и систематика 62-69
Литературные данные по кариотипам бделлоцефал 69-72
Собственные данные по морфологии и кариотипам 72-93 байкальских бделлоцефал
Собственные данные по дальневосточным бделлоцефалам 93-95
Распространение, распределение по глубинам и питание 95-101 байкальских бделлоцефал
Глава 5. Кариотипическая эволюция и родственные связи 102-118
турбеллярий родов Geocentrophora и Bdellocephala
Род Geocentrophora 102-109
Род Bdellocephala 109-118 Заключение 118-120 Выводы 121-122 Список использованной литературы 123-142 Приложение 143-159
Введение к работе
Байкал является крупнейшим центром видообразования многих организмов, в том числе турбеллярий, занимающих по числу видов четвертое место среди бентосных животных после амфипод, олигохет и моллюсков (Тимошкин, 1995). Настоящая работа является частью комплексных исследований систематики и филогении эндемичной фауны ресничных червей Байкала, проводимых в Лимнологическом институте. Для многих таксономически сложных групп турбеллярий представляется актуальным поиск дополнительных признаков, которые наряду с морфологическими характеристиками могут внести вклад в решение вопросов их систематики, эволюции и филогении. Один из таких признаков - кариотип, нередко являющийся надежным "маркером" вида, все шире применяемый в исследованиях турбеллярий. В последнее время входит в практику описание новых видов ресничных червей с привлечением сведений о кариотипе (Kawakatsu et al., 1984; Kawakatsu, Oki, Tamura, 1986; Curini-Galletti, Puccinelli, 1998). Известно, что изучение кариотипа не только имеет таксономическую значимость, но и дает ценную информацию для анализа проблемы видообразования. Использование кариотипических признаков часто оказывается полезным как для выяснения родственных связей между близкими видами (Лухтанов, Кузнецова, 1989; Gokhman, Timokhov, 2002; Петрова, Чубарева, 2004), так и для решения вопросов филогении таксонов более высокого ранга (Кузнецова, 1985; Petitpierre, 1997; Kuznetsova et al., 2002, 2004). Информация о кариотипах байкальских турбеллярий очень ограничена: единственным опытом изучения их хромосом являются работы Н.А. Умылиной (1971, 1973, 1979), в которых представлены мейотические хромосомы 15-ти видов семейства Dendrocoelidae.
Для настоящей работы были отобраны роды Geocentrophora (Lecithoepitheliata, Prorhynchidae) и Bdellocephala (Tricladida, Dendrocoelidae), включающие наряду с байкальскими эндемичными "букетами видов" также
виды с более широким распространением, обнаружившие, согласно нашим предварительным данным, существенную дифференциацию по числу и морфологии хромосом. Байкальские представители Geocentrophora -хорошо изученная в морфологическом отношении группа, включающая 8 видов. Это сравнительно молодая, типично неоэндемичная фауна, сохранившая близкое морфологическое сходство с современными космополитическими видами этого рода. Около трети видов мировой фауны проринхид являются байкальскими эндемиками (Timoshkin, 1994). Систематика рода хорошо разработана (Тимошкин, 1984 а, б; Тимошкин, 1991), что позволило использовать эту группу в качестве модельной для постановки кариологических исследований байкальских турбеллярий и приложения их результатов для решения вопросов эволюции и филогении.
Род Bdellocephala - единственный неэндемичный род планарий, давший начало наиболее интересному очагу видообразования в Байкале (Порфирьева, 1977). Несмотря на то, что история исследования байкальских бделлоцефал начата Герштфельдтом почти полтора века назад (Gerstfeldt, 1858) и продолжена целым рядом замечательных исследователей - зоологов, систематический состав группы изучен недостаточно. Прежде всего, это связано с наличием трудно различимых морфологически близких форм, большим сходством в строении копулятивного аппарата - основного таксономического признака в систематике планарий - у многих бделлоцефал. Существуют и субъективные причины, связанные с тем, что одни авторы основывали свою классификацию на признаках внешней морфологии и окраски, другие совсем не имели живого материала и исследовали только гистологическое строение тех или иных органов. Поэтому кариологические исследования проводились нами параллельно с изучением морфологии, гистологии, а также структуры фрагмента гена 18S рРНК в целях таксономической ревизии и установления филогенетических связей внутри рода. Бделлоцефалы широко распространены в Евразии; многие из них
изучены кариологически (Dahm, 1963; Yagichaschi et al., 1998; Nishitani et al., 1995; Oki et al, 1998). Более половины видов бделлоцефал являются эндемиками Байкала.
Цель и задачи исследования. Основной целью настоящей работы явилось изучение строения хромосомных наборов турбеллярий родов Geocentrophora и Bdellocephala и особенностей эволюции их кариотипов, а также интерпретация полученных результатов для решения проблем систематики и филогении этих групп животных. Цель исследования определила следующие задачи:
Изучить и описать кариотипы эндемичных байкальских турбеллярий рода Geocentrophora.
Изучить особенности биологии и пролиферативных циклов байкальских геоцентрофор.
Изучить кариотипы и особенности экологии планарий рода Bdellocephala из Байкала и с Дальнего Востока, применить полученные данные в целях таксономической ревизии рода.
Сопоставить собственные и литературные данные о кариотипах исследованных видов с филогенетическими деревами, построенными на основе морфологических и биохимических признаков.
Сравнить пути и механизмы эволюции кариотипов в двух исследованных группах плоских червей.
Научная новизна. На основе полученных данных о кариотипах наряду с данными морфологических, биохимических и экологических исследований проведена таксономическая ревизия рода Bdellocephala. Для фауны Байкала описаны новые эндемичные виды В. roseocula и В. ushkaniensis (Тимошкин, Наумова, Новикова, 2001); виды В. melanocinerea и, В. stellomaculatd) переописаны с восстановлением видового статуса (Тимошкин, Наумова, Новикова, 2001, Novikova et al., 2002). Показана
самостоятельность вида В. agrillosa, ранее сведенного в синонимы В. angarensis. Впервые описаны кариотипы 14 видов и 25 цветовых форм свободноживущих плоских червей. У 6 видов Geocentrophora обнаружено 4 варианта хромосомных чисел: 2п=26, 2п=28, 2п=30 и 2п=32; число плеч хромосом (NF) у изученных видов варьирует от 36 до 60. Показано, что для исследованных видов признаки кариотипа являются видоспецифичными. Показано, что байкальские эндемичные представители Bdellocephala отличаются кариотипически от изученных видов бделлоцефал, населяющих Евразию - первые имеют 2п = 20, 24 и 26, в то время как последние — 2n = 16, 28 и 56.
Разработан экспресс-метод приготовления временных препаратов хромосом, позволивший впервые выявить особенности суточной динамики митотической активности у литоральных турбеллярий-проринхид. Установлена связь динамики пролиферативной активности с фотопериодичностью.
Комплексный подход к изучению двух родов эндемичных байкальских турбеллярий позволил составить представление о путях и механизмах их эволюции и о роли преобразований хромосомных наборов в становлении эндемичных «букетов» видов на примере исследованных групп.
Теоретическая и практическая значимость. Получены новые данные о кариотипах родов Geocentrophora и Bdellocephala, они применены для развитии концепции видообразования байкальской эндемичной фауны свободноживущих ресничных червей. Показана перспективность использования комплекса независимых методов и маркеров для решения вопросов филогении и систематики на примере двух родов турбеллярий. Результаты проведенных кариологических исследований создают базу для цитогенетического мониторинга изученных групп. Разработанные методики приготовления препаратов хромосом с обязательным учетом особенностей суточной динамики пролиферативной активности, необходимость которого
отражена в работе, могут быть рекомендованы для применения на других группах организмов.
Апробация работы. Материалы диссертации представлялись на 5 международных и одном Всероссийском совещаниях, конференциях и симпозиумах: на международном совещании "Baikal as a natural laboratory for global changes" (Иркутск, 1994); на второй Верещагинской байкальской конференции (Иркутск, 1995); на VIII международном симпозиуме по биологии турбеллярий (Брисбан, Австралия, 1996); на III Всероссийском совещании по кариосистематике беспозвоночных животных (Москва, 1997); на третьей Верещагинской Байкальской конференции (Иркутск, 2000); на 43-ей международной конференции по Великим озерам ("Great Lakes, Great Rivers") (Корнвелл, Канада, 2000); на III международном симпозиуме "Speciation in ancient Lakes" (Иркутск, 2002). Результаты работы неоднократно докладывались и обсуждались на научных семинарах и отчетных сессиях Лимнологического института СО РАН в 1995-2004 гг и на заседании Отдела зоологии БПИ ДВО РАН в 2004 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы (191 источник, из них 122 на иностранных языках) и приложения. Работа изложена на 159 страницах, содержит 8 таблиц и 55 рисунков.
Благодарности. Автор выражает глубокую признательность научным руководителям доктору биологических наук, профессору Валентине Григорьевне Кузнецовой (Зоологический институт РАН) и кандидату биологических наук Олегу Анатольевичу Тимошкину (Лимнологический институт СО РАН) за неоценимую помощь и внимание. Я глубоко благодарна сотрудникам лаборатории биологии водных организмов -кандидатам биологических наук Татьяне Яковлевне Ситниковой, Валентине Ивановне Провиз, Ольге Тимофеевне Русинек и Зое Васильевне Слугиной за
ценные замечания и постоянную поддержку. Моя искренняя признательность кандидату биологических наук Татьяне Владимировне Наумовой и Алене Александровне Широкой за каждодневную помощь и содействие. Я благодарна сотрудникам Лимнологического института -кандидатам биологических наук Наталье Григорьевне Мельник, Ольге Ивановне Белых и Антонине Валентиновне Натягановой за консультации по теме работы. Пользуюсь случаем выразить благодарность командам научно-исследовательских судов "Титов", "Верещагин" и "Обручев", а также всем замечательным водолазам, без которых был бы невозможен сбор байкальских турбеллярий. Работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (грант N 98-04-49851).
