Зоологический журнал, 2023, T. 102, № 4, стр. 386-407

Цитогенетическая дифференциация популяций и совершенствование системы видов млекопитающих

Проблема создания таксономической системы организмов, являющейся отображением эволюционного процесса, остается актуальной и по сей день. Несомненно, что применение разных подходов и методов, как классических, так и сравнительно новых, в первую очередь генетических, позволяет значительно расширить представления о степени дифференциации близких форм, которым еще не придан статус вида, и о филогенетических связях надвидовых таксонов. Построение такой системы подразумевает выявление закономерностей видообразования – ключевого процесса эволюции.

Хромосомные наборы менее подвержены конвергенции, по сравнению с признаками, обычно используемыми в работе с музейными коллекциями. Кариологический анализ позволяет, с одной стороны, выявить случаи родства морфологически далеко дивергировавших видов, а с другой – установить случаи репродуктивной изоляции форм, ранее относимых к одному политипическому виду. Данные, накопленные на основе изучения цитогенетики популяций млекопитающих, легли в основу формирования представлений о хромосомном пути видообразования. Цитогенетические различия популяций, в отличие от морфологических и молекулярных различий, прямо коррелируют с нарушениями плодовитости гибридов. Среди многих десятков работ, посвященных хромосомному видообразованию (см. Vorontsov, Lyapunova, 1989), следует особо выделить монографии Уайта (White, 1978) и Кинга (King, 1993).

В экспериментальных работах генетиков первой половины 20-го века была разработана модель возникновение гибридной стерильности при скрещивании особей разных популяций, различающихся генными мутациями. Позднее эта модель получила название модели BDM (Бэтсона–Добжанского–Мёллера) (Coyne, Orr, 2004). Но эта модель также может быть использована и для объяснения возникновения гибридной стерильности при скрещивании особей, отличающихся хромосомными перестройками (Бородин, Поляков, 2008).

В соответствии с моделью BDM предковый вид подразделяется на географически изолированные популяции, в которых накапливаются генные различия (или различные хромосомные перестройки). Хромосомные перестройки могут накапливаться и фиксироваться в популяции только при условии, если плодовитость гетерозигот и гомозигот не отличается. При вторичном контакте изолированных популяций, в которых накопились разные хромосомные перестройки, в мейозе I гибридов образуются сложные фигуры конъюгирующих хромосом – транслокационные кресты, цепи и кольца хромосом, кроссоверные хроматиды и другие отклонения от нормального мейоза. За десятилетия цитогенетических исследований было убедительно показано, что у таких “сложных гетерозигот”, по сравнению с гомозиготами, неизбежно понижается плодовитость, поэтому их распространение ограничивается гибридными зонами. Из пониженной плодовитости “сложных гетерозигот” исходят все модели хромосомного видообразования (обзор: Баклушинская, 2016). Хромосомное видообразование не предполагает обязательного накопления морфологических различий. Поэтому могут возникать репродуктивно изолированные виды, не отличающиеся по морфологическим признакам, с которыми работают систематики, это и есть криптические виды, или виды-двойники.

В 1960–1970-х годах систематики во многом исчерпали возможности разработки таксономии млекопитающих Палеарктики с использованием морфологических подходов и в своих работах стали использовать цитогенетические методы. Выявление криптических видов стало необходимым звеном в описании биологического разнообразия и в то же время привлекало внимание к обсуждению на новом уровне концепций вида и видообразования. Первой находкой двух криптических и совместно обитающих на большом участке ареала видов стали серые полевки Microtus arvalis Pall. и M. subarvalis Meyer, Orlov et Skholl (Мейер и др., 1969, 1972). За прошедшие 50 лет систематикам так и не удалось обнаружить надежных краниологических признаков этих видов и достоверно установить по сохранившимся музейным коллекциям старший синоним M. subarvalis.

Совместное обитание криптических видов млекопитающих прямо связано с ольфакторной коммуникацией – преобладающим у млекопитающих способом общения. Равный интерес представляют не только совместно обитающие, но и аллопатрические морфологически сходные виды, обнаруженные во многих таксонах млекопитающих с использованием преимущественно хромосомных маркеров, по которым можно судить и о степени репродуктивной изолированности сравниваемых форм. Признание видового ранга таких выявленных географически замещающих и кариологически отличающихся криптических форм требует дополнительных доказательств репродуктивной изоляции, подтверждения с помощью экспериментальной гибридизации или же использования количественных критериев, разработанных для молекулярных сопоставлений (Baker, Bradley, 2006). Существование криптических видов доказывает преимущество биологической концепции вида по сравнению с морфологической и согласуется с эволюционной (филогенетической) концепцией вида (Cracraft, 1983).

На примере отдельных родов из четырех отрядов млекопитающих Палеарктики мы покажем вклад кариологических исследований в выявление криптических видов, филогенетических связей популяций одного вида, совершенствование системы видов млекопитающих.

Род Sorex L. Цитогенетические исследования показали ведущую роль кариотипа в диагностике многих видов бурозубок. Группа “araneus” из 9 палеарктических и неарктических видов бурозубок характеризуется одинаковым половым тривалентом у самцов и практически полной гомологией хромосомных наборов по G-исчерченности хромосом при четких различиях кариотипов. На территории РФ известны четыре вида из группы “araneus” (Sorex araneus L., Sorex satunini Ogn., Sorex tundrensis Mer. и Sorex daphaenodon Thos.). Детальный анализ кариотипов палеарктического вида S. tundrensis показал его отличия от неарктического S. arcticus Kerr, с которым его ранее объединяли (Иваницкая, Козловский, 1985).

Таксономическая структура прежнего большого политипического вида обыкновенной бурозубки, S. araneus s. lato, в последние десятилетия была пересмотрена с использованием цитогенетических методов. Было выделено пять криптических видов (S. araneus L., S. granarius Mill., S. coronatus Mill., S. satunini Ogn., S. antinorii Bon.) и обсуждались филогенетические связи между ними (Орлов и др., 2011; Searle et al., 2019). Кариотип, близкий к исходному для надвида, сохранился у S. granarius. У этого вида все аутосомы акроцентрические, за исключением пары самых мелких, в то время как другие виды имеют общие или уникальные центрические соединения аутосом. Современные изолированные виды этого надвида имеют общие робертсоновские соединения, что указывает на существование в плейстоцене общего предкового полиморфного вида и свободное распространение хромосомных перестроек по его ареалу. В фауне РФ два вида из прежнего S. araneus s. lato.

S. araneus (2n = 20–33, NFA = 36). Для вида показан полиморфизм кариотипа по 37 центрическим соединениям хромосом, из которых пять – общие с S. satunini, S. coronatus и S. antinorii. На ареале выделено 76 хромосомных рас, различающихся центрическими соединениями хромосом и в различной степени изолированных узкими и широкими гибридными зонами (Bulatova et al., 2019). Примерно половина всех хромосомных рас отличается фиксированными центрическими соединениями, что указывает на монофилетическое возникновение таких групп популяций.

S. satunini (2n = 24–25, NFA = 42) (Козловский, 1973; Borisov, Orlov, 2012). Хромосомный набор отличается от кариотипа обыкновенной бурозубки робертсоновскими соединениями трех пар хромосом и сдвигом центромер в трех парах хромосом. Поэтому в мейозе гибридов должны возникать сложные гетерозиготы, нарушающие гаметогенез. Описана зона контакта с обыкновенной бурозубкой без гибридизации (Стахеев и др., 2020).

При сравнении кариотипов четырех видов бурозубок группы “caecutiens” (S. caecutiens Laxm., S. isodon Tur., S. unguiculatus Dobs. и S. roboratus Holl.) со сходными кариотипами (2n = 42, NFA = = 66–68) обнаружена полная гомологичность аутосом и половых хромосом (идентичность в расположении G-полос), и только некоторые аутосомы могут отличаться одна от другой положением центромер в результате инверсий (Козловский, Орлов, 1971; Иваницкая и др., 1986; Biltueva et al., 2000).

Кариологические исследования доказали видовую самостоятельность бурозубок группы “minutus”, отличающихся значительными перестройками в кариотипе: S. minutus L. – 2n = 42, NF = 54 (Орлов, Аленин, 1968; Biltueva et al., 2000), S. volnuchini Ogn. – 2n = 40, NF = 56 (Козловский, 1973а), S. gracillimus Thos. – 2n = 36, NF = 60 (Иваницкая и др., 1986). Ближайшие находки малой бурозубки и бурозубки Волнухина без признаков гибридизации сделаны в соседних долинах малых рек Кагальник и Ея, южнее Нижнего Дона (Стахеев и др., 2010). В амфиберингийской группе “cinereus” уточнен кариологический диагноз видов и показано отсутствие на территории РФ неарктического вида S. cinereus (Иваницкая, Козловский, 1985).

Род Ovis L. Первые генетические исследования 1970-х годов разнообразных морфологических форм горных баранов рода Оvis показали их разделение на три монофилетические хромосомные формы: группу подвидов “musimon” – муфлоны (2n = 54, NF = 60), группу подвидов “vignei” – уриалы (2n = 58, NF = 60) и группу подвидов “ammon” – архары и аргали (2n = 56, NF = 60) (Воронцов и др., 1972; Nadler et al., 1973; Korobitsyna et al., 1974; Орлов, 1978). Первоначально исследователи предлагали придать этим хромосомным формам видовой статус, что в дальнейшем не нашло поддержки из-за отсутствия репродуктивной изоляции. Согласно результатам дифференциальной G-окраски, две пары крупных маркерных метацентриков идентичны у всех изученных баранов (Ляпунова и др., 1997; Bunch et al., 1998). Была показана принадлежность самой северной изолированной формы горных баранов O. severtzovi Nasonov к архаро-аргалоидной группе “ammon” (2n = 56) (Ляпунова и др., 1997), что послужило дополнительным обоснованием необходимости охраны этой малочисленной популяции. Монофилетическое происхождение каждой из трех хромосомных форм горных баранов в дальнейшем было подтверждено филогеографическим исследованием (Кузнецова и др., 2002).

Род Ochotona Link. Анализ кариотипических характеристик пищух рода Ochotona позволил не только диагностировать виды данного рода, но и приблизиться к пониманию надвидовой структуры рода (Воронцов, Иваницкая, 1973; Орлов и др., 1978; Формозов и др., 1999, 2004; Формозов, Баклушинская, 1999, 2011). В данной группе хромосомные числа нередко совпадают, несколько видов имеют 2n = 38 и 2n = 40, но морфология хромосом, количество и распределение блоков гетерохроматина, а также ядрышкового организатора оказываются видоспецифичными.

Род Spermophilus Cuvier. Исследование хромосомных наборов сусликов позволило подтвердить видовую самостоятельность S. xanthoprymnus Bennett (2n = 42) и S. citellus L. (2n = 40) (Воронцов, Ляпунова, 1969, 1972; Lyapunova, Vorontsov, 1970). Показано наличие двух хромосомных форм у S. suslicus Güld., заслуживающих статуса вида (Воронцов, Ляпунова, 1969; Фрисман и др., 1999). Между Волгой и Днепром обитает форма с 2n = = 34, а по правую сторону Днепра – форма с 2n = 36 (Цвирка и др., 2000). Для аллопатрических кариоморф электрофоретический анализ 15 аллозимных белковых систем показал, что формы хорошо различаются по двум локусам (Alb и Tf). Таким образом, подразделение S. suslicus на две кариотипические формы сопровождается дифференциацией этих форм на аллозимном уровне. Длиннохвостые суслики, считавшиеся одним видом S. undulatus Pall., разделены на два – S. parryi Rich. (2n = 32) и S. undulatus Brandt (2n = 34) (Ляпунова, 1969; Воронцов, Ляпунова, 1970). С помощью методов дифференциального окрашивания хромосом показаны различия кариотипов с 2n = 36 у S. pygmaeus Pall. и S. musicus Menet., которые можно считать видоспецифичными (Цвирка, Кораблев, 2014).

Род Marmota Blumenbach. Описаны хромосомные наборы шести палеарктических видов сурков. Показана их гомологичность у всех видов (2n = 36–38, NF = 70), за исключением M. camtschatica Pall. (2n = 40, NF = 70) (Ляпунова, Воронцов, 1969). Сурок Кащенко (M. kastschenkoi Stroganov et Judin) выделен из M. baibacina Kast. на основании одной хромосомной перестройки (2n = 36) (Брандлер, 2003), но чаще рассматривается как подвид или полувид (Steppan et al., 2011).

Род Sicista Gray. Хромосомные исследования мышовок послужили стимулом к последующим таксономическим ревизиям и описанию в их составе кариологически дискретных географически замещающих криптических видов. С использованием кариологических данных такие виды были обнаружены в выделенных на основе особенностей гениталий самцов группах аллопатрических видов: “subtilis”, “betulina”, “tianschanica”, “caucasica” (Соколов, Ковальская, 1990).

Группа “betulina” включает два географически замещающих кариологически дискретных криптических вида: S. betulina Pall. (2n = 32) и S. strandi Formosov (2n = 44, NF = 52) (Соколов и др., 1989), степень хромосомной дифференциации которых достаточна для заключения об их репродуктивной изолированности.

Группа “caucasica” (группа одноцветных мышовок Кавказа) (Соколов, Ковальская, 1990) включает 6 географически изолированных хромосомных форм, рассматриваемых в рамках четырех видов-двойников: S. caucasica Vinog. (2n = 32, NF = 48; 2n = 32, NF = 46); S. kluchorica Sokolov et al. (2n = 24, NF = 44); S. kazbegica Sokolov et al. (2n = 42, NF = 52; 2n = 40, NF = 50) и S. armenica Sokolov et Baskevich (2n = 36, NF = 52) (Соколов и др., 1981, 1986; Соколов, Баскевич, 1988; Баскевич, Малыгин, 2009). Наиболее обособлены среди сравниваемых видов группы “caucasica” с Большого Кавказа 42-хромосомная S. kazbegica (древняя) и 24-хромосомная S. kluchorica (самая молодая в группе): их G-окрашенные хромосомы различаются девятью не-робертсоновскими транслокациями и двумя перицентрическими инверсиями. Наиболее близки между собой две географически изолированные внутривидовые формы S. kazbegica, кариотипы которых различаются одной тандемной транслокацией, а также две формы S. caucasica, хромосомные наборы которых различаются одной перицентрической инверсией (Соколов, Баскевич, 1992; Баскевич и др., 2004, 2015).

В отдельную группу выделен вид S. tianschanica Salen., у которого выявлена географическая изменчивость кариотипа (Соколов, Ковальская, 1990). Описаны три варианта кариотипа, приуроченных к различным изолированным участкам обитания в пределах видового ареала: форма terskei (2n = 32, NF = 54: центральный и северный Тянь-Шань), форма talgar (2n = 32, NF = 56: Заилийский Алатау) и форма djungar (2n = 34, NF = = 54: Джунгарский Алатау, Тарбагатай) (Соколов и др., 1982; Sokolov et al., 1987; Соколов, Ковальская, 1990а). Было высказано предположение о возможном видовом уровне различий между обнаруженными в горах Тянь-Шаня географически замещающими кариоморфами, составляющими группу “tianschanica” (Соколов, Ковальская, 1990а). Эта гипотеза нашла убедительное подтверждение в ходе последующих молекулярных исследований (Lebedev et al., 2021).

Ранее полагали, что в группе “subtilis” имеется только два морфологически сходных вида: S. subtilis s. str. и S. severtzovi Ogn. (Соколов и др., 1986а). Использование методов дифференциальной окраски хромосом открыло новые возможности для изучения систематического разнообразия этой группы (Анискин и др., 2003; Баскевич и др., 2010, 2011). Цитогенетические исследования мышовок группы “subtilis” в бассейне Среднего Дона привели к обнаружению серии из пяти в значительной степени дивергировавших хромосомных форм (криптических видов): S. subtilis s. str. (2n = 24, NF = 40–46), S. severtzovi (2n = 26, NF = 48), S. nordmanni (2n = 26, NF = 48), Sicista sp. n. 1 (2n = = 22–26, NF = 41–46), Sicista sp. n. 2 (2n = 16–22, NF = 28–31). Различия кариотипов разной степени сложности на уровне G-окраски определялись 10–29 структурными перестройками хромосом (Kovalskaya et al., 2011).

Кроме того, из низовий Дона (Цимлянские пески) была описана форма cimlanica (2n = 22, NF = 35–36), первоначально рассматриваемая как подвид темной мышовки S. severtzovi cimlanica (Ковальская и др., 2000), а позднее по уровню хромосомной дифференциации для нее постулировался видовой статус (Lebedev et al., 2020). Очевидно, что необходимы дополнительные исследования криптических видов мышовок.

Род Myospalax Laxmann. Кариологическое исследование подтвердило концепцию узкого вида у цокоров (Lyapunova et al., 1974). Хромосомные данные поддерживают видовую обособленность M. myospalax Laxm. (2n = 44, NFA = 80–84) и M. aspalax Thomas (2n = 62, в популяции из РФ: NFA = 113–114, из Монголии: NFA = 110–112) (Lyapunova et al., 1974; Мартынова, Воронцов, 1975; Воронцов, Мартынова, 1976; Мартынова, 1976; Орлов, Баскевич, 1978).

Противоречивое положение в системе рода формы M. epsilanus Thomas (подвид M. psilurus Milne-Edwards или отдельный вид) было уточнено на основе комплексного анализа, включающего сравнительную кариологию двух изолированных популяций группы “M. psilurus – M. epsilanus” с Дальнего Востока России и из Забайкалья (Puzachenko et al., 2014; Tsvirka et al., 2015). У всех исследованных цокоров 2n = 64, однако имеются существенные различия в структуре кариотипа между популяциями из региона Забайкалья (“epsilanus”) и Дальнего Востока России (“psilurus”) (Tsvirka et al., 2015). Кариологические особенности этих форм дополнены электрофоретическими и молекулярными данными, и генетические дистанции между ними оказались сопоставимыми с различиями пары близкородственных видов M. aspalax и M. armandii (Tsvirka et al., 2015). Ранее у M. armandii был показан видоспецифичный кариотип (2n = 62–66) (Пузаченко и др., 2011). Сравнительный анализ кариотипов и генетические исследования рода Myospalax позволили высказать предположение о происхождении алтайского цокора (M. myospalax) (2n = 44) независимо от M. aspalax (2n = 62) и от M. psilurus (2n = 64) (Мартынова, 1983).

Род Calomyscus Thomas. Таксономия рода Calomyscus до сих не ясна. Различие кариотипов по числу хромосом хомячков Нахичевани (2n = 32) и Туркмении (2n = 30) позволило провести ревизию морфологических характеристик и описать новый вид из Нахичевани – C. urartensis Vor. et Kart. (Воронцов и др., 1979). Анализ кариотипов этих видов с помощью G-окраски хромосом показал не только различия по числу хромосом, но и отсутствие гомологичных слияний хромосом, образовавших двуплечие хромосомы разных видов (Графодатский и др., 1989). В этой же работе описаны хромосомные морфы Calomyscus: А) 2n = 44; В) 2n = 44; С) 2n = 30; D) 2n = 32. Позже одной из 44 хромосомных форм было дано новое видовое название C. firiusaensis Meyer et Malikov (Мейер, Маликов, 2000). Для новых хромосомных форм – 2n = 37, NFА = 44; 2n = 50, NFA = 50; 2n = 52, NFA = 56 – таксономический статус все еще не ясен (Romanenko et al., 2021).

Род Cricetulus Milne-Edwards. На первых этапах кариологических исследований этого рода в 60-х годах были описаны различия кариотипов хороших морфологических видов, С. migratorius Pall. (2n = 22) и C. barabensis Pall. (2n = 20), а также обнаружены отличия кариотипов спорных видов, морфологически очень сходных, C. barabensis Pall. (2n = 20) и C. griseus Milne-Edwards (2n = 22) (Matthey, 1973). В 70-е годы описан кариотип хорошего морфологического вида С. longicaulatus Milne-Edwards (2n = 24) (Орлов и др., 1978) и двух криптических видов надвидовой группы C. barabensis s. l. – С. pseudogriseus Iskhakova (2n = 24) (Орлов, Исхакова, 1975) и C. sokolovi Orlov et Malygin (2n = 20) (Орлов, Малыгин, 1988).

Применение методов дифференциальной окраски хромосом в исследованиях рода Cricetulus началось со сравнительного изучения кариотипов С. migratorius и C. barabensis с кариотипами других видов подсемейства Cricetinae. Анализ G-окраски показал, что оба вида имеют сходные по рисунку G-полос пары хромосом и различаются небольшим числом перестроек. Вместе с тем по числу сходных пар и характеру хромосомных перестроек кариотипы Cricetulus migratorius и Cricetus cricetus более сходны между собой, чем кариотипы С. migratorius и C. barabensis (Раджабли, 1975).

Кариотип C. sokolovi в последние годы был изучен с использованием метода FISH, который показал перестройку многих хромосом; по филогенетическому анализу гена cyt b этот вид оказался сестринским по отношению ко всем видам группы C. barabensis s. l. (Poplavskaya et al., 2017).

По данным FISH (Romanenko et al., 2007), а также по данным об изменчивости структурного гетерохроматина (Вакурин и др., 2014) были показаны значительные различия структуры хромосом всех описанных хромосомных форм в группе C. barabensis s. l. и ошибочность их отнесения к одному виду. Новые сведения об отсутствии интенсивной гибридизации в зонах контакта C. barabensis и С. pseudogriseus и различия в локализации повторов яДНК в хромосомах C. barabensis и C. griseus подтверждают видовой статус этих форм (Поплавская и др., 2012; Ivanova et al., 2022).

Род Lemmus Link. Виды этого рода имеют преимущественно 50 акроцентрических хромосом в диплоидном наборе (2n = NF = 50). В кариотипе L. sibiricus chrysogaster J.A. Allen (2n = 50, NF = 54) кроме 46 акроцентриков имеются две пары субтелоцентрических аутосом. В геноме L. s. chrysogaster С-гетерохроматина больше, чем у всех других исследованных форм рода Lemmus. У гибридных самок L. s. chrysogaster × L. lemmus и L. s. sibiricus × × L. amurensis во время первого мейотического деления происходит десинапсис некоторых хромосом, что свидетельствует о генетической дивергенции родительских форм. Цитогенетические особенности L. s. chrysogaster подтверждают его видовую самостоятельность (Гилева и др., 1984).

Род Dicrostonyx Gloger. В 70-е годы в морфологически сходных голарктических популяциях копытных леммингов был обнаружен значительный хромосомный полиморфизм (Raush, Raush, 1972; Гилева, 1973, 1975; Козловский, 1974). В дальнейшем выяснилось, что в Палеарктике диплоидное число постоянных А-хромосом (более крупных) варьирует от 28 до 50, в кариотипах многих популяций отмечают разное число мелких добавочных В-хромосом. В материковых тундрах Палеарктики описаны четыре хромосомные расы D. torquatus Pall. (Gileva, 1983; Fredga et al., 1999). Ареалы рас II и III частично перекрываются без гибридизации, поэтому возможна их репродуктивная изолированость. Совпадают распространение расы I и номинативного подвида, а также распространение рас II, III и IV и подвида chionapaeus.

Копытные лемминги о-ва Врангель были описаны как новый вид D. vinogradovi Ogn. (Чернявский, Козловский, 1980). В популяции о-ва Врангель 2n уменьшено до 28 хромосом, NF = 50, В-хромосомы отсутствуют (Козловский, 1974; Чернявский, Козловский, 1980). Репродуктивная изоляция леммингов о-ва Врангель и материковых тундр Палеарктики показана в экспериментальных скрещиваниях (Чернявский, Козловский, 1980; Gileva et al., 1994).

На основании изменчивости митохондриального гена cyt b голарктический род Dicrostonyx подразделяют на две группы: североамериканскую (включая популяцию о-ва Врангель) и евразийскую (Fedorov et al., 1999). Но D. vinogradovi оказывается сестринским видом по отношению ко всем исследованным популяциям Северной Америки, в т.ч. и Аляски (Смирнов, Федоров, 2003), следовательно, его можно рассматривать как представителя отдельной эволюционной линии в североамериканской группе копытных леммингов. Поскольку время изоляции палеарктических и неарктических копытных леммингов оценивается в 1 млн лет или больше (Fedorov, Goropashnaya, 1999), столь же длительной могла быть изоляция эволюционной линии D. vinogradovi от неартических популяций. Поэтому не исключено, что лемминги о-ва Врангель могут оказаться криптическим видом в составе неарктической группы этого рода и вид D. vinogradovi Ogn. желательно сохранять в списке млекопитающих РФ.

Род Alticola Banford. С помощью классических цитогенетических методов, включая методы дифференциальной окраски хромосом (G-, C-полосатость), можно охватить часть видов рода (A. argentatus Sev., A. barakshin Bann., A. lemminus Miller, A. macrotis Radde, A. semicanus G. Allen, A. strelzowi Kast.) и сделать лишь косвенный вклад в построение его естественной системы. При этом для всех кариотипированных видов и подвидов Alticola отмечена консервативность кариотипа, в котором, как правило, все аутосомы, за исключением самой мелкой пары, и гетерохромосомы представлены акроцентриками (2n = 56, NF = 58), что характерно и для представителей других родов трибы Prometheomyini. Однако у ряда кариологически изученных видов Alticola была выявлена межпопуляционная и межподвидовая изменчивость кариотипа, связанная с вариабельностью количества гетерохроматина в некоторых парах аутосом и гетерохромосом (Яценко, 1980; Bykova et al., 1978). Например, у принадлежащих к одной группе “stoliczkanus” видов подрода Alticola (A. barakshin, A. semicanus, A. strelzowi) отмечена вариабельность морфологии 1-й пары аутосом и гетерохромосом (Яценко, 1980) или у A. lemminus, представителя подрода Ashizomys Miller, в кариотипе изменчивыми оказались пары аутосом №№ 1, 5, 9 и гетерохромосомы (Bykova et al., 1978). Использование молекулярно-цитогенетических методов FISH применительно к некоторым представителям рода Alticola (А. barakshin, A. olchonensis Litvin., A. strelzowi и A. tuvinicus Ogn.) подтверждает представления о консервативности эухроматиновых районов хромосом и о роли вариаций гетерохроматина в формообразовании Alticola (Романенко, 2019).

Род Ellobius Fischer. Подтверждено разделение Ellobius fuscocapillus Blyth на два вида c существенными различиями хромосомных наборов: стандартно диплоидный у E. fuscocapillus (2n = 36) и с необычной системой половых хромосом (XO) у E. lutescens Thomas (2n = 17) (Воронцов и др., 1969; Ляпунова, Воронцов, 1978). Выделено три вида-двойника (вместо одного вида): E. talpinus Pall. (2n = 54, NF = 54), E. tancrei Blasius (2n = 54, NF = 56), E. alaicus Vorontsov et al. 1969 (2n = 52, NF = 56). Все три криптических вида аллопатричны, гибридизация если и есть, то локальна, широкая интрогрессия не показана (Воронцов и др., 1969; Якименко, Ляпунова, 1986).

На большей части ареала от Украины до Монголии обитают виды с 2n = 54, без субметацентрической хромосомы (E. talpinus s. str., NF = 54) и с субметацентрической хромосомой (E. tancrei, NF = 56), имеющей неоцентромеру (Bakloushinskaya et al., 2012) . Цитогенетическим открытием был Робертсоновский веер у слепушонок E. tancrei, локализованный на узкой территории долины р. Сурхоб и верховьев р. Вахш (Памиро-Алай) (Ляпунова и др., 1984).

В долине р. Сурхоба–Вахша описаны многочисленные варианты кариоморф, возникших при закреплении робертсоновских транслокаций, в т.ч. частично гомологичных (Bakloushinskaya et al., 2012; Romanenko et al., 2019). Столь широкой изменчивости хромосом (2n от 54 до 30) на ограниченном ареале не было отмечено ни у одного вида. Не подлежит сомнению, что здесь идет интенсивный процесс хромосомного видообразования. Из трех разных форм с 2n = 32–34 каждая приобрела собственный ареал. Дальше всего в этом направлении продвинулась E. alaicus, для которой только недавно описана хромосомная изменчивость (2n = 52–48) и существенно расширен ареал: от Памиро-Алая до Тянь-Шаня (Bakloushinskaya et al., 2019; Tambovtseva et al., 2022). Хромосомные перестройки у этого вида происходят в режиме “реального времени”: за 30 лет наблюдений, например, в популяции в Таджикистане закрепилась робертсоновская транслокация, диплоидное число изменилось с 50 на 48. Вероятно, такое быстрое формирование робертсоновских транслокаций может быть связано с особыми контактами хромосом в мейозе, обнаруженными у этого вида (Matveevsky et al., 2020).

Изучение мейоза у гибридов разных форм и видов слепушонок было начато еще в 1980-е годы, когда впервые были показаны “сложные гетерозиготы” – цепочки конъюгирующих хромосом, образующиеся у гибридов с большим числом транслокаций (Bogdanov et al., 1986). Позднее “сложные гетерозиготы” обнаружены у разных вариантов внутривидовых гибридов, а в случае межвидовых гибридов (E. tancrei × E. talpinus) именно анализ мейоза позволил выявить причину репродуктивной изоляции двух этих криптических видов (Matveevsky et al., 2020а).

Для криптических видов E. talpinus и E. tancrei неизвестны зоны вторичного контакта в природе. E. tancrei и E. alaicus имеют узкую зону контакта, описаны единичные гибриды, широкая интрогрессия неизвестна (Bakloushinskaya et al., 2019; Tambovtseva et al., 2022). Внутривидовые хромосомные формы E. tancrei из-за наличия негомологичных слияний не могут скрещиваться между собой, но, вероятно, как и домовые мыши в Ретийских Альпах, дают гибридов с исходной формой. Это ведет к формированию разнообразных кариотипов, “мини-вееров” в пределах каждой из трех описанных форм (Romanenko et al., 2019), и возникновению некоторого потока генов между формами из-за возвратных скрещиваний. Такую систему трудно назвать аллопатрической гибридизацией, формы обитают парапатрично с исходной, 54-хромосомной E. tancrei. В настоящее время на Памиро-Алае наблюдается значительная изменчивость кариотипов слепушонок при полном отсутствии морфологической и экологической дифференцировки (Lyapunova et al., 1980).

Род Alexandromys Ognev. 12 видов восточноазиатских полевок по морфологическим и генетическим данным недавно выделены из рода Microtus в самостоятельный род Alexandromys (Абрамсон, Лисовский, 2012). Криптические виды этого рода – A. maximowiczii Schrenk, A. mujanensis Orlov et Kovalskaya, A. evoronensis Kovalskaya et Sokolov – входят в надвидовую группу “maximowiczii” и различаются по числу и морфологии хромосом (Мейер и др., 1996), причем последние два вида выделены на основании кариологических особенностей (Орлов, Ковальская, 1978; Ковальская, Соколов, 1980). Два вида полевок – A. maximowiczii и A. evoronensis – имеют внутри- и межпопуляционную изменчивость по структурным хромосомным перестройкам, что позволило для первого вида описать разнообразие хромосомных форм (2n = 38–44) (Ковальская, и др., 1980; Kartavtseva et al., 2008), для второго – две хромосомные расы в трех изолированных популяциях юга ДВ России: эворон (2n = 38–41, NF = 54–59) и арги (2n = 34, 36, 37, NF = 51–56) (Картавцева и др., 2021). Уникальный полиморфизм этих рас заключался во множественных структурных перестройках хромосом 11 пар, включающих как центромерные, так и тандемные слияния. Для расы арги выявлено тандемное слияние двух двуплечих хромосом и одной двуплечей хромосомы c образованием крупной двуплечей хромосомы в гетерозиготном состоянии. На данном этапе мы наблюдаем процесс незавершенного видообразования с участием хромосомных преобразований в изолированных популяциях (Kartavtseva et al., 2021). Морфологический и хромосомный анализ северного подвида (в Хабаровском крае и Якутии) полевки Максимовича поставил под сомнение его принадлежность к этому виду (Воронцов и др., 1988). Дальнейшие морфологические и генетические исследования дали основание выделить этот подвид сначала в самостоятельный вид – полевку Громова (A. gromovi) (Sheremetyeva et al., 2009), а обнаружение его на о-ве Большой Шантар в Охотском море позволили дать новое видовое латинское название – A. shantaricus (Докучаев, Шереметьева, 2017).

С помощью методов молекулярной филогенетики (Bannikova et al., 2010; Haring et al., 2011) уточнен состав подрода Alexandromys: к нему отнесен ряд таксонов, филогенетическое положение которых вызывало сомнения, – А. mongolicus Radde 1861, А. middendorffii Poljakov 1881 и A. limnophilus malygini (Courant et al., 1999).

Положение A. limnophilus Büchner в различных молекулярных реконструкциях рода Alexandromys оценивается неоднозначно: A. limnophilus рассматривается как сестринский таксон A. fortis Büchner (Bannikova et al., 2010) или как базальный вид в группе “middendorffii” (Lyssovsky et al., 2018) подрода Alexandromys, или же как сестринский вид A. oeconomus Pall. (Steppan, Schenk, 2017), но уже в составе другого подрода Oecomicrotus (Krystufek, Shenbrot, 2022). По хромосомным данным кариотипы A. limnophilus (2n = 38) и A. oeconomus (2n = 30) легко гомологизируются, и их оценивали как криптические виды (Малыгин и др., 1990). В определенной степени различия кариотипов коррелируют с результатами молекулярной реконструкции (Steppan, Schenk, 2017). При этом другая группа хромосомных данных поддерживает близость 30-хромосомных видов Alexandromys (A. oeconomus, A. kikuchii Kuroda, A. montebellis Milne-Edwards) в связи со сходством их кариотипов и уникальным (синаптическим) поведением гетерохромосом в профазе мейоза (Borodin et al., 1995; Mekada et al., 2001). Эти данные согласуются с данными, полученными Банниковой с коллегами (Bannikova et al., 2010), но противоречат молекулярным реконструкциям некоторых других исследователей.

Род Microtus Schrank (подрод Terricola Fatio). В настоящее время исследованы кариотипы практически всех представителей подрода и показано, что число хромосом варьирует от 2n = 32 до 2n = 62. Высокий уровень кариологического разнообразия, выявленный в подроде Terricola, послужил пусковым механизмом для таксономических ревизий таксона, в составе которого позднее были обнаружены криптические формы на разных стадиях их таксономической дифференциации (Иванов, Темботов, 1972; Хатухов и др., 1978; Ляпунова и др., 1988; Ахвердян и др., 1992).

Так, в регионе Кавказа известны 12 морфологически сходных кариоморф подрода и признаются два криптических вида кустарниковых полевок: 1) кустарниковая полевка M. (T.) majori Thomas, которая представлена широко распространенной на Большом и Малом Кавказе лесной формой со стабильным кариотипом (2n = 54, NF = 60); 2) дагестанская полевка M. (T.) daghestanicus Shidl., объединяющая субальпийских полевок Большого и Малого Кавказа. В этом виде известно 11 кариоморф с различным числом хромосом 2n = 54, 53, 52, 46, 45, 44, 43, 42“А”, 42“В”, 40, 38, но при стабильном числе плеч хромосом NF = 58 – так называемый робертсоновский веер (Ахвердян и др., 1992).

Разные хромосомные формы M. (T.) daghestanicus аллопатричны или симпатричны, и в зонах их контакта встречаются гибридные формы. Большая часть форм веера может скрещиваться, давая плодовитое потомство, однако для некоторых форм экспериментально показана репродуктивная изоляция (Мамбетов, Дзуев, 1988). Поэтому некоторые исследователи рассматривают формы с 2n = 38 и 2n = 42“A”, с ареалом на Малом Кавказе, в качестве самостоятельного вида М. (T.) nasarovi Shidl. (Хатухов и др., 1978). Такая точка зрения, однако, не нашла подддержки у таксономистов (Krystufek, Shenbrot, 2022).

Ареалы М. (T.) daghestanicus и М. (T.) majori перекрываются на значительном пространстве Большого и Малого Кавказа. Ни в одном случае их совместного обитания не отмечалась гибридизация (Хатухов и др., 1978; Баскевич и др., 1984), что подтверждает их видовой статус. Этот вывод находит поддержку в данных по гибридизации. Так, экспериментальная гибридизация между этими видами выявила почти полную стерильность гибридных самцов и самок (Мамбетов, Дзуев, 1988).

Кавказский эндемик M. (T.) daghestanicus, характеризующийся широким хромосомным полиморфизмом робертсоновского типа, входит в одну группу c широко ареальным европейско-малоазийским видом M. (T.) subterraneus Selys-Long. В составе этого вида были обнаружены три географически замещающие кариоморфы, различающиеся как числом хромосом, так и их морфологией (Баскевич и др., 2018; Bogdanov et al., 2021). У подземных полёвок, населяющих северную часть ареала в Европе, кариотип состоит из 54 хромосом, тогда как южно-европейские популяции характеризуются 52-хромосомным кариотипом. Первоначально для этих географически замещающих кариоморф Восточной Европы постулировался видовой уровень разичий: их было предложено рассматривать как криптические виды M. (T.) dacius (2n = 52) и M. (T.) subterraneus (2n = 54) (Загороднюк, 1992). Однако результаты экспериментальной гибридизации и проведенный позднее анализ полиморфизма гена cyt b позволили установить их конспецифичность (Баскевич и др., 2018; Bogdanov et al., 2021).

Третий вариант кариотипа у подземной полевки (2n = 54, NF = 60) выявлен на севере Малой Азии: он отличается от 54-хромосомного европейского кариотипа морфологией и особенностями локализации гетерохроматина Х-хромосомы (Macholan et al., 2001). Недавно был обнаружен высокий уровень обособленности по молекулярным маркерам (cyt b, фрагменты ядерных генов BRCA1, XIST, IRBP) выборки из Самсуна, находящейся в пределах ареала этой кариоморфы (Bogdanov et al., 2021), и в последней таксономической сводке по полевочьим эту форму рассматривают как криптический вид M. (T.) fingeri Neuchauser 1936 (Krystufek, Shenbrot, 2022).

Род Microtus (подрод Microtus s. str.). Таксономическая структура большого политипического вида Microtus arvalis Pall. была полностью переработана по итогам кариологических исследований и экспериментов по гибридизации (Малыгин, 1983; Обыкновенная полевка: виды-двойники, 1994; Мейер и др., 1996). В этом виде впервые для млекопитающих выделены совместно обитающие криптические виды, Microtus arvalis Pall. (2n = 46, NF = 84) и M. subarvalis Meyer et al. (2n = 54, NF = = 56) (Мейер и др., 1969, 1972). В дальнейшем название M. subarvalis было заменено старшим синонимом M. rossiaemeridionalis Ogn. (Малыгин, Яценко, 1986). Началось изучение парапатрической зоны контакта двух 46-хромосомных таксонов в европейской части России (Мейер и др., 1997). Одновременно были обнаружены аллопатрическая и криптическая формы обыкновенной полевки с 2n = 46 и NF = 72 (Орлов, Малыгин, 1969), для которой позднее был предложено видовое название M. obscurus Eversmann (Малыгин, 1983). На видовую обособленность obscurus указывают как анализ мейоза (полное подавление кроссинговера в гетероморфных районах хромосом, что должно приводить к ограничению потока генов в зоне контакта между М. arvalis и M. obscurus) (Башева и др., 2014), так и молекулярные различия этих форм (Лавренченко и др., 2009; Булатова и др., 2010). Методом FISH выявлены молекулярные маркеры цитогенетической дифференциации этих криптических таксонов (Булатова и др., 2013). Политипия 46-хромосомного кариотипа по сайтам интеркалярной теломерной пробы (ITS) и рибосомальной ДНК (рДНК) подчеркивает генетическую обособленность M. arvalis и M. obscurus. Ареалы M. obscurus и M. rossiaemeridionalis частично перекрываются, и в этой области они ведут себя как симпатрические виды.

Показана видовая самостоятельность четырех географически изолированных форм: M. transcaspicus Sat. (2n = 52, NF = 54), M. ilaeus Thomas (2n = 54, NF = 80) (Ляпунова, Мироханов, 1969; Малыгин, 1983; Мейер и др., 1996), M. kermanensis Rog. (2n = 54, NF = 56) (Golenishchev et al., 2001) и М. mystacinus de Filip. (2n = 54, NF = 56) (Bikchurina et al., 2021).

Род Microtus (подрод Sumeriomys Argyropulo). Интерес к изучению кариотипа Microtus schidlovskii Arg. был вызван неопределенностью систематического положения крупных полевок Закавказья. Эти полевки рассматривались разными авторами как мелкая форма M. guentheri Danford et Alston либо как подвид M. socialis Pall. Анализ хромосомных наборов позволил сделать заключение, что M. schidlovskii (2n = NF = 62) принадлежит к группе M. socialis (2n = NF = 62), а не к M. guentheri (2n = 54, NF = 56). Данные по гибридизации M. socialis и M. schidlovskii показали у гибридов F₁ мужскую стерильность и сниженную плодовитость у самок. Это подтверждало видовую самостоятельность M. schidlovskii на Кавказе (Ахвердян и др., 1991, 1991a). Oписание кариотипа с другим числом хромосом (2n = 60) у M. schidlovskii из Армении говорит о возможности новых открытий в этой таксономической группе (Mahmudi et al., 2022).

Род Meriones Illiger. Впервые кариотипы песчанок 8 видов рода на территории бывшего Советского Союза и Монголии описаны сотрудниками в многочисленных работах двух лабораторий под руководством Н.Н. Воронцова (Новосибирск, Владивосток) и В.Н. Орлова (Москва). Информация об этих публикациях дана в обзорной работе Коробицыной и Картавцевой (1984). Применение методов дифференциального окрашивания хромосом исследованных видов позволило констатировать стабильность числа хромосом, показав их видовую специфичность, и выявить географическую изменчивость количества и локализации С-позитивного гетерохроматина для M. tristrami Thomas (Коробицына и др., 1984), M. libycus Licht. (Коробицына, Картавцева, 1992), M. meridianus Pall. (Коробицына, Картавцева, 1988). Было высказано предположение о возможной связи дуплицированного материала гетерохроматина хромосом с различной резистентностью особей к чумному микробу. Для M. tristrami Азербайджана внутривидовые группировки с различной резистентностью к чумному микробу также могут быть маркированы особенностями перераспределения С-гетерохроматина. Данные о наличии внутривидовой изменчивости 15-й пары хромосом M. meridianus (инверсии, делеции – дупликации, транслокации) позволили пересмотреть подвидовую структуру. Вероятно, особи, распространенные на территории Монголии, принадлежат самостоятельному виду M. psammophilus, что было показано молекулярно-генетическими методами (Neronov et al., 2009).

Род Apodemus Kaup. Хромосомные и морфологические исследования позволили четко разделить Apodemus speciosus Temm. на два вида и показать, что японская мышь (A. speciosus) обитает только на островах японского архипелага, а на материке – восточноазиатская (A. peninsulae Thomas = A. giliacus) (Воронцов и др., 1977).

Род Sylvaemus Ognev. Использование особенностей хромосом для уточнения систематического положения перспективно, даже в тех случаях, когда симпатрические формы не различаются по числу хромосом и G-окраске, как в роде Sylvaemus (2n = 48) (Челомина и др., 1998; Картавцева, 2002). Поскольку различия в положении гетерохроматиновых блоков и ЯОР могут служить маркерами инверсий, то они могут быть связаны и с нарушением мейоза у гибридов.

В некоторых районах Восточной Европы совместно распространены три вида рода Sylvaemus: S. flavicollis Melchior, S. sylvaticus L. и S. uralensis Ogn. Показаны диагностические различия этих видов по расположению гетерохроматиновых блоков и ЯОР, а также различия S. sylvaticus Западной и Восточной Европы (Орлов и др., 1996; Orlov et al., 1996). Поскольку этот вид до сих пор не изучен из места типа (Швеция, Упсала), то его номенклатура остается неясной. Остаются также неясными отношения S. uralensis Ogn. Восточной Европы и описанной из Карпат S. microps Kratochvil et Rosicky.

Для двух совместно обитающих на Кавказе видов S. uralensis Ogn. и S. ponticus Sviridenko показаны диагностические различия по гетерохроматиновым блокам, присутствующие в популяциях как восточной (Козловский и др., 1990), так и западной части лесного пояса (Баскевич и др., 2004а).

По некоторым оценкам степень дифференциации видов рода Sylvaemus имеет наименьшее значение на морфологическом уровне, наибольшие значения на изозимном уровне и средние на молекулярном и хромосомном (FISH-анализ С-позитивных районов хромосом) уровнях (Рубцов и др., 2011).

Род Mus L. Для Mus musculus musculus L., у которых неизвестен полиморфизм робертсоновского типа, в отличие от Mus musculus domesticus Schwarz et Schwarz (Капанна, 1988), описана изменчивость по количеству и распределению аутосомного гетерохроматина (Булатова и др., 1984; Якименко, Коробицына, 2007). Для различения ряда видовых и подвидовых таксонов домовых мышей Mus с одним и тем же диплоидным числом (2n = 40) могут быть использованы особенности морфологии половых хромосом, прицентромерного гетерохроматина. Кариотип M. spretus Lataste отличает миниатюрная Y-хромосома, тогда как один из вариантов X-хромосомы (‘molossinus’ type) характерен не только для обитающего в Японии M. m. molossinus, но и для всех изученных образцов Mus m. musculus L. с территории бывшего Советского Союза, а плезиоморфный вариант X-хромосомы ‘domesticus’ обнаруживается у M. m. domesticus, M. m. hortulanus Nord., M. abbotti Water. и M. spretus Lataste (Korobitsyna et al., 1993). Цитогенетические характеристики наряду с данными по изменчивости мтДНК послужили основанием для реконструкции путей расселения разных групп домовых мышей в Евразии (Suzuki et al., 2015).

В приведенных выше примерах цитогенетической дифференциации популяций мы отмечали связанные с ними гибридные нарушения, которые могут вести к возникновению репродуктивной изоляции. Для внутривидовой таксономии и микроэволюционных исследований крайне важно использование хромосомных перестроек также в качестве показателей монофилетического происхождения групп популяций (хромосомных форм). Любые фиксированные хромосомные перестройки (т.е. достигшие в популяциях частоты, близкой к 100%) указывают на генеалогическое родство таких групп популяций (Baker, Bradley, 2006). Поэтому появляется возможность сопоставить фенотипическое сходство популяций и их родство и оценить роль прошлой эволюции вида в формировании его современной географической изменчивости.

В эволюционной таксономии основной задачей считают построение монофилетических таксонов или наличие определенного соответствия между классификацией и филогенезом организмов. Но во внутривидовой таксономии такая задача не ставится из-за отсутствия сведений о филогенетических связях популяций. Систематики оценивают только сходство и различия популяций, поэтому подвид не рассматривается как “единица эволюции” за исключением редких случаев изолятов (Mayr, 1969).

Следы прошлой рефугиальной структуры вида нивелируются в процессах расселения популяций в теплые межледниковья, такие как голоцен. Следы прошлой рефугиальной структуры вида сохраняют филогруппы и популяции с хромосомными перестройками. Если для сохранения филогрупп необходима географическая или генетическая изоляция, то границы хромосомных форм могут сохраняться и в условиях свободного потока генов (Horn et al., 2012).

Например, монофилетическое происхождение трех групп подвидов горных баранов (Ovis ammon L.), первоначально показанное на хромосомах, было подтверждено и на молекулярных данных, поскольку в своей эволюции эти группы баранов оказались географически изолированными (хотя не исключено и ослабление потока генов в зонах их гибридизации). Напротив, на современном едином ареале обыкновенной бурозубки (Sorex araneus) молекулярные различия между популяциями стерты. При этом сохраняются хромосомные перестройки, указывающие на монофилетическое происхождение некоторых хромосомных рас. Такие хромосомные расы в настоящее время разделены узкими гибридными зонами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Начиная с 1970-х годов развитие методов дифференциальной окраски хромосом, а в дальнейшем FISH-анализ, последовательно повышали разрешающие уровни цитогенетической дифференциации для изучения вопросов систематики и филогенетических взаимоотношений видов. Цитогенетические исследования существенно изменили таксономию млекопитающих. Выяснилось, что многие виды, традиционно считавшиеся большими политипическими, представляют собой комплексы морфологически сходных, но генетически хорошо различимых и репродуктивно изолированных видов. Выявление криптических (скрытых видов-двойников) является необходимым звеном в описании биологического разнообразия и в то же время привлекает внимание к обсуждению на новом уровне концепций вида и видообразования.

Для систематика изучение хромосом интересно как исследование ядерных структур, изменение состава, формы и числа которых приводит к генетической изоляции. Только в конце 20-го века было показано, что для возникновения полной репродуктивной изоляции совершенно не требуется стерильность гибридов. Процесс возникновения репродуктивной изоляции складывается из двух этапов – возникновения пониженной приспособленности гибридных особей и формирования отбором этологической изоляции контактирующих популяций. Было показано, что даже в случае небольшого понижения плодовитости гетерозигот, вызванного хромосомными различиями, отбор может формировать этологическую изоляцию, преимущественное скрещивание в пределах каждой формы, вплоть до полной репродуктивной изоляции контактирующих форм. Исследования формирования отбором репродуктивной изоляции еще только начинаются и представляют перспективное направление эволюционных исследований.