Некоторые результаты молекулярно-филогенетических исследований байкальских эндемичных беспозвоночных

Байкал и населяющая его фауна стали объектом систематических эволюционных исследований более века назад. По мере развития методического арсенала биологии практически все подходы были использованы и для выяснения происхождения населения Байкала. Настоящий обзор посвящен в основном итогам применения методов фолекулярной филогенетики. Исключительное таксономическое богатство озера, колоссальное разнообразие биотопов и большой объем знаний о самых разных аспектах функционирования байкальской экосистемы позволяют исследовать такие детали механизмов видообразования, которые в других обстоятельствах гораздо менее доступны. Главные общие черты современных эволюционных процессов в богатых видами группах беспозвоночных состоят в том, что, во-первых, большинство из них молодо относительно Байкала, во-вторых, в том, что видообразование происходит симпатрически, поскольку, несмотря на свои размеры, геологическая история Байкала лишена эпизо- дов его подразделенности, достаточно долговременной для алло-патрического видообразования. Репродуктивные барьеры, скорее всего, образовались в соответствии с довольно сложными сценариями, которые формировались под действием глобальных климатических процессов. Это приводило к ядерным и митохондриальным интрогрессиям. Возможно, в результате этого в Байкале широко распространены переходные формы организмов, а таксономический статус многих из них определить очень сложно. Интересной особенностью также оказалось практически полное отсутствие экспериментальных свидетельств коэволюции видов, экологически тесно связанных друг с другом. В обзоре рассмотрены результаты эволюционных исследований, в основном посвященным букетам видов – монофилитичным группам организмов, которые обеспечивают исключительно высокое видовое разнообразие Байкала и механизмы формирования которых во многом остаются загадочными.

Байкал, биоразнообразие, механизмы эволюции

1. Дарикова Ю.А., Щербаков Д.Ю. Эволюция интрона гена фосфофруктокиназы у брюхоногих моллюсков семейства Baicaliidae. Молекулярная биология. 2009;43(5):838-844.

2. Ефремова С.М. Эмбриология губок семейства Lubomirskiidae и вопросы происхождения спонгиофауны Байкала. Онтогенез. 1986; 17(14):427-428.

3. Ефремова С.М. Аннотированный список фауны озера Байкал и его водосборного бассейна. Новосибирск, 2001;1(1).

4. Ефремова С.М., Гуреева М.А. Проблема происхождения и эволюции байкальских губок: материалы 1-й Верещагинской Байкальской международной конференции. Иркутск, 1989;22-23.

5. Зубаков Д.Ю., Щербаков Д.Ю., Ситникова Т.Я. Анализ филогенетических взаимоотношений байкальских эндемичных моллюсков сем. Baicaliidae на основе нуклеотидных последовательностей фрагмента митохондриального гена СО1. Молекулярная биология. 1997;31(6):32-36.

6. Коваленкова М.В., Ситникова Т.Я., Щербаков Д.Ю. Генетическая и морфологическая диверсификации гастропод семейства Baicaliidae. Экологическая генетика. 2013;11(4):3-11. Коваленкова М.В., Пудовкина Т.А., Ситникова Т.Я., Щербаков Д.Ю. Несоответствие филогенетических сигналов ядерного и митохондриального молекулярных маркеров для полихет p. Manayunkia. Актуальные проблемы науки Прибайкалья. 2015;1:144-148.

7. Кожов M.M. Пресные воды Восточной Сибири: бассейн Байкала, Ангары, Витима, верхнего течения Лены и Нижней Тунгуски. Иркутск, 1950.

8. Кожов М.М. Очерки по байкаловедению. Иркутск, 1972.

9. Кожов М.М., Ижболдина Л.А., Каплина Г.С., Окунева Г.Л. Бентос юго-восточного побережья озера Байкал. Биологическая продуктивность водоемов Сибири: докл. Первого совещ. по биол. продуктивности водоемов Сибири. Иркутск, 6-9 окт. 1966 г. М., 1969;29-37.

10. Кравцова Л.С., Букин Ю.С., Перетолчина Т.Е., Щербаков Д.Ю. Генетическая дифференциация популяций байкальского эндемика Sergentia baicalensis Tshern. (Diptera, Chironomidae). Генетика. 2015;51(7):826-829.

11. Мац В.Д. Байкальский рифт: плиоцен (миоцен) - четвертичный эпизод или продукт длительного развития с позднего мела под воздействием различных тектонических факторов. Обзор представлений. Геодинамика, тектонофизика. 2015;6(4):467-489. https://doi.org/10.5800/GT-2015-6-4-0190.

12. Перетолчина Т.Е., Букин Ю.С., Ситникова Т.Я., Щербаков Д.Ю. Генетическая дифференциация эндемичного байкальского моллюска Baicalia carinata (Mollusca, Caenogastropoda). Генетика. 2007;43(12):1667-1675.

13. Пудовкина Т.А., Ситникова Т.Я., Матвеев А.Н., Щербаков Д.Ю. Родственные связи байкальских полихет рода Manayunkia (Polichaeta: Sedentaria: Sabellidae) по данным анализа СО1 с анализом истории расселения. Экологическая генетика. 2014;12(3): 32-40.

14. Ситникова Т.Я., Щербаков Д.Ю., Харченко В.В. О таксономическом статусе полихет рода Manayunkia (Sabellidae, Fabriciinae) из Байкала. Зоол. журнал. 1997;76(1):16-27.

15. Bedulina D.S., Takhteev V.V., Pogrebnyak S.G., Govorukhina E.B., Madyarova E.V., Lubyaga Y.A., Vereshchagina K.P., Timofeyev M.A., Luckenbach T. On Eulimnogammarus messerschmidtii sp. n. (Amphipoda: Gammaridea) from Lake Baikal, Siberia, with redescription of E. cyanoides (Sowinsky) and remarks on taxonomy of the genus Eulimnogammarus. Zootaxa. 2014;3838(5):518-544.

16. Benson B.J., Magnuson J.J., Jensen O.P., Card V.M., Hodgkins G., Korhonen J., Livingstone D.M., Stewart K.M., Weyhenmeyer G.A., Granin N.G. Extreme events, trends, and variability in northern hemisphere lake-ice phenology (1855-2005). Climatic Change. 2012;112(2):299-323.

17. Bossu C.M., Near T.J. Gene trees reveal repeated instances of mitochondrial DNA introgression in orangethroat darters (Percidae: Etheostoma). Syst. Biol. 2009;58(1):114-129.

18. Brooks J.L. Speciation in ancient lakes. Q. Rev. Biol. 1950;25(2): 131-176.

19. Cristescu M.E., Adamowicz S.J., Vaillant J.J., Haffner D.G. Ancient lakes revisited: from the ecology to the genetics of speciation. Mol. Ecol. 2010;19(22):4837-4851.

20. Daneliya M.E., Väinölä R. Five subspecies of the Dorogostaiskia parasitica complex (Dybowsky) (crustacea: Amphipoda: Acanthogammaridae), epibionts of sponges in Lake Baikal. Hydrobiologia. 2014;239(1):95-117.

21. Drovetski S.V., Semenov G., Red’kin Y.A., Sotnikov V.N., Fadeev I.V., Koblik E.A. Effects of asymmetric nuclear introgression, introgressive mitochondrial sweep, and purifying selection on phylogenetic reconstruction and divergence estimates in the pacific clade of Locustella warblers. PLoS One. 2015;10(4):e0122590. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0122590.

22. Fazalova V., Nevado B., Peretolchina T., Petunina J., Sherbakov D. When environmental changes do not cause geographic separation of fauna: differential responses of baikalian invertebrates. BMC Evol Biol. 2010;10:320.

23. Hausdorf B., Ropstorf P., Riedel F. Relationships and origin of endemic Lake Baikal gastropods (Caenogastropoda: Rissooidea) based on mitochondrial DNA sequences. Molecular Phylogenetics and Evolution. 2003;26:435-443.

24. Itskovich V., Belikov S., Efremova S., Masuda Y. Monophyletic origin of freshwater sponges in ancient lakes based on partial structures of COXI gene. Hydrobiologia, Springer Netherlands. 2006;568(1): 155-159.

25. Itskovich V., Belikov S., Efremova S., Masuda Y., Perez T., Alivon E., Borchiellini C., Boury-Esnault N. Phylogenetic relationships between freshwater and marine haplosclerida (Porifera, Demospongiae) based on the full length 18s rRNA and partial COXI gene sequences. Porifera Research - Biodiversity, Innovation and Sustainability, 2007;1-9.

26. Itskovich V., Gontcharov A., Masuda Y., Nohno T., Belikov S., Efremova S., Meixner M., Janussen D. Ribosomal ITS-sequences allow resolution of freshwater sponge phylogeny with alignments guided by secondary structure prediction. J. Mol. Evol. 2008;67(6):608-620.

27. Lavrov D.V. Rapid proliferation of repetitive palindromic elements in mtDNA of the endemic baikalian sponge Lubomirskia baicalensis. Mol. Biol. Evol. 2010;27(4):757-760.

28. MacDonald K.S., Yampolsky L., Duffy J.E. Molecular and morphological evolution of the amphipod radiation of Lake Baikal. Mol. Phylogenet. Evol. 2005;35(2):323-343.

29. Maikova O., Khanaev I., Belikov S., Sherbakov D. Two hypotheses of the evolution of endemic sponges in Lake Baikal (Lubomirskiidae). J. Zoolog. Syst. Evol. Res. 2015;53(2):175-179.

30. Nevado B., Fazalova V., Backeljau T., Hanssens M., Verheyen E. Repeated unidirectional introgression of nuclear and mitochondrial DNA between four congeneric tanganyikan cichlids. Mol. Biol. Evol. 2011;28(8):2253-2267.

31. Oliver J.C. Microevolutionary processes generate phylogenomic discordance at ancient divergences. Evolution. 2013;67(6):1823-1830.

32. Papoucheva E., Proviz V., Lambkin C., Goddeeris B., Blinov A. Phylogeny of the endemic baikalian Sergentia (Chironomidae, Diptera). Mol. Phylogenet. Evol. 2003;29(1):120-125.

33. Peretolchina T.E., Sitnikova T.Y., Novikov A., Sherbakov D.Y. The history of changing ecological niches during speciation in endemic mollusks of genus Baicalia (Ed. S. Trajanovski, T. Wilke, C. Albrecht, G. Kostoski). Abstracts of the International Symposium Speciation in Ancient Lakes, SIAL 5. Ohrid, 2009:82-86.

34. Roos C., Zinner D., Kubatko L.S., Schwarz C., Yang M., Meyer D., Nash S.D., Xing J., Batzer M.A., Brameier M., Leendertz F.H., Ziegler T., Perwitasari-Farajallah D., Nadler T., Walter L., Osterholz M. Nuclear versus mitochondrial DNA: evidence for hybridization in colobine monkeys. BMC Evol. Biol. 2011;11:77.

35. Schröder C., Efremova S., Itskovich V., Belikov S., Masuda Y., Krasko A., Muller I.M., Muller W.E.G. Molecular phylogeny of the freshwater sponges in Lake Baikal. J. Zool. Syst. Evol. Research. 2002;40:1-7.

36. Sherbakov D. Molecular phylogenetic studies on the origin of biodiversity in Lake Baikal. Trends Ecol. Evol. 1999;14(3):92-95.

37. Sherbakov D.Y., Kamaltynov R.M., Ogarkov O.B., Verheyen E. Patterns of evolutionary change in baikalian gammarids inferred from DNA sequences (Crustacea, Amphipoda). Mol. Phylogenet. Evol. 1998;10(2):160-167.

38. Taylor R.A., White A., Sherratt J.A. How do variations in seasonality affect population cycles? Proc. Biol. Sci. 2013;280(1754). https://doi.org/10.1098/rspb.2012.2714.

39. Thompson S.L., Lamothe M., Meirmans P.G., Périnet P., Isabel N. Repeated unidirectional introgression towards populus balsamifera in contact zones of exotic and native poplars. Mol. Ecol. 2010;19(1): 132-145.

40. Veynberg E. Fossil sponge fauna in Lake Baikal region. Prog. Mol. Subcell Biol. 2009;47:185-205.

41. von Rintelen T., Marwoto R.M., Haffner G.D., Herder F. Preface: Speciation research in ancient lakes - classic concepts and new approaches. Hydrobiologia. 2014;739:1-6.

42. Weinberg E., Weinberg I., Efremova S., Tanichev A., Masuda Y. Late Pliocene Spongial Fauna in Lake Baikal (from material from the Deep Drilling Core BDP-96-1). Tokyo: Springer-Verlag, 2003. https://doi.org/10.1007/978-4-431-67859-5_18.

43. Wilke T., Haase M., Hershler R., Liu H-P., Misof B., Ponder W. Pushing short DNA fragments to the limit: Phylogenetic relationships of ‘hydrobioid’ gastropods (Caenogastropoda: Rissooidea). Molecular Phylogenetics and Evolution. 2013;66(3):715-736.