Видообразование и систематика грызунов (Rodentia: Sciuridae, Cricetidae, Muridae) по данным аллозимного анализа

M. rufocanus Sundervall, 1846. У красно-серой полевки островов Сахалин, Итуруп, Полонского, Хоккайдо (С. ruf. smithi Tomas, 1905), п-ова Камчатка и окрестностей г. Магадан (M. ruf. wosnessenskii Poliakov, 1881), так же как и у красной полевки, по большинству полиморфных локусов (Mor-2, Mod-1, Mod-2, Pgd, Gpd, Lap, Alb и Trf) во всех выборках присутствовал один и тот же основной аллель, а географическая изменчивость проявлялась в мозаичной локализации дополнительных аллелей. Два локуса показывают более высокий уровень географической изменчивости. По Es-4 обнаружена фиксация различных аллелей в островных популяциях. Mod-3 показывает отличие популяций Магадана и Камчатки от всех остальных. Значения несмещенных генетических дистанций 0,007-0,115 оказались «рамочными» и для внутривидовой генетической дифференциации M. rufocanus. Наиболее значимые различия обнаруживается между островными и пространственно удаленными от них (Магадан, Камчатка) популяциями.

Результаты аллозимного анализа согласуются с подвидовым разделением красно-серой полевки (по: Каталог…, 1981; Громов, Ербаева, 1995) в части объединения в единый подвид популяций северо-востока Азии, включая Камчатку, и выделения единого подвида для островных изолятов. Согласуется такое разделение и с результатами кариологического анализа (Воронцов и др., 1978). Еще одно подтверждение такому подразделению получено М. Ивасой и др. (Iwasa et al., 2000) при исследовании Sry гена, расположенного на Y хромосоме. По результатам секвенирования авторы сгруппировали дальневосточных красно-серых полевок в две формы - континентальную и островную (Сахалин - Хоккайдо).

Близость уровней внутривидовой генетической дифференциации красной и красно-серой полевок в рассматриваемых островных системах предполагает одновременность (в эволюционном смысле) заселения этими видами данного региона. Изолированное существование лесных полевок на островах в течение 7 тыс. лет (отделение Сахалина от материка) и 10 тыс. лет (Сахалина от Хоккайдо) не привело к статистически достоверному превышению величины аллозимной дифференциации популяций разных островов по сравнению с дифференциацией популяций различных частей о-ва Сахалин.

M. sikotanensis Tokuda, 1935 и M. rex Imaizumi, 1971. Шикотанская полевка, описана М. Токудой (1941) с о-ва Шикотан позднее сведена им же в синоним красно-серой полевки M. rufocanus bedfordiae, Tomas, 1905, а затем восстановлена с первоначальным названием M. sikotanensis (Бобринский и др., 1965). В.А. Костенко и Т.В. Алленова (1978, 1990) отнесли сахалинскую форму к номинальному подвиду M. s. sikotanensis Tokuda, 1935. Запутанность таксономических взаимоотношений sikotanensis - rufocanus усугубляется присутствием описанного с о-ва Риcири и обитающего на о-ве Хоккайдо M. rex. Imaizumi, 1971. Если К. Ота (Ota, 1954) прямо придерживается взглядов М. Токуды (Tokuda, 1941) и сводит M. sikotanensis в синоним к M. ruf. bedfordiae, то Абе (Abe, 1968, 1973, 1973a) говорит о двух формах красно-серой полевки: Д-форме M. sikotanensis и М-форме M. rufocanus, - указывая, что они образуют на о-ве Хоккайдо по морфологии и экологии отчетливые локальные вариации, и считает, что шикотанская полевка должна быть сведена в синоним к M. rex (Study …, 1984; Abe, 2000). M. rex представлен как самостоятельный вид в сводке Г. Корбета (Corbet, 1978), однако другие авторы (Aimi, 1980; Павлинов, Россолимо, 1987) рассматривают его в составе M. rufocanus. Филогенетические исследования вариаций ядерной (рибосомальной) и митохондриальной ДНК показали, что M. rex и M. rufocanus представляют собой независимые филетические линии, разошедшиеся в раннем плейстоцене (Wakana et al., 1996), а наблюдаемые различия позволяют рассматривать их в качестве сестринских видов.

Наши исследования (Фрисман и др., 2002) показали, что как M. rex, так и M. sikotanensis имеют фиксированные различия по двум локусам (Xdh, и Trf) с M. rufocanus и по 6 локусам (Trf, Idh (-1, -2), Aat-1, Mod-2, Es-1) с M. rutilus, т.е. ведут себя как единое целое по отношению к рассматриваемым видам. В то же время, эндемичные таксоны различались между собой намного более чем островные популяции каждого из этих фоновых видов. Эндемики не имеют ни одного общего аллеля лейцинаминопептидазы. Кроме того, из обнаруженных у них 5 полиморфных локусов у двух локусов основной аллель полиморфного таксона не выявлен у другого таксона. Для Mod-3 в выборках представлены различные основные аллели. Аллозимная UPGMA дендрограмма (рис. 4) отражает подразделенность «северной» и «южной» региональных групп популяций красной полевки и иллюстрирует видовой ранг различий M. rufocanus, M. sikotanensis и M. rex.

M. rutilus и M. rufocanus являются фоновыми экологически пластичными видами. На рассматриваемой части ареала они демонстрируют, как и Spermophilus parryi и Tamius sibiricus, достаточно распространенную картину геногеографической изменчивости популяций шельфовых островов, когда в последних представлены и наиболее широко распространены те же аллели полиморфных локусов, что и в близлежащих материковых. Несмотря на тысячи поколений раздельного существования явных показателей дифференциации между островными филетическими линиями не выявлено, хотя по отдельным локусам отмечается мозаичный характер распределения аллельных вариантов.

В свою очередь, ареалы M. sikotanensis и M. reх разбиты на изолированные участки, приуроченные к небольшим островам - Кунашир, Шикотан, Ришири, Дайкоку - либо к ограниченным участкам территории больших островов - Сахалин и Хоккайдо. Эти популяции более подвержены действию генетико-автоматических процессов, поэтому накопили значимые генетические различия. Наблюдаемый уровень различий отражает существование раздельных филетических линий, т.е. быструю эволюцию малых популяций.

Предлагается гипотеза последовательных волн миграций, по которой M. sikotanensis и M. rex являются потомками более ранней волны заселения островов. Существуют общие онтогенетические и морфологические характеристики зубов, по которым M. sikotanensis и M. rex выделяются среди остальных Myodes. К таким признакам относятся сроки формирования корневой системы зубов - родовая характеристика, подразделяющая Myodes и Eothenomys Miller, 1896. Как показано Е. Кавамурой (Kawamura, 1988), эволюция полевок Японского архипелага в период средний - поздний плейстоцен шла по пути утраты корнезубости. По данной характеристике эндемичные формы занимают промежуточное положение между современными Myodes и Eothonomys. У них корневая система зубов формируется на поздних стадиях онтогенеза. Возможно, что на примере M.sicotanensis и M.rex мы наблюдаем промежуточную стадию подобного эволюционного процесса у первой волны мигрантов Myodes, тогда как у M. rutilus и

M. rufocanus, заселивших острова в более позднее время, данные эволюционные изменения не обнаруживаются.

Далее в главе проводится сопоставление данных по внутривидовой аллозимной дифференциации М. rutilus, М. rufocanus, M. oeconomus. Минимальный уровень различий характеризует популяции одного и того же острова полевки-экономки. Дифференциация популяций лесных полевок северныхи южных частей о-ва Сахалин несколько выше, а для красной полевки, судя по несмещенным генетическим дистанциям, статистически достоверно выше. У всех видов дифференциация между островными изолятами слегка превышает различия популяций одного острова. Эти превышения достоверны для полевки-экономки, где рассматривались выборки животных из трех бухт о-ва Симушир. Превышения не достоверны для фоновых видов лесных полевок, где рассматриваются популяции о-ва Сахалин. Дифференциация островных изолятов красной и красно-серой полевок несколько выше, чем у полевки-экономки. Эти различия для красной полевки статистически достоверны. Более значимые генетические дистанции характеризуют подвидовой уровень, представленный, с одной стороны, островными выборками, а с другой, пространственно удаленными - материковыми. То есть, как и у большинства материковых видов, в том числе и рассматриваемых в разделе 1 Spermophilus, обнаруживается параллелизм в накоплении морфологических и аллозимных различий в процессе дифференциации. Однако картина может меняться, когда в эволюционный процесс вклинивается хромосомный фактор. Именно такая ситуация рассматривается в следующем разделе диссертации.

Раздел 3. Глава 9. АЛЛОЗИМНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ РОЛИ ХРОМОСОМНОГО ФАКТОРА В ЭВОЛЮЦИОННОЙ ИСТОРИИ ТАКСОНА (НА ПРИМЕРЕ ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫХ СЕРЫХ ПОЛЕВОК РОДА MICROTUS Schrank, 1798

Градуалистический тип видообразования предполагает постепенный процесс накопления морфологических, кариологических, молекулярно-генетических поведенческих и других различий, в том числе и по признакам, обеспечивающим репродуктивную изоляцию. На генетическом уровне хорошей иллюстрацией такого процесса являются результаты аллозимных исследований, показывающие увеличение уровня генетической дифференциации от внутривидового к межвидовому уровню. Именно такой тип видообразования широко представлен в рассматриваемых выше Spermophilus и Myodes. В середине прошлого века было предложено понятие внезапного (стасипатрического) или хромосомного видообразования (Воронцов, 1960; White, 1968). Стремительность начальных этапов хромосомного видообразования не предполагает заметных различий других генетических, в том числе аллозимных, характеристик. Накопление значимых аллозимных различий при хромосомном видообразовании может возникать лишь в случае длительного самостоятельного существования разошедшихся форм. Иными словами, соотношение кариологической и аллозимной дифференциации может служить характеристикой эволюционного пути группы. И действительно, среди различающихся хромосомными характеристиками видов-двойников известны пары с минимальными величинами молекулярно-генетических (аллозимных) различий (Фрисман, Павленко, 1987), что соответствует представлению об их недавнем (в эволюционном смысле) возникновении. Однако ситуация неоднозначна, т.к. известны кариотипически различающиеся виды-двойники, обладающие при этом достаточно высоким уровнем молекулярно-генетических различий, что не отрицает их возникновения за счет преобразований кариотипа, но отодвигает в отдаленное прошлое факт его осуществления. Зачастую кариотипические различия обнаруживаются между аллопатрическими таксонами. Если они сопровождаются даже небольшим уровнем различий по другим признакам, то невозможно определить первичность влияния хромосомного либо географического факторов. Так, кариотипические отличия Spermophilus odessanus от S. suslicus, а S. pallidicauda от S. brevicauda могут быть как причиной, так и следствием процесса видообразования, как и обнаруженные нами и описанные в разделе 1 их аллозимные различия.

Тем не менее хромосомное видообразование (по меньшей мере, его начальные этапы) предполагает несостоятельность или недостаточность морфологических характеристик для видовой диагностики и высокую продуктивность методов сравнительной кариологии. Именно такая ситуация наблюдается среди видов серых полевок подрода Microtus. Начиная со второй половины прошлого столетия, на основании кариологических данных в пределах подрода был описан ряд новых видов крайне слабо различающихся морфологически. В составе надвида

M. arvalis Pallas, 1778 обнаружены хромосомно дифференцированные виды-двойники (Мейер и др., 1969) M. arvalis sensu stricto (2n=46) и симпатричный ему на значительной части ареала

M. rossiaemeridionalis Ognev, 1924 (=M. epiroticus Ongrias, 1966; = M. subarvalis Mejer, Orlov, Skholl, 1972 (2n=54)). С территории Муйской котловины в Северном Забайкалье описана муйская полевка (2n=38; NF^a=46-50) - M. mujanensis Orlov et Kowalska, 1975 (Орлов, Ковальская, 1978). Из окрестностей озера Эворон в Хабаровском крае описана эворонская полевка (2n=38-40; NF^a=51-54) - M. evoronensis Kowalska et Sokolov, 1980 (Ковальская, Соколов, 1980). Лишь опираясь на кариологические данные, удалось поставить точку в дискуссии о видовой обособленности дальневосточной (2n=52; NF^a=62) M. fortis Buchner, 1889 и сахалинской (2n=50; NF^a=60) M. sachalinensis Vasin, 1955 полевок (Мейер, Волобуев, 1974) и о видовой самостоятельности полевки Максимовича (2n=36-44; NF^a=50-60) - M. maximowiсzii Schrenk, 1893. (Ковальская, 1974; Ковальская, 1977; Ковальская и др.,1980; Мейер и др., 1996).

В данной главе на основе сопоставления внутри- и межвидовой аллозимной дифференциации оценивается роль хромосомного фактора в эволюционной истории кариотипически дифференцированных дальневосточных серых полевок.

M. maximowiczii. Полевка Максимовича обитает в припойменных лугах лесной зоны от Забайкалья до Приамурья и северных районов Хабаровского края. Заселяет районы северной Монголии и Северо-Восточного Китая. Данная территория представляет собой область сложной геоморфологической структуры, где ареал вида представляет собой кружевную структуру, включающую серии изолятов и полуизолятов. На российской части ареала выделяются три подвида. В Забайкалье описан M. m. ungurensis Kastschenko, 1913, на территории Амурской обл. и Хабаровского края - M. m. maximowiсzii. M. m. gromovi Vorontsov, Boeskorov, Ljapunova et Revin, 1988 в настоящее время известен выборками из двух географических точек.

Кариотипически высокополиморфная полевка Максимовича оказалась достаточно полиморфной и на аллозимном уровне. В выборках M. m. ungurensis и M. m. maximowiсzii полиморфны следующие 12 (из 23) локусов: Aat-1, Sod-1, Pgd, Mod-2, Idh-1, Gpd, G6pd, Pgm, Sdh, Alb, Hb и Trf. В выборках M. m. ungurensis центральных («Унгудун») и южных («Кыра») районов Забайкалья, с почти не перекрывающимися значениями 2n, распределение аллелей большинства локусов сходны. Также сходны между собой и распределения аллелей полиморфных локусов в популяциях из двух рассматриваемых географических районов Приамурья (M. m. maximowiсzii). Пространственно разобщенные M. m. ungurensis и M. m. maximowiczii различаются более весомо. Максимальные различия в этом случае обозначены сменой основного аллеля.

Аллозимные различия, обнаруженные между M. m. gromovi и остальными подвидами M. maximowiсzii, наиболее значимы и касаются трех маркеров. По Mod-2 и Gpd нет общих аллелей у M. m. gromovi и остальных M. maximowiсzii. Третьим высоко различающимся белком является гемоглобин. Электрофоретический фенотип гемоглобина M. m. gromovi обнаружен только у 2 из 82 экземпляров остальных M maximowiсzii.

Уровень внутриподвидовой дифференциации M. maximowiczii (табл. 2) сопоставим с уровнем дифференциации внутри M. fortis pelliceus Tomas, 1911 и рассмотренных ранее (глава 7) изолятов M. oeconomus kamtschaticus десяти островов Курильской гряды и п-ова Камчатка. Дивергенция подвидов M. m. ungurensis - M. m. maximowiсzii несколько выше и вписывается в размах значений генетических дистанций между M. o. koreni с M. o. kamtschaticus.

M. oeconomus, M. fortis, M. sachalinensis, M. maximowiczii. Эти виды, наряду с хромосомной, характеризует значимый уровень межвидовой аллозимной дифференциации. Для всех сравниваемых пар видов обнаруживаются локусы, не имеющие общих аллелей. Минимальный набор диагностических локусов (только Trf) обнаружен при сравнении M. fortis с M. maximowiczii. Наибольший набор - 5 локусов - обнаружен для островного M. sachalinensis при его сравнении с M. fortis и M. m. gromovi (Фрисман, Коробицына, 2004).

Таблица 2. Аллозимная дифференциация дальневосточных Microtus

Эти данные не предполагают внезапного хромосомного видообразования, инициированного в недалеком прошлом. Весьма малая внутривидовая аллозимная дифференциация, при существующем хиатусе между малыми внутривидовыми и значительными межвидовыми дистанциями, позволяет предположить следующее. Если хромосомные перестройки и были «пусковым механизмом» процесса видообразования в данной группе видов, то событие это столь давнее, что за истекший период успели накопиться аллозимные различия, либо хромосомная дифференциация является не причиной, а следствием (как и аллозимные различия) процесса видообразования. Полученный вывод можно применить и к эволюционной истории видов-двойников M. arvalis - M. rossiaemeridionalis, где межвидовые аллозимные различия также в значительной степени превышают внутривидовые.

Хромосомно-полиморфные M. maximowiсzii, M. evoronensis, M. mujanensis. Кариотипическая вариабельность M. mujanensis и M. evoronensis, обитающих по периферии ареала M. maximowiсzii, практически полностью вписывается в пределы изменчивости хромосомных характеристик последнего, однако видовая обособленность всех трех подтверждена результатами экспериментальной гибридизации (Мейер и др., 1996). Появление M. mujanensis и M. evoronensis, близких полевке Максимовича, могло быть связано с возникновением в краевых популяциях последней хромосомных перестроек, которые изначально играли роль частичной репродуктивной изоляции, но в дальнейшем, оказавшись в условиях территориальной обособленности, закрепились в популяции и привели к формированию новых видов. Если такой сценарий имел место, то, скорее всего, возраст события должен быть сравнительно небольшим. В пользу этого свидетельствуют морфологическое сходство видов, способность смешанных пар давать потомство в F₁ (хоть и стерильное) (Мейер и др., 1996), диапазон изменчивости 2n "молодых" M. mujanensis и M. evoronensis, укладывающийся в таковой M. maximowiczii. Уровень межвидовой аллозимной дифференциации хромосомно-полиморфных M. maximowiczii, M. evoronensis, M. mujanensis, эквивалентный уровню внутривидовой дифференциации (табл. 2), не предполагает длительного самостоятельного существования эволюционных линий каждого из этих видов, что, в свою очередь, позволяет рассматривать хромосомные перестройки в качестве пускового механизма их видообразования.

M. maximowiсzii gromovi. Аллозимное исследование M. m. gromovi показывает обособленность генофонда данного таксона от остальных M. maximowiczii по 2-5 локусам. Генетические дистанции между M. m. gromovi и остальными подвидами M. maximowiczii сопоставимы с дистанциями межвидового уровня (табл. 2). Расстояние между точками, откуда известен M. m. gromovi, по прямой составляет приблизительно 800-1000 км. Помимо расстояния эти точки разделены хребтом Джуг-Джур и системой хребтов Алданского нагорья. Необычная для крайне полиморфного вида M. maximowiczii кариотипическая стабильность полевки Громова из двух удаленных (или изолированных) точек служит дополнительным фактором, подтверждающим ее таксономическую обособленность. Отличие полевки окрестностей пос. Аян от остальных M. maximowiczii показано и при исследовании D петли мт ДНК (Haring et al., 2005). Иными словами, отличие полевки Громова от остальных M. maximowiczii обнаруживается на всех привлеченных для исследования уровнях (морфотипы, кариология, исследование белкового полиморфизма и признаков митохондриального генома), что, несомненно, предполагает необходимость повышения ее статуса до видового.

Раздел 4. БЕЛКОВЫЙ ПОЛИМОРФИЗМ ДОМОВОЙ МЫШИ Mus musculus Linnaeus, 1758: ЭВОЛЮЦИЯ, ЦЕНТРЫ РАССЕЛЕНИЯ, СИСТЕМАТИКА.

Род Mus выделяется среди грызунов обширным географическим и широким биотопическим распространением. Виды этого рода заселяют территорию Африки и Евразии, где они представлены во всех основных типах сред обитания - от тропических лесов до открытых пространств. Особое место занимает домовая мышь Mus musculus Linneus, 1758 - единственный представитель отряда грызунов, имеющий современное всесветное распространение. На основе сравнительного морфологического анализа животных различных регионов земного шара Э. и Г. Шварцы (1943) пришли к выводу, что домовая мышь - это единый политипический вид. Эти исследователи обратили внимание на тот факт, что домовые мыши различаются между собой по уровню их зависимости от человека. Если одни (дикие или аборигенные формы) обычны в природных биотопах, независимы от человека и лишь иногда проникают в его жилища, то другие (синантропные формы) связывают свое существование с человеком, обитают в его постройках и лишь иногда, при благоприятных условиях, выселяются в природные биотопы. Всех домовых мышей Э. и Г. Шварцы разделили на 4 группы. В каждую группу входят один дикий подвид и ряд синантропных, которые возникли в результате перехода данного дикого подвида к синантропизму.

Среди аборигенных подвидов М. m. spretus Lataste, 1883 известен только в «диком» состоянии, тогда как оставшиеся три, по представлениям Э. и Г. Шварцев, оказались родоначальниками синантропных форм. От М. m. spicilegus Petenyi, 1882 произошел М. т. musculus. От М. m. wagneri Eversmann, 1848 произошли две группы синантропов: восточная, включающая М. т. bactrianus, Blyth, 1846, М. m. castaneus Waterhouse, 1843, и западная (М. m. praetextus Brants, 1827, М. m. brevirostris Waterhouse, 1837, М. m. domesticus Rutty, 1772). Позже

М. m. domesticus и М. m. brevirostris были завезены в Северную и Южную Америку, а М. m. domesticus, кроме того, - в Австралию и Тасманию. От М. m. manchu Thomas, 1809 произошла М. m. molоssinus Temminck, 1845, заселившая Корею, Японию и Курилы. Эта номенклатура домовых мышей и система взглядов на расселение были общепризнанными до обнаружения белкового полиморфизма и разработки методов его исследования.

Глава 10. БИОХИМИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ДОМОВОЙ МЫШИ ЕВРОПЫ

Домовая мышь была одним из первых объектов, привлеченных для анализа биохимической изменчивости в природных популяциях. Исследование, выполненное для обитателей регионов Северной Америки (Selander, Yang, 1969), обнаружило высокий уровень белкового полиморфизма. Была выявлена демовая структура популяций, создающая значительные различия в частотах аллелей на микрогеографическом и отсутствие значимых различий на макрогеографическом уровнях. Затем пик интересов передвинулся в Европу, где к тому времени уже была известна гибридная зона морфологически высоко различающихся подвидов М. m. musculus и М. m. domesticus (Ursin, 1952). Оказалось, что эти подвиды различаются не только морфологически, но и качественным составом аллелей по 6 локусам. Данное открытие стимулировало поток работ по аллозимной идентификации европейских аборигенных и синантропных форм, обзор которых представлен в главе. В результате этих работ обнаружилось, что на территории Европы обитают 3 аборигенных вида домовых мышей: парапатрические виды-двойники М. spicilegus, M. maсedonicus Petrov and Rusic, 1983 и аллопатрический им М. spretus. Синантропные подвиды по уровню генетической дифференциации подразделяются на 2 группы. Различия между М. m. domesticus и М. m. brevirostris Западной Европы, а также Северной Америки имеют частотный характер, т.е. не превышают подвидового уровня. Другую группу представляет М. m. musculus. Учитывая достаточно значительные различия между этими группами и тот факт, что, несмотря на существование зоны гибридизации, не произошло перемешивания их генных пулов, исследователи пришли к выводу, что биохимические формы musculus и domesticus более правильно рассматривать в качестве полувидов, а не подвидов (Hunt, Selander, 1973; Bonhomme et al., 1983).

Данные анализа белков противоречат предположению Шварцев о происхождении М. m. musculus в результате развития способности к синантропному образу жизни у М. m. spicilegus.

М. m. musculus и М. spicilegus имеют раздельные генофонды. В то же время синантропные М. m. musculus и М. m. domesticus хотя и различаются достаточно сильно, репродуктивно не изолированы. Стало понятно, что предка формы musculus следует искать там же, где и родоначальника формы domesticus, т.е. в азиатской части континента. Это исследование было начато Ф. Бономом с соавторами (Bonhomme et al., 1984), которые провели биохимическое картирование 8 форм домовых мышей Евразии - 3 аборигенных (spretus из Испании, macedonicus из Греции, spicilegus из Румынии) и 5 синантропных: musculus из Румынии, domesticus из Израиля, bactrianus из Афганистана, castaneus из Индонезии, molossinus из Японии. Были выявлены разделяющие аллозимные маркеры и обозначены 5 биохимических групп евразийских синантропных домовых мышей: Mus1 ? domesticus, Mus2A ? musculus, Mus2B ? mollosinus, Mus2C ? castaneus, Mus5 ? bactrianus. Отсутствие четких критериев для выделения таксонов азиатских домовых мышей, а также ясного представления о таксономической весомости предлагаемых маркеров оправдало обращение к понятию «биохимическая группа». Тем не менее обнаруженные дискриминирующие аллозимные маркеры определяли направление дальнейших исследований. Однако в этой работе рассматривались лишь представители западных и крайних восточных районов Евразии. Вся остальная территория Евразии являлась белым пятном на карте распространения и систематики подрода Mus.

Нашей задачей был анализ аллозимной изменчивости домовых мышей территории России и прилежащих стран для проведения ревизии систематики и рассмотрения истории расселения синантропных форм.

Глава 11. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ДОМОВОЙ МЫШИ ТЕРРИТОРИИ БЫВШЕГО СССР

Районы круглогодичного обитания домовой мыши в природных биотопах России и прилежащих стран приурочены к южным и отчасти умеренным районам восточной Европы, Кавказу и Закавказью, республикам Средней Азии, Казахстану, южным районам Сибири (Прилуцкая, 1989). Именно здесь можно было надеяться обнаружить несколько видов Mus.

В начале главы приводятся результаты аллозимного исследования домовых мышей Молдавии. Обнаружено, что для идентификации синантропных и курганчиковых мышей этой территории перспективно рассматривать 6 белковых локусов: Es-D (арилэстераза), Idh-1, Sod-1, Es-1, Es-2 и Es-4 (Фрисман и др., 1989). Последние 5 описаны в качестве диагностических для разделения M. musculus и M. spicilegus Румынии (Bonhomme et al., 1984). Учитывая географическую и фаунистическую близость Молдавии и Румынии, мы предположили, что основные аллели белков M. musculus Молдавии идентичны обнаруженным Ф. Бономом с соавторами у Mus2A Румынии, а основные аллели белков курганчиковой мыши Молдавии идентичны таковым M. spicilegus Румынии. Таким образом обнаруженные маркерные белки позволили нам идентифицировать Mus территории бывшего СССР (Frisman et al., 1990).

Сравнительный анализ белков у зверьков из 113 пунктов от Молдавии и Эстонии до Дальнего Востока России показал, что среди 26 рассматриваемых локусов изменчивы 18: Idh-1, Sod-1, Aat-1, Pgd, Ldh-1, Ldh-2, Mod, Mor-1, Mor-2, Pgd, Hbb, Sdh, G6pd, Es-1, Es-2, Alb, Trf, Es-D.

Исследованные нами животные Украины, Эстонии, Московской обл., Нижнего Поволжья и Калмыкии оказались Mus2A - musculus.

Географическое положение и история миграций человека предполагают существование на территории Кавказа и Закавказья нескольких форм домовых мышей, как аборигенных, так и синантропных. Хотя в нашем распоряжении было только 5 малочисленных выборок из этого региона, даже этот материал подтверждает присутствие здесь представителей нескольких биохимических групп и таксономических форм домовой мыши. Спектр вариантов диагностических белков (Idh-1-a, Sod-1-a, Est-l-b и Alb-c) указывает на то, что белобрюхие и относительно короткохвостые мыши относятся к M. macedonicus. Выборки Северного Кавказа (г. Грозный) и п-ова Апшерон принадлежали Mus2А-musculus. Крупные, дымчатосерые длиннохвостые мыши имели маркерные варианты, типичные и для Mus1 (Idh-l-a, Est-l-b), и для Mus2А (ldh-1-b, Sod-1-b, Hbb-p), т.е. являлись гибридами этих двух форм. Присутствие характеристик domesticus и musculus в Закавказье показано и при исследовании мтДНК (Prager et al., 1996).

Неопределенность в описании таксономии домовых мышей стран Средней Азии обусловлена тем, что с севера сюда подходит ареал синантропного Mus2A - musculus, с юга -

Mus5 - bactrianus. С юго-запада, из-за Каспийского моря, подходит ареал аборигенного Mus macedonicus (Orsini el al., 1983). Большая часть исследованных нами выборок этого региона была за десятки километров от человеческого жилья. Однако, судя по вариантам маркерных белков, таким как Idh-1-b, Sod-I-a, Aat-I-a и Hbb-p, все животные принадлежат Mus 2А-musculus.

В некоторые районы юга Сибири заходят северные границы ареалов ряда видов монгольской фауны. В рассматриваемых выборках мышей севера Убсу-Нурской котловины (Тува) юга Бурятии и юга Читинской обл. спектр большинства маркеров, например, таких как Hbb, Es-2, Es-D, не отличался от типичных Mus2A ? musculus территории бывшего СССР. Однако здесь были обнаружены Idh-1-b совместно с Idh-1-a, Sod-I-b совместно с Sod-I-a, вместе с Es-I-a появляется Est-I-b. Все эти варианты существуют как в гомозиготных, так и в гетерозиготных фенотипах. Несмотря на значительную морфологическую обособленность (Аргиропуло, 1940) и кариологическое своеобразие (Коробицына и др., 1990) M. m. raddei Kastschenko, 1910 не изолирован репродуктивно от своих северных соседей: Idh-1-a и Sod-I-а были обнаружены и в выборке из окрестностей г. Кызыл, которую по морфологическим характеристикам можно отнести к M. m. musculus.

Сопоставляя спектры вариантов маркерных белков у домовой мыши юга Дальнего Востока России с данными по встречаемости таких вариантов у Mus2А и у мышей юго-восточной Азии (Minezawa et al., 1980; Bonchomme et al., 1989), мы обнаружили в приморских популяциях маркеры как musculus, так и castaneus (Фрисман, Коробицына, 1990). У приморской домовой мыши обнаруживаются некоторые биохимические черты, общие с обитателями южно-сибирских степей.

Итак, анализ распространения аллозимных вариантов показал, что на территории России и прилежащих стран, в местах круглогодичного существования домовой мыши в природных биотопах, симпатрическое обитание одного из аборигенных (M. spicilegis либо M. macedonicus) и синантропного (M. musculus) видов домовых мышей обнаруживается лишь в западном регионе. М. spicilegus - в Молдавии и на Украине (Межжерин, 1988). Закавказье является северо-восточной оконечностью ареала M. macedonicus, точки отлова которого приурочены к долинам средних течений рек Аракс, Кура, Алазани (Милишников и др., 1989; Фрисман и др, 1990; Межжерин и др., 1994).

На всей территории бывшего СССР распространены мыши биохимической формы Mus2А-musculus. Однако на генотипическую структуру ее популяций значимое влияние оказывают обитатели более южных регионов Азии.

Геногеографическая изменчивость, центр происхождения и пути расселения. Сбор материала и его анализ осуществлялся нами с 1984 по 2000 г. Это не позволило провести идентификацию редких вариантов некоторых интересных маркеров, например эстераз, в выборках отдаленных лет. Для Idh-1, Sod-1, Aat-1 и гемоглобина (Hbb) оказалось возможным объединить данные всего периода исследования и рассмотреть геногеографию маркерных белков в популяциях Mus musculus территории бывшего СССР. Определение нуклеотидной последовательности b1 и b2 генов для каждого из электрофоретических вариантов гемоглобина (Ueda et al., 1999; Moriwaki et al., 2003) показало, что электрофоретический фенотип Hbb отражает результат взаимодействия соседних локусов b1 и b2 гаплотипа гемоглобина. Исследование географического распределения электрофоретических фенотипов гемоглобинов позволяет рассмотреть геногеографию каждого из этих локусов, а также географическое распространение исходных и рекомбинантного гаплотипов гемоглобина.

В главе приводится подробное описание геногеографии каждого из локусов для территории России и прилежащих стран. Привлечение литературных источников позволило рассмотреть геногеографию этих маркеров ядерного генома для надвида M. musculus по всей Евразии. Как известно, локус, контролирующий Idh-1, размещен на 1-й, гемоглобиновый гаплотип на 7-й (ICLAS Manual., 1984), Aat-1 на 10-й (Сreagan et al., 1973), а Sod-1 на 16-й (Francke and Taggart, 1979) хромосомах. Если геногеография каждого из локусов дает возможность представить эволюционную историю с позиций отдельного гена, то исследование всех пяти создает новое качество, благодаря которому можно рассмотреть эволюцию вида и его таксономическое подразделение. Объединенная геногеография 5 локусов позволяет выделить 4 географические группы популяций, различающиеся составом основных аллелей либо дополнительных аллелей. Синантропных домовых мышей западной Европы (Mus1) выделяет мономорфизм по Sod-1-а, двухвариантный набор гаплотипов гемоглобина (Нbb-s совместно с Нbb-d), преобладание частоты Idh-1-а на юге или мономорфизм этого аллеля на севере. Выделение обитателей юго-восточной части Евразии (Mus2C) определяет трехаллельный (a, b, c) полиморфизм Idh-1, двухаллельный полиморфизм Aat-1, Sod-1-а.. Мономорфизм по Sod-1-b, мономорфизм большинства популяций по Idh-1-b с появлением Idh-1-а в некоторых восточных популяциях характеризуют обитателей восточной Европы, центральной и северной Азии (Mus2A). Однако Mus2A, судя по географическому распространению исходных (Hbb-d либо Hbb-w1) и рекомбинантного (Hbb-р) гаплотипов, подразделяются на северную и центрально-азиатскую географические группы.

Анализ литературных данных о встречаемости аллельных вариантов у домовой мыши западных и крайних восточных районов Евразии (Bonhomme et al., 1984), восточных и центральных районов Азии (Minezawa et al., 1980) и собственные данные позволили предположить существование единого центра расселения синантропных форм, локализованного в районах Южной Азии (Фрисман, 1988). Рецентная фауна данного региона характеризуется наибольшим (в пределах Евразии) количеством видов рода Mus (Соколов, 1977; Ellerman, Morrison-Scott, 1951). Согласно предложенному Н.И. Вавиловым (1967) дифференциальному систематико-географическому методу определения центров формообразования, прежде всего именно здесь, нужно искать центр происхождения этого рода. Подтверждается такой вывод и палеонтологическими находками. Наиболее древние костные останки представителей рода Mus (Mus actor) известны из местонахождения Сиволак в Пакистане - возраст 7 млн лет, тогда как древнейшие находки Mus s. lat. в Африке имеют существенно меньший возраст: 2,5 млн. лет на северной части континента и 3 млн лет на территории южнее Сахары (Jakobs, 1985).

Результаты аллозимного исследования домовой мыши южной части континента (Din et al., 1996; Awasthi et al, 1998) показали экстремальную полиморфность популяций северной Индии. Здесь присутствуют как все аллели, характеризующие популяции различающихся частей Евразии, так и уникальные аллели, что позволяет с достаточной долей уверенности рассматривать предгорья Гималаев в качестве исходной точки расселения домовой мыши. Аналогичные данные обнаружены при исследовании мтДНК (Boursot et al., 1996). То есть, анализ географической изменчивости маркеров как ядерного, так и митохондриального геномов подтверждает нашу гипотезу (Фрисман, 1988) об общем центре происхождения синантропных форм, ограничивая его размеры предгорьями Гималаев.

Расселение домовых мышей из центра происхождения, по-видимому, осуществлялось по нескольким направлениям (рис. 5). Направление движения на запад, через Переднюю Азию в Африку и в Западную Европу, привело к формированию domesticus. На восток и ближайшие островные системы проникли предки castaneus. Географическое распределение гаплотипов гемоглобина позволяет предположить, что двигающаяся на север филетическая линия, формирующая musculus, по-видимому, на каком-то этапе разделилась на центральноазиатскую, где произошла гомозиготизация по w1 гаплотипу, и северную, изначально мономорфную по d гаплотипу. Последняя могла продвинуться до южных районов восточной Европы, где переживала неблагоприятные периоды в рефугиумах в составе местных фаун.

Большая часть территории России (северо-восток европейской России, практически вся Сибирь, Дальний Восток) непригодна для круглогодичного обитания домовой мыши в природных условиях, и по данной территории она расселилась вместе с человеком. Отсутствие корреляции между географическим расстоянием районов обитания и генетическими дистанциями аллозимных характеристик является отличительной характеристикой musculus российской территории (Frisman et al., 2003). Несомненно, на генетическое сходство пространственно разобщенных популяций оказывают влияние современные многосторонние миграционные потоки домовой мыши по всевозможным транспортным артериям, связывающим различные регионы российской территории. Однако с нашей точки зрения, более всего это сходство определяется быстрой экспансией с запада на восток по обширной территории, протянувшейся до Тихоокеанского побережья Азии.

Гибридные зоны. Обнаруженная картина геногеографической изменчивости предполагает достаточно длительный период самостоятельного существования каждой из четырех групп подвидов (domesticus, castaneus, musculus Внутренней Азии и musculus территории Восточной Европы и российской Азии) и при этом показывает, что они не изолированы друг от друга репродуктивно, а создают на стыке ареалов гибридные зоны различающейся ширины.

Рис.5. Схема расселения домовой мыши по территории Евразии.

Обозначения: d- domesticus; c - castaneus; m - musculus; - зоны гибридизации

Большой гибридной зоной musculus и castaneus является ареал M. m. mollosimus японского архипелага. На территории Дальнего Востока России аллозимные маркеры castaneus совместно с маркерами musculus обнаружены не только в Приморском крае, а также в популяциях более северных крупных портовых городов Тихоокеанского побережья России: Южно-Сахалинск, Магадан, Петропавловск-Камчатский. Находки Idh-1-с в популяциях Приморья, юга о-ва Сахалин, юга п-ова Камчатка, г. Магадан и отсутствие этого варианта в глубинных материковых популяциях северной Азии указывают на то, что по территории России castaneus продвигалась на север вдоль Тихоокеанского побережья. Это направление прослеживается и по полиморфизму сверхвариабельного отрезка Д петли мтДНК. Из наших сборов 1996-2000 гг. случайным образом было отобрано 178 образцов из 21 локальности на территории России. В этих выборках мыши с castaneus-типом мтДНК оказались распространены только на территории Дальнего Востока и не были обнаружены в иных регионах России и в Казахстане (Yonekawa et al., 2003).

Географическое распределение гаплотипов гемоглобина показывает существование гибридной зоны между центрально-азиатской musculus и castaneus юго-восточного Китая в районе реки Янцзы. Гибридная зона musculus и castaneus, локализованная в окрестностях р. Янцзы, выявляется и на основе морфологических признаков (Marshall, 1998).

Гибридными оказались популяции домовой мыши юга Сибири. Более того, картина географического распределения Hbb вариантов показывает проникновение центрально-азиатского Hbb-w1 и рекомбинантного Hbb-p гаплотипов в популяции российской Азии и восточной Европы, при этом рекомбинантный гаплотип встречается здесь чаще, чем исходный центрально-азиатский Hbb-w1. Эти гаплотипы обнаружены в европейской части бывшего СССР, в Сибири, в Якутии и в Дальневосточном регионе, включая популяции п-ова Камчатка и о-ва Сахалин. Однако существует и обратный поток генов северной синантропной формы в центрально-азиатскую. На юг идет движение Hbb-d гаплотипа. Мы обнаружили вкрапления Hbb-d в городской популяции домовой мыши Казахстана, в популяциях нижнего Поволжья и в среднеазиатских популяциях домовой мыши. В популяциях короткохвостых белобрюхих домовых мышей юга Сибири этот гаплотип в большинстве локальностей является основным.

Несомненно, что центрально-азиатская форма домовой мыши гибридизуется с Mus1 -domesticus. Подтверждение тому ? кавказская гибридная зона. Более того, исследования последних лет (Милишников и др., 2004) показали, что весьма неоднородный генофонд синантропных домовых мышей Закавказья не мог формироваться только путем вторичного контакта domesticus и musculus, а является результатом неоднократных разновременных напластований. О продвижении характеристик центрально-азиатской формы в ареал domesticus говорит обнаружение Hbb-р у синантропной домовой мыши, Ирана, Пакистана, Израиля.

Из всех евразийских гибридных зон домовой мыши только европейская ? между musculus и domesticus - наиболее четко структурирована и только для ее основателей существуют сведения об элементах репродуктивной изоляции. В связи с этим особое внимание привлекают любые случаи появления гаплотипа Hbb-s (биохимического маркера domesticus) за пределами ареала этой формы. Появление этого варианта в выборках синантропных домовых мышей, отловленных нами вдоль западных границ бывшего СССР, вполне правдоподобно объясняется «просачиванием» через гибридную зону musculus ? domesticus. Однако пассивное перемещение создает условия для domesticus включаться в геном musculus в географически отдаленных частях ареала последней. Этот гаплотип обнаруживается в популяциях вдали от ареала domesticus - в качестве редкого в Калмыкии и Иркутске, а в качестве распространенного в ограниченном регионе - на о-ве Чи-чи в Японии (Bonhomme et al., 1989), на северо-востоке Китая и в нескольких локальностях Приморья. Появление в приморских популяциях домовой мыши характеристик, типичных для domesticus, обнаружено и при исследовании мтДНК (Yonekawa et al., 2003). Все эти факты подтверждают незакрытость геномов musculus и domesticus в отношении друг друга на значительной части их ареалов. Складывается впечатление, что в настоящее время под давлением широких гибридных зон и локальных «засорений» происходит потеря различающейся целостности генных пулов аллопатрических частей ареала. Таким образом, результаты исследования характеристик ядерного и митохондриального геномов показывают, что синантропная домовая мышь Евразии, а значит и всего земного шара, представлена тремя географическими группами подвидов надвида M. musculus, а не тремя видами: M. domesticus M. musculus и M. castaneus, как это предполагает Д. Маршалл (Marshall, 1998).

А.И. Аргиропуло (1940), основываясь на различиях в экстернальной морфологии, выдвинул тезис о широтном характере различий популяций домовой мыши северных и южных регионов бывшего СССР с широкой переходной зоной между ними. Эти различия лежат в основе подвидового подразделения, применяемого в классических российских сводках. Однако в этих построениях подвидовая принадлежность домовой мыши территории Дальнего Востока была представлена достаточно умозрительно, главным образом, из-за отсутствия материала. Приведенная в диссертации статистическая оценка изменения величины хвостового индекса (ХИ - отношение длины хвоста к длине тела - одного из наиболее часто используемых в целях систематики домовой мыши признаков), подтвердила правдивость этого тезиса при включении большого объема материала дальневосточных территорий. Двухвыборочный t-тест для средних значений ХИ с различными дисперсиями показал, что обитатели северных территорий оказались менее изменчивы и дифференцированы, чем представители «южных» регионов. То же можно сказать по географической изменчивости цветовой гаммы окраски шкурки. Приведенная в диссертации статистическая оценка величин средних несмещенных генетических дистанций также подтвердила широтный характер аллозимной дифференциации. Эти данные объединяют в пределах «северной» группы синантропную домовую мышь от западных районов бывшего СССР до Камчатки и Сахалина и рассматривают 3 «южные» группы: 1) Средняя Азия, Нижнее Поволжье и Казахстан, 2) южные районы Сибири, 3) Приморье. И, наконец, геногеография гемоглобиновых локусов Нbb-b1 и Нbb-b2 предполагает а) таксономическое единство популяций домовой мыши восточной Европы и облигатно-синантропных популяций Сибири и Дальнего Востока; б) близость популяций Казахстана и Средней Азии с обитателями центрально-азиатских территорий и их отличие от популяций юга Сибири. Полученные результаты позволяют объединять популяции M. musculus от западных районов бывшего СССР до Камчатки и Сахалина в единый подвид M. m. musculus и рассматривать домовую мышь Средней Азии и Казахстана в рамках подвида M. m. wagneri. Такое подразделение согласуется с внутривидовой системой Mus musculus по Л. Лавренченко (Лавренченко, 1994). Домовая мышь юга Сибири, по-видимому, представляет собой переходную зону между M. m. musculus и M. m. gansuensis Satunin, 1903, а домовая мышь юга Дальнего Востока объединяет в своем геноме признаки M. m. musculus и M. m. castaneus.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разграничение видовых таксонов осуществляется на основе изучения морфологических, географических, экологических, поведенческих, молекулярных и других характеристик (Mayr, 1996). Однако темпы эволюции различных систем признаков, как правило, не совпадают, поэтому разрешающая способность каждой из характеристик охватывает ограниченный участок таксономической иерархии. Наиболее широкий охват представляют морфологические характеристики. Что касается характеристик белкового полиморфизма, то у грызунов аллозимная изменчивость обеспечивает информацию, пригодную для анализа на уровне таксономических категорий рода. Это позволяет рассматривать в центре внимания вид и исследовать внутривидовую изменчивость и определение границ вида. Представленный в главах 2-11 фактический материал объединяет три подхода аллозимного исследования, а именно, исследование геногеографической изменчивости отдельных генов, поиск локусов, разделяющих таксоны, и количественный анализ - усредненная оценка уровня дивергенции по ряду рассеянных по геному локусов. Каждый из этих подходов оказался полезным для понимания эволюционных преобразований и таксономических построений рассматриваемых нами грызунов, а именно, при исследовании микро- и макрогеографической изменчивости вида, при поиске и описании гибридных зон, определении границ видов, характеристике путей видообразования и для филогенетических построений.

Географическая изменчивость отражает специфику таксона на микро- и макрогеографических уровнях. При рассмотрении геногеографической изменчивости по выборкам, собранным в локальностях, разделенных небольшими расстояниями без значимых географических барьеров (микрогеографическая изменчивость), для большинства рассматриваемых нами таксонов обнаруживается, как правило, преобладание одного и того же аллеля в выборках всех рассматриваемых локалитетов. Мы наблюдали такие картины у обитателей открытых материковых пространств - Spermophilus, в островных (в пределах одного и того же острова) популяциях красной и красно-серой полевок рода Myodes, у полевки-экономки. Картина микрогеографической изменчивости у домовой мыши иная. Частоты аллелей полиморфных локусов зачастую значительно варьируют даже в выборках соседних локальностей. Можно предполагать, что, являясь результатом взаимодействия дрейфа генов и потока миграций, эти различия во времени неустойчивы. При анализе выборок из одного и того же локалитета в течение ряда лет обычно наблюдается близкий качественный состав аллелей, но значимо различающийся частотный. Интересно, что такой тип микрогеографической изменчивости у домовой мыши представлен не только по белковым, но и по другим генетическим и морфологическим характеристикам. Указанные различия микрогеографической изменчивости являются следствием демовой структуры популяции.

Анализ картин макрогеографической изменчивости (геногеографической изменчивости по ареалу вида) позволяет оценить уровень внутривидовой дифференциации и обычно сводится к описанию и обсуждению механизмов пространственного распределения отдельных электрофоретических вариантов одного или нескольких полиморфных белков. Геногеография макрогеографического уровня отражает два противоположных направления эволюционных трендов: накопление различий между популяциями географически изолированных частей ареала и уничтожение дифференциации в результате вторичного контакта ранее изолированных форм. Оба направления широко представлены в исследуемых таксонах и характеризуются следующими картинами.

а) Распространение одного и того же основного аллеля по ареалу вида. Кроме основного аллеля в популяциях могут обнаруживаться другие (дополнительные и редкие) аллели. Это вариант географической однородности либо слабой географической изменчивости. Картины такой геногеографии отдельных белков встречаются практически у всех исследованных видов млекопитающих, и рассматриваемые нами не представляют собой исключение. Только такие картины были обнаружены нами при исследовании 17 локусов у Tamias sibiricus в выборках из популяций от Перми до Сахалина (глава 6). Возможная причина появления таких картин - быстрое расширение ареала слабо полиморфного вида. Так, мы предположили, что Tamias sibiricus резко (с эволюционной точки зрения) расширил свой ареал вместе с продвижением лесов на север во время голоценового потепления. Особенно интенсивно это могло происходить после температурного оптимума около трех тысяч лет тому назад. Естественно, что возникновение таких картин обусловлено отсутствием крупных изолирующих барьеров для этого вида на данной территории и как результат - потоки генов, препятствующие возникновению различий.

Островная изоляция при ограниченном времени существования географических барьеров (в рассматриваемых нами случаях - периодически возникающие морские проливы) также может не привести к сколько-либо значимой дифференциации популяций изолированных регионов. Так, восстановление 10 тысяч лет тому назад Берингова пролива не привело к накоплению сколь-либо значимых частотных различий аллелей трансферринов в изолированных частях ареала S. parryi на полуостровах Чукотка, Аляска и островах Берингова пролива.

В картинах географической однородности, либо слабой географической изменчивости, различия определяют дополнительные и редкие аллели. Когда их положение географически структурировано, эти аллели весьма значимы в эволюционных построениях. Так, они могут нести важную информацию о направлениях миграций. Наиболее красноречивый пример тому - встречаемость Hbb-d в популяциях домовой мыши Средней Азии, Казахстана и юга Сибири, говорящая о продвижении генов северного подвида на юг.