| Результаты этапа: В 2016 году были проведены комплексные исследования морфологии, таксономии и филогении голожаберных моллюсков семейства Dendronotidae. Также начаты работы по исследованию морфологии и таксономии видов семейства Flabellinidae. Собран и обработан обширный материал, включающий сборы из различных акваторий Дальнего Востока (Приморье, Камчатка, Курильские острова, Сахалин), а также арктических морей России (Белое, Баренцево и Карское моря). В ходе исследований была отработана методика молекулярно-филогенетического анализа видов семейства Dendronotidae, которая будет в дальнейшем использована для исследования других таксонов брюхоногих моллюсков. На основании комплексных морфологических и молекулярных данных выявлено высокое криптическое разнообразие в составе рода Dendronotus. Описан новый для науки вид Dendronotus dudkai Ekimova, Schepetov, Chichvarkhina, Chichvarkhin, 2016 и восстановлен валидный статус вида D. diversicolor Robilliard, 1970. Обнаружено два новых вида для фауны морей России: D. albus MacFarland, 1966 (Тихоокеанское побережье Камчатки) и D. patricki (Баренцево и Карское моря).
Существенно уточнены ареалы рядов видов семейства Dendronotidae. Для трех видов было подтверждено амфибореальное распространение, ранее неоднократно ставившееся под вопрос. Фауна Дальневосточных морей для данного семейства по результатам первого года проекта насчитывает 7 видов: D. albus, D. dalli, D. frondosus, D. dudkai, D. kalikal, D. kamchaticus, D. robustus.
Полученные данные по морфологии и онтогенетической изменчивости радулярного аппарата в совокупности с молекулярно-филогенетическими данными позволили предложить общую схему эволюционных преобразований радулы моллюсков семейства Dendronotidae и предложить вероятные пути дивергенции видов данной группы. Имеет место практически полное согласование между результатами молекулярно-филогенетических исследований и эволюционными моделями, построенными на основе изучения морфологии и онтогенеза радулы. В составе группы четко прослеживается тенденция перехода от неспециализированного питания путем соскребывания гидроидных полипов к активному хищничеству. Проведен филогенетический и филогеографический анализ видов семейства Dendronotidae с привлечением данных морфологии, экологии, современного распространения и молекулярных исследований. Полученные результаты свидетельствует о том, что базальная радиация основных филогенетических линий дендронотид, вероятно, происходила в северной части Тихого океана в миоцене. Поздняя радиация видов семейства Dendronotidae происходила в плиоцене, путем миграции через Берингов пролив в Арктику и далее в Северную Атлантику.
Начаты исследования голожаберных моллюсков семейства Flabellinidae. В рамках первого года проекта, получены сканирующие фотографии радулы и изучена морфология половой системы 10 видов семейства, включая 6 видов, обитающих в Дальневосточных морях России. Начат молекулярный анализ видов семейства.
По результатам работ, выполненных в рамках гранта: 1) выпущена статья в журнале, реферируемом в Web of Science и Scopus, 2) выпущена статья в журнале, реферируемом в Scopus 3) сделано 2 устных доклада на Международном Малакологическом Конгрессе, г. Пенанг, Малайзия, 18-24 июля 2016 г. (World Congress of Malacology, Penang, Malaysia), 4) подготовлена диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук (специальность 03.02.04 – зоология)
|
| Результаты этапа: ФИЛОГЕНИЯ И ФИЛОГЕОГРАФИЯ СЕМЕЙСТВА DENDRONOTIDAE
Семейство Dendronotidae является монофилетичным по результатам молекулярного анализа; все выделенные по результатам анализа видовых границ МОТ сформировали хорошо отграниченные монофилетические группы.
Полученные результаты, в совокупности с данными морфологии, экологии и распространения, позволили установить следующие закономерности:
1. Каждая из крупных группировок близкородственных видов характеризуется одним типом (или несколькими сходными типами) организации радулы (Рисунок 9).
2. В каждой крупной филогенетической группе, включающей несколько видов дендронотид со сходным типом радулы, можно выделить как виды, обитающие исключительно в Тихом океане (например, D. dalli, D. rufus, D. kalikal, D. venustus), так и виды, обладающие аркто-атлантическим или амфибореальным распространением (например, D. niveus, D. lacteus, Dendronotus sp. 1, D. europaeus, D. frondosus). Исключение составляет лишь группа видов «robustus», из которой только вид D. patricki распространен в Арктике и Тихом океане (D. robustus и D. velifer имеют подтвержденное аркто-атлантическое распространение).
3. Для некоторых видов характерна морфологическая конвергенция, связанная со сходным типом и объектом питания (D. diversicolor / D. albus) или со сходным местообитанием (мягкие илистые или илисто-песчаные грунты – D. albopunctatus, D. arcticus / D. robustus, D. velifer, D. patricki).
4. Виды семейства Dendronotidae происходят по-видимому из тропической зоны восточной части Тихого океана, о чем косвенно свидетельствует базальное положение тропических видов. Дальнейшее распространение видов и их дивергенция, вероятно, происходили в бореальных и арктических зонах Пацифики и Атлантики.
По совокупности указанных выше тенденций, нами было предположено, что ранняя дивергенция видов семейства Dendronotidae была обусловлена специализацией на различных объектах питания. В пользу этого свидетельствует тот факт, что каждая крупная клада близкородственных видов дендронотид характеризуется одним типом (или несколькими сходными типами) организации радулы. Имеет место практически полное согласование между результатами молекулярно-филогенетических исследований и эволюционными моделями, построенными на основе изучения морфологии и онтогенеза радулы. Выявлена филогенетическая линия эволюции радулы, от наиболее плезиоморфного состояния, характеризующегося сильно зазубренным центральным зубом и относительно равномерно зазубренными латеральными зубами со слабо выраженным концевым зубцом (D. frondosus, D. venustus), к наиболее апоморфному состоянию, характеризующемуся гладким центральным зубом и латеральными зубами с длинным концевым зубцом (D. dalli, D. niveus), связанная с переходом от питания путем соскребывания обрастания к специализированному хищному питанию гидроидами. Выявлено несколько филогенетических линий, в которых латеральные зубы утрачивают зубцы и приобретают ножевидную форму, что связано с переходом к хищному питанию цериантариями, сцифистомами и полихетами-овениидами. Виды группы «frondosus» по-видимому произошли путем прогенеза от более крупных представителей семейства – видов группы «albus» или «iris».
Сопоставление результатов молекулярно-филогенетического анализа и данных по современному распространению видов семейства свидетельствует в пользу того, что поздняя дивергенция дендронотид была обусловлена географическим распространением и изоляцией. Для установления предковых ареалов современных видов нами был проведен анализ реконструкции предкового ареала S-DIVA и DEC (Рисунок 10). По его результатам было выяснено, что общий предок современных бореальных и арктических видов Dendronotus, за исключением видов группы «robustus», c вероятностью 90% обладал северо-тихоокеанским распространением. Общий предок всех видов семейства с вероятностью 88% обладал тихоокеанским распространением (вероятно, индо-вест-пацифическим). Таким образом, результаты анализа говорят в пользу возникновения дендронотид в Тихом океане и последующей миграции в северную часть Тихого океана и далее – в Арктику и Северную Атлантику. Для оценки вероятного времени дивергенции, нами были откалиброваны молекулярные часы, с привязкой времени дивергенции тихоокеанских и аркто-атлантических и/или амфибореальных видов семейства по времени открытия и закрытия Берингова пролива (5.32 млн. л.н. и 3.5 млн. л.н.). Было предложено 9 калибровочных сценариев – по внутренним и внешним группам.
Обобщая данные морфологии, распространения, филогении и молекулярных часов, нами была предложена модель эволюции и расселения видов семейства Dendronotidae. Общий предок семейства возник около 30-20 млн. л.н. в Индо-вест-пацифическом центре разнообразия. В дальнейшем предки арктических и бореальных дендронотид мигрировали в северную часть Тихого океана, где в течение миоцена и раннего плиоцена происходила адаптивная радиация основных филогенетических линий по объектам питания. Этот период соответствует времени повышения продуктивности бореальных районов и возникновения шельфов Баренцева и Охотского морей, что способствовало интенсивному симпатрическому видообразованию (Рисунок 11).
Дальнейшая радиация видов семейства связана с последовательными циклами открытия и закрытия Берингова пролива на границе миоцена-плиоцена и в течение плиоцена. Во время потеплений представители отдельных филогенетических линий по-видимому мигрировали в Арктику через Берингов пролив, чему также способствовало северное направление течения в плиоцене. Циклы кратковременных закрытий пролива, вкупе с общим охлаждением Арктических вод и понижением уровня моря, вероятно обусловили распространение дендронотид, мигрировавших в Атлантику и Арктику, на юг и, тем самым, обеспечили разрыв общего ареала видов и географическую изоляцию. Понижение уровня моря, приводившее к закрытию Берингова пролива, зафиксировано в районе 4.0, 3.2 и 2.5 млн. л.н., что соответствует времени дивергенций Dendronotus sp. 1 / D. kalikal (4.08 млн. л.н.), D. europaeus / D. lacteus+D. rufus (3.14 млн. л.н.), D. primorjensis / D. frondosus (2.58 млн. л.н.). Наконец, современные амфибореальные виды (D. frondosus, D. kalikal, D. lacteus) мигрировали в Арктику и Атлантику в последнюю межледниковую эпоху.
По результатам данной работы была подготовлена статья, которая находится на рассмотрении в журнале Molecular Ecology.
ТАКСОНОМИЯ СЕМЕЙСТВА FLABELLINIDAE
1. Анализ морфологических признаков
Нами были проанализированы морфологические признаки 14 видов семейства Flabellinidae, 8 из которых обитают в Дальневосточных морях России. Сделан вывод о том, что признаки внешней морфологии, такие как форма тела, степень редукции нотума, особенности расположения церат и, в ряде случаев, окраска являются удобными признаками для видовой идентификации. Некоторые признаки внешней морфологии являются филогенетически значимыми. В первую очередь это – характер отхождения церат и морфология ринофоров. Так, виды рода Flabellina обладают цератами, собранными в пучки и отходящими от единого стебля, в то время как у морфологически близкого рода Coryphella, цераты располагаются рядами. Морфология ринофоров тоже является таксономически важным признаком. В пределах родов Flabellina и Coryphella ринофоры могут быть папилльчатыми, перволиированными или гладкими, в то время как у тропического рода Coryphellina они исключительно папилльчатые, а у филогенетически близкого бореального рода Edmundsella – гладкие.
Показано, что среди признаков внутреннего строения наиболее значимыми (характеризующиеся, с одной стороны, низкой степенью внутривидовой изменчивости, а с другой – высокой межвидовой изменчивостью) являются признаки радулы, челюстей и половой системы. Вместе с тем, они имеют также значительный филогенетический сигнал. Выделяемые нами рода семейства Flabellinidae характеризуются в первую очередь типом радулы. Виды рода Coryphella обладают достаточно узким центральным зубом с хорошо выраженным центральным зубцом и многочисленными зубчиками по обеим сторонам от него. Латеральные узкие или широкие, треугольные, с крупными зубчиками. Центральный зуб видов рода Chlamylla сходен с таковым у видов рода Coryphella, однако латеральные узкие, часто S-образно изогнуты, гладкие или с крайне мелкими зубчиками. Виды рода Coryphellina обладают центральным зубом с редуцированным центральным зубцом и широкими латеральными с крупными зубчиками. В то же время виды рода Flabellina характеризуются сходным центральным зубом (центральный зубец более выражен), однако латеральные зубы треугольные, с широким основанием, гладкие и сходны с латеральными зубами видов рода Eubranchus (Fionidae).
2. Новая система семейства
В 2017 году была опубликована работа (Korshunova et al., 2017), в которой полностью пересматривалась система традиционного семейства Flabellinidae. Оно было разделено на 8 семейств (Apataidae, Coryphellidae, Cumanotidae, Flabellinidae, Flabellinopsidae, Notaeolidiidae, Paracoryphellidae, Samlidae), в состав которых входит 25 родов и 85 видов. Однако в ходе выполнения данного проекта выяснилось, что выделение ряда новых для науки видов не подтверждено анализами молекулярного разделения видов, дистанции между ними и близкими видами крайне малы, а выделяемые морфологические различия (окраска, форма центрального зуба) могут быть следствием внутривидовой изменчивости.
Кроме того, «дробительская» система, предусматривающая выделение большого количества родов на основании молекулярно-филогенетических данных, привела к тому, что морфологически (и филогенетически!) близкие виды Coryphella nobilis и C. verrucosa оказались в разных родах – Borealea и Coryphella соответственно. При этом в состав этих родов входили, помимо указанных видов, только близкие виды, имеющие аллопатрическое происхождение.
По результатам обновленного молекулярно-филогенетического анализа (с добавлением, в том числе, новых таксонов) и исследований морфологии нами была предложена новая система семейства Flabellinidae. 4 семейства (Coryphellidae, Flabellinidae, Flabellinopsidae, Paracoryphellidae) из 8 были объединены в единое семейство Flabellinidae (Рисунок 12). В его составе выделено всего 6 родов: Coryphella, Flabellina, Coryphellina, Edmundsella, Chlamylla, Flabellinopsis. Наш анализ также подтвердил валидность выделения тропических представителей родa Samla в отдельное семейство Samlidae, а бореальных Apata – в семейство Apatidae. Рода Borealea, Himatina, Fjordia, Occidenthella, Orienthella, Microchlamylla, Itaxia, Gulenia ввиду их слабых морфологических апоморфий (например, диагнозы родов Fjordia, Gulenia и Himatina практически идентичны) и по результатам молекулярно-филогенетического анализа признаны младшими синонимами рода Coryphella, синапоморфии которого – расположенные рядами цераты и трисериальная радула с сильно зазубренными треугольными латеральными зубами и центральным зубом с мощным центральным зубцом (Рисунок 13). Рода Calmella, Caronella, Paraflabellina были объединены с родом Flabellina, синапоморфии: папиллы, собранные в пучки, латеральные зубы радулы треугольные, с широким основанием и выраженным концевым зубцом, гладкие или с редуцированными зубчиками (например, у ювенилей F. affinis). Ранг семейства Paracoryphellidae был понижен до родового, таким образом все его представители входят в единый род Chlamylla. Рода Coryphellina, Edmundsella, Flabellinopsis остались в прежнем составе.
3. Виды рода Coryphella, обитающие в дальневосточных морях
Основное разнообразие семейства Flabellinidae в Дальневосточных морях представляют виды рода Coryphella. Нами было зарегистрировано 6 видов рода: C. verrucosa, C. sanamyanae, C. trophina, C. athadona, C. cf. amabilis, и новый для науки вид Coryphella sp. 1. Все виды, кроме Coryphella sp. 1 имеют широкое распространение – от южного Приморья (Японское море) до Камчатки.
Ранее из Дальневосточных морей был описан новый вид Coryphella pseudoverrucosa Martynov, Korshunova et Sanamyan, 2015. Авторы данного вида отмечали, что он является видом-двойником атлантического вида Coryphella verrucosa, от которого «достоверно отличается более массивным срединным зубцом центрального зуба радулы, широким основанием латеральных зубов с оттянутым дистальным откростком»; «внешне C. pseudoverrucosa отличается от C. verrucosa сочетанием интенсивно красного пигмента в выростах пищеварительной железы в спинных папиллах и значительного числа белых пигментных точек на поверхности». Также было отмечено, что «в Арктике C. verruсosa достоверно отсутствует (Martynov, 2006), не распространяясь на восток далее Баренцева моря, что практически исключает обмен генами с тихоокеанской C. pseudoverrucosa» (Мартынов и др., 2015).
Нами был изучен обширный материал по виду Coryphella cf. pseudoverrucosa, собранный в Японском море, на побережье Сахалина, Курильских островах и на тихоокеанском побережье Камчатки. Для 18 особей C. cf. pseudoverrucosa и 13 особей C. verrucosa были получены молекулярно-генетические данные по гену COI. Построенная сеть гаплотипов, включающая, помимо нашего материала, последовательности C. verrucosa из местонахождения, близкого к типовому (Норвегия) и сиквенсы типового материала C. pseudoverrucosa, свидетельствует в пользу того, что они относятся к единому гетерогенному виду C. verrucosa (Рисунок 14). В его пределах можно выделить несколько популяций, при этом тихоокеанские особи (=C. cf. pseudoverrucosa) и атлантические особи (=C. verrucosa) формируют отдельные группы, между которыми есть всего 3 замены. Полученные результаты не исключают генетического обмена между атлантическими и тихоокеанскими популяциями (по крайней мере в ближайшем прошлом) и ясно свидетельствуют о генетической конспецифичности исследованных видов. При изучении морфологии было показано, что признаки радулы представителей тихоокеанских и атлантических популяций, указанные в качестве главного отличия видов C. verruscosa и C. pseudoverrucosa варьируют в широких пределах (Рисунок 15). То же касается и признаков окраски – в Белом и Баренцевом морях были собраны особи, обладающие ярко-красной окраской церат с большим количеством белых точек. Все эти данные свидетельствуют о необходимости сведения C. pseudoverrucosa в младшие синонимы C. verrucosa. Таким образом, C. verrucosa представляет собой широко распространенный амфибореальный вид. В дальнейшем планируется продолжить изучение его филогеографической структуры на основе большей выборки материала из Акртических морей и Северо-восточной Пацифики.
По результатам анализа видовых границ методами ABGD и GMYC, было также предположено, что тихоокеанский вид C. amabilis и атлантический C. gracilis являются одним гетерогенным видом. Дистанции между ними по гену CO1 достаточно небольшие (3-4%), по другим локусам (16S, 28S, H3) они идентичны. Морфологически особи этих видов также практически не отличаются. Вероятно, они представляют собой аллопатрические виды, сформировавшиеся во время последних циклов плейстоценовых оледенений. Для окончательного решения данного вопроса, необходима существенно большая выборка из арктических морей России и тихоокеанского побережья США и Канады.
Нами были получены генетические последовательности для вида Coryphella sanamyanae, описанного в 2017 году из вод Камчатки. Данный вид является сестринским видом атлантической C. nobilis, которой характеризуется практически идентичной внешней и внутренней морфологией. Впервые получены последовательности COI для C. sanamyanae и подтверждена его видовая самостоятельность (дистанции по гену CO1 более 8%). Этот вид широко распространен в дальневосточных морях – его особи были найдены в Японском море, на побережье Сахалина, Курильских островах и на тихоокеанском побережье Камчатки.
В акватории северных Курильских островов нами был обнаружен новый для науки вид рода Coryphella (в рамках отчета мы называем его Coryphella sp. 1). По результатам молекулярно-филогенетического анализа он попадает в гетерогенную группу корифелл, включающую атлантические виды из комплекса “Coryphella lineata” и C. trophina. Тем не менее, филогенетические отношения между ними не разрешены. От близкого вида C. trophina, также обитающего в Дальневосточных морях России, новый вид хорошо отличается по признакам радулы и внешней морфологии (Рисунок 16). Формальное таксономическое описание нового вида в настоящий момент готовится к публикации.
4. Новые виды семейства Flabellinidae, новые виды для фауны морей России
В ходе выполнения проекта, нами были получены морфологические и молекулярно-филогенетические данные не только для видов фауны дальневосточных морей. В частности, нами был исследован материал из российской Арктики (Белое, Баренцево, Карское море), в ходе чего был обнаружен и изучен новый вид для фауны морей России – Flabellina pellucida. Рукопись с описанием этой находки в настоящий момент готовится к подаче в международный журнал.
В рамках получения молекулярно-генетических последовательностей видов рода Coryphellina из Вьетнама, было обнаружено высокое криптическое разнообразие в пределах вида Coryphellina rubrolineata – выявлено 2 новых для науки вида, формальное таксономическое описание которых будет сделано в ходе дальнейшей работы.
|
