Филогения некоторых фитофильных хирономид (Diptera, Chironomidae) по морфологическим признакам куколок

ФИЛОГЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ФИТОФИЛЬНЫХ ХИРОНОМИД (DIPTERA, CHIRONOMIDAE) ПО МОРФОЛОГИЧЕСКИМ ПРИЗНАКАМ КУКОЛОК

Н.А. Дурнова*, М.Ю. Воронин**

* Саратовский государственный медицинский университет, **Саратовский государственный университет

В настоящее время большинство работ, затрагивающих филогению комаров-звонцов, охватывают представителей родов Chironomus и Camtochi-ronomus (Шобанов, Зотов, 2001; Шобанов, 2005; Гундерина, 2001; Гурьев, 2002; Кикнадзе и др., 2004; Демин, Полуконова, 2008), представители других групп изучены гораздо слабее. Для установления родственных отношений у хирономид наиболее актуален морфологический и молекулярно-генетический анализ, поскольку сравнительный цитогенетический анализ не всегда возможен из-за отсутствия гомологии рисунка дисков политенных хромосом даже у видов одного рода.

Цель настоящей работы - установить родственные связи некоторых видов хирономид, обитающих на территории Саратовской области, используя морфологические признаки куколок.

Изучались 9 видов фитофильных хирономид подсемейства Chironominae: Endochironomus tendens (Fabricius, 1775), Glyptotendipes glau-cus (Meigen, 1818), G. gripekoveni (Kieffer, 1913), G. imbecillis (Walker, 1856), G. mancunianus (Edwards, 1929), Phaenopsectra flavipes (Meigen, 1818), Poly-pedilum sordens (van der Wulp, 1874), Stenochirúnomus gibbus (Fabricius, 1794), Synendotendipes kaluginae Durnova, 2010. Три бентосных вида рода Glyptotendipes - G. barbipes (Staeger, 1839), G. paripes (Edwards, 1929) и G. minutus sp.n. (опубликован как Glyptotendipes sp. 2n=4: Белянина и др., 1999; морфологическое описание не опубликовано). Два вида, минирующих ткани губок - Xenochironomus xenolabis (Kieffer, 1916) и Xenochironomus sp. (Durnova, 2009).

Анализ проводился на основании 21 качественного и количественного морфологического признака куколок (таблица). Данные признаки наиболее часто используются для установления видовой принадлежности этой группы родов. Каждому из 21 признака был присвоен вес (от 1 до 4), то есть значимость для установления филогенетической связи.

Перечень морфологических признаков куколок, использованных в анализе родственных связей хирономид

№ Признак Возможные ранговые значения (от 0 до 9) Вес

1 2 3 4

1 Длина тела (мм) 0, 1, 2, ... , 9 1

0 - темно-коричневая; 1 - коричневая;

2 Окраска 2 - светло-коричневая; 3 - желтоватая; 4 - зеленоватая 2

О к о н ч а н и е т а б л и ц ы

1 2 3 4

3 Чехлы лобных штифтов (форма) 0 - отсутствуют; 1 - маленькие; 2 - хорошо заметные (конусовидные); 3 - отсутствуют, есть шипики вокруг щетинки; 4 - хорошо заметные, с шипиками на вершине; 5 - плоские и широкие 4

4 Длина чехлов лобных штифтов (мкм) 0, 1, 2, ... , 9 2

5 Длина фронтальной щетинки (мкм) 0, 1, 2, ... , 9 2

6 Длина основания дыхательного органа (мкм) 0, 1, 2, ... , 9 2

7 Ширина основания дыхательного органа (мкм) 0, 1, 2, ... , 9 2

8 Цвет основания дыхательного органа 0 - желто-коричневый; 1 - коричневый; 2 -черный 2

9 Количество крючьев заднего края тергитаII 0, 1, 2, ... , 9 2

10 Наличие хитиновых пластинок на тергитах 0 - отсутствуют; 1 - имеются на 2-6 тергитах; 2 - имеются на 3-6 тергитах 4

11 Относительная длина хитиновых пластинок 0 - примерно одинаковой длины; 1 - резко отличаются по длине; 2 - плавно увеличиваются в размере от 2-го до 6-го тергита 3

12 Длина хитиновой пластинки на тер-гите VII (мкм) 0, 1, 2, ... , 9 2

13 Отношение расстояния от заднего края пластинки тергита VII к длине всего тергита VII (индекс) 0, 1, 2, ... , 9 3

14 Отношение длины хитиновой пластинки на тергите VII к длине хитиновой пластинки на тергите IV (индекс) 0, 1, 2, ... , 9 3

15 Количество полых щетинок на сегменте VIII 0 - 4; 1 - 5 2

16 Пучки скрученных щетинок на анальном плавнике 0 - отсутствуют; 1 - имеются 3

17 Зубцы гребней задних углов сегмента VIII 0 - отсутствуют; 1 - слабо развиты (мелкие прозрачные зубчики); 2 - хорошо развиты (желто-коричневые); 3 - хорошо развиты (темно-коричневые) 3

18 Количество зубцов гребней задних углов сегмента VIII 0, 1, 2, ... , 9 2

19 Длина анального плавника (мкм) 0, 1, 2, ... , 9 1

20 Ширина анального плавника (мкм) 0, 1, 2, ... , 9 1

21 Отношение ширины анального плавника к его длине (индекс) 0, 1, 2, ... , 9 3

Для построения филогенетического древа данные были приведены в приемлемый для обработки программой РАиР вид - проранжированы от 0 до 9. Для количественных признаков принимались средние значения.

19

Если какой-либо признак был неприемлем для вида, то в таблицу вносили знак «-». Анализ проводили по критерию distance (minimum evolution), который определяет количество эволюционных шагов от одного таксона к другому. Построение филогенетических деревьев проводилось с использованием двух алгоритмов: «Mean», при котором оценивалось усредненное количество пар символьных различий, и «Total», при котором программа оценивала общее количество парных различий.

При построении филограмм в качестве внешней группы использован S. gibbus, как наиболее древний вид по данным молекулярного анализа (Дурнова и др., 2011, в печати). Филограммы, полученные с использованием алгоритмов «Mean» и «Total», в целом сходны между собой и отличаются в незначительных деталях (рис. 1,2).

-Б. teitcieus

-G. bar hi pes

15

l Ст. glа не us -G. gripekaveni

-G. minutus

-16

1-G. paripés

i-G. imbecil/hs

-1)

1-G. тапсишшпЫ

-S. kal i tgii гае

-P. flavipes

-P. sordeiis

-AT xeiiolabis

-В

1-Xenociiirofютиs sp.

-.S. gibbtis

Рис. 1. Схема филогенетического родства, построенная по алгоритму Mean

Как видно на рис. 1 и 2, наиболее близко к корню дерева находятся минеры губок - X. xenolabus и Xenochironomus sp., что в очередной раз подтверждает их своеобразие, обусловленное специфичностью обитания. Фило-грамма, построенная по морфологическим признакам куколок, хорошо иллюстрирует возможную полифилитичность рода Glyptotendipes: один кластер образуют узкоспециализированные минеры живых тканей макрофитов (G. imbecillis и G. mancunianus), другой большой кластер формируют остальные виды рода. Наиболее морфологически близкими, как по признакам куколки, так и по признакам личинки, являются G. minutus sp.n. и G. paripes.

-tí

-17

Установлено, что эти виды хорошо различаются между собой по кариотипу (у G. minutus sp.n. - 2n=4, у G. paripés - 2n=8).

Представители Endochironomus и Synendotendipes, очень близкие между собой, согласно молекулярно-генетическим данным (Дурнова и др., 2011, в печати), при анализе морфологических признаков оказались в разных кластерах, что свидетельствует о накоплении ими в процессе дивергенции значительных отличий на морфологическом уровне. Данные кариотипического анализа видов Endochironomus и Synendotendipes указывают на еще более значительные различия между ними, так как гомология по хромосомным последовательностям между видами этих родов отсутствует.

-Е. tendeas

I-G. imbed His

-Я

1-G. manóitniamis

-25 [ 1-S. kahigiiiae

ГЙ

1-P. fiaripes

-P. sor dens

-AT xenolabis

-ft L

Г

47

Xei to eh iroi г ornas sp.

-G gripekoverii

-G. ininutus

-G. paripés

G. barbipes -G. g!emeus

-......-..........-S. gibbus

Рис. 2. Схема филогенетического родства, построенная по алгоритму Total

Морфологические признаки куколок хирономид в меньшей степени зависят от условий обитания вида, не находятся под столь жестким отбором и, следовательно, в большей мере отражают родственные отношения видов, чем экологические адаптации. Привлечение морфологических признаков куколок для филогенетического анализа является более приемлемым. Однако при этом, по нашим данным, результаты филогенетического анализа с использованием морфологических признаков личинок (Дурнова, Воронин, 2010) и куколок нескольких видов фитофильных хирономид в основном согласуются между собой (см. рис. 1, 2).

Сравнительный анализ уровня морфологических, цитогенетических и молекулярно-генетических (Гундерина, 2001; Полуконова и др., 2007) отли-

чий между видами хирономид показал, что в большинстве случаев цитогене-тическая дивергенция значительно опережает дивергенцию по морфологическим признакам, поэтому выявление хромосомных различий между близкими видами является во многих случаях необходимым условием точной видовой диагностики хирономид.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Белянина С.И., Дурнова Н.А., Шобанов Н.А. Особенности кариотипа и морфологии Glyptotendipes sp. (Diptera, Chironomidae) с хромосомным набором 2n=4 // Зоол. журн. 1999. Т. 78, № 12. С. 1434-1440.

Гундерина Л.И. Генетическая изменчивость и эволюция хирономид (Diptera, Chironomidae): автореф. ... д-ра биол. наук. Новосибирск, 2001. 32 с.

Гурьев В. П. Молекулярная филогения рода Chironomus (Diptera, Nematocera): автореф. ... канд. биол. наук. Новосибирск, 2002. 16 с.

Демин А.Г., Полуконова Н.В. Оценка дивергенции комаров-звонцов рода Chironomus (Diptera) на основе гипотезы молекулярных часов // Энтомол. и паразитол. исследования в Поволжье. Саратов, 2008. Вып. 7. С. 8-13.

Дурнова Н.А., Демин А.Г., Полуконова Н.В. Место фитофильных хирономид в структуре семейства (Chironomidae, Diptera) на основе сравнения частичной аминокислотной последовательности первой субъединицы цитохром С оксидазы (СО1) // Энтомол. обозрение. 2011 (в печати).

Дурнова Н.А., Воронин М.Ю. Филогения некоторых фитофильных хирономид (Diptera, Chironomidae) по морфологическим признакам личинок // Энтомол. и паразитол. исследования в Поволжье. Саратов, 2010. Вып. 8. С. 14-20.

Кикнадзе И.И., Гундерина Л.И., Истомина А.Г., Гусев В.Д., Мирошниченко (Немы-тикова) Л.А. Реконструкция хромосомной эволюции в роде Chironomus Meig. (Diptera, Chironomidae) // Евразиатский энтомол. журн. 2004. Т. 3, № 4. С. 265-275.

Полуконова Н.В., Мюге Н.С., Дёмин А.Г., Воронин М.Ю. Сравнение морфологических и цитогенетических методов с молекулярно-генетическими при построении филогении комаров-звонцов (Chironomidae, Diptera) // Проблемы и перспективы общей энтомологии. Краснодар, 2007. С. 284-285.

Шобанов Н.А. Филогенетические отношения между видами Chironomus группы plumosus (Diptera, Chironomidae) // Зоол. журн. 2005. Т. 84, № 4. С. 448-454.

Шобанов Н.А., Зотов С.Д. Цитогенетические аспекты филогении рода Chironomus Meigen (Diptera, Chironomidae) // Энтомол. обозрение. 2001. Т. 53, № 1. C. 180-193.

Durnova N.A. Chromosome analysis of chironomids (Diptera: Chironomidae) - obligatory miners of freshwater sponges (Porifera) // Comparative Cytogenetics. 2009. Vol. 3, № 1. Р. 25-31.

PHYLOGENY OF SEVERAL PHYTOPHYLOUS CHIRONOMIDS (DIPTERA, CHIRONOMIDAE) BASED ON MORPHOLOGY SIGNS OF PUPAE

N.A. Durnova*, M.Yu. Voronin**

*Saratov State Medical University, **Saratov State University

Relative relationships are established for representatives of several genera of chironomid based on morphology signs of pupаe. First cluster included representative's five species from genus Glyptotendipes (G. glaucus, G. gripekoveni, G. barbipes, G. minutus sp.n., G. paripes). Second cluster included representative's from genera Phaenopsectra, Synendotendipes Xenochironomus and two species

from genus Glyptotendipes (G. imbecillis и G. mancunianus). In the second cluster the genus Xenochironomus is most distant from other genera. The species En-dochironomus tendens forms the separated branch in dendrogramme.

СТЕПЕНЬ ИЗУЧЕННОСТИ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ СЕМЕЙСТВА

МОЛЕЙ-ЧЕХЛОНОСОК (LEPIDOPTERA, COLEOPHORIDAE) НА БАЗЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В.В.Аникин, М.В. Кнушевицкая

Саратовский государственный университет

Молекулярные данные в систематике и филогении, как правило, служат для разрешения спорных вопросов о таксономическом ранге той или иной группы, о времени дивергенции, о взаимоотношениях тех или иных таксонов. Первые попытки восстановления филогении по молекулярным данным были предприняты ещё в начале XX века. Молекулярная филогения представляет собой изучение эволюционных связей между организмами методами молекулярной биологии. Молекулярные методы уже широко применялись для построения филогенетических деревьев для таких объектов, как пчелы, комары, осетровые, бурые водоросли, некоторые микроорганизмы.

Моли-чехлоноски (Coleophoridae) - группа, включающая около 1500 видов, принадлежащих к 70 родам (Аникин, 2010) (хотя западные лепидопте-рологи «признают» наличие всего 5 родов!), является одним из наибольших семейств гелехиоидного комплекса молевидных чешуекрылых. Семейство космополитично, его разнообразие наиболее широко представлено в Пале-арктике в её Азиатской части.

Представления о составе семейства молей-чехлоносок неоднократно изменялись в ходе изучения разнообразных морфологических черт этих бабочек. Но единой классификации не существует и по сей день. Хотя попытки разделения на роды, трибы и подсемейства осуществлялись неоднократно (Capuse, 1971, 1973; Фалькович, 1972, 1987), но затем отвергались другими специалистами (Sattler, Tremewan, 1974, 1978; Vives Moreno, 1988 et al.).

В дальнейшем в неё были привнесены некоторые дополнения согласно новым описанным таксонам М.И. Фальковичем (2003). Однако западные специалисты продолжают использовать прежнюю систему (Baldizzone et al., 2006 и др.) не «замечая» истинного положения дел с системой семейства на текущий момент. Кроме того, исследования ДНК представителей этого семейства показывает сильную детерминацию между группами видов, которые в свою очередь являются естественными родовыми таксонами выходящими за рамки «единого» рода Coleophora. Такие исследования проводились как в России (Ефимов и др., 2006), так и в Канаде (доклад Dr. J.-F. Landry & Vaz-rick Nazari на съезде лепидоптерологов в Берлине в сентябре 2007 г.).

В последнее время отмечались попытки объединить семейство Coleophoridae c Momphidae, Blastobasidae и Pterolonchidae (Hodges, 1998;

23