СОВРЕМЕННЫЕ ХРОМОСОМНЫЕ И МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЕВРАЗИЙСКОГО ВИДА ZOOTOCA VIVIPARA (LICHTENSTEIN, 1823) (LACERTIDAE): РЕЗУЛЬТАТЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Л. А. Куприянова

Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург, Россия

larissakup@zin. ru

MODERN CHROMOSOMAL AND MOLECULAR INVESTIGATIONS

OF THE EURASIAN SPECIES ZOOTOCA VIVIPARA (LICHTENSTEIN, 1823) (LACERTIDAE): RESULTS AND PERSPECTIVES

L. A. Kupriyanova

Zoological Institute of the RAS, St. Petersburg, Russia

Живородящая ящерица – один из немногих представителей чешуйчатых пресмы — кающихся, обладающая транспалеарктическим ареалом. Она обитает во многих райо — нах Европы и Азии. Вид повсеместно распространен в северной части Евразии от Ир — ландии и Пиренейского полуострова на западе до Шантарских о-вов, на о-ве Сахалин и в северной Японии на востоке (Ананьева и др., 2004). Этим во многом объясняется по — вышенный интерес к ней зоологов различных стран. Он усиливается еще тем обстоя — тельством, что в разных частях ареала вида были обнаружены яйцекладущие и яйцежи — вородящие популяции, что редко встречается среди рептилий. Все перечисленные осо — бенности привели к многочисленным исследованиям живородящей ящерицы и позволи — ли сделать ряд важных открытий в последние десятилетия ХХ в. и первые годы ХХI в.

В настоящем сообщении будет кратко рассмотрена история изучения Lacerta (Zo — otoca) vivipara (Jacquin, 1787) (Lacertidae) (род и автор описания вида приводятся в со — ответствии с традиционными воззрениями) и обобщены результаты главным образом

цитогенетических и молекулярных исследований вида. Впервые этот вид был отмечен австрийским ботаником Ф. И. фон Жакуином (Franz Josef von Jacquin) в 1787 г. (Jacquin,

1787). В 1996 году австрийский и немецкий герпетологи В. Maйер и В. Бишофф на осно — вании комплексных данных выделили его в самостоятельный род Zootoca (Mayer und Bischoff, 1996). В работе 2011 года другие немецкие герпетологи доказали, что авторство

видового названия «vivipara» должно принадлежать автору, который впервые использо — вал это название в соответствующем номенклатурном описании вида, а именно согласно Шмидтлеру и Бёме (Schmidtler und Bőhme, 2011), Лихтенштейну (Lichtenstein 1823).

Современные исследования живородящей ящерицы Zootoca vivipara (Lichtenstein

1823) показали, что она характеризуется высоким генетическим разнообразием и высо-кой географической изменчивостью кариотипа, в первую очередь, половых хромосом. Следует отметить, что вопрос о наличии половых хромосом у рептилий и у лацертид — ных ящериц в частности долго оставался дискуссионным. Первое сообщение было сде — лано еще в 1934 году японским исследователем Огума (Oguma, 1934). Он указал, что в кариотипе самца живородящей ящерицы присутствуют 36 акроцентрических (А) хро — мосом (2n = 36), а в кариотипе самки – на одну хромосому меньше (2n = 35 А). На ос — новании этих данных им был сделан вывод о том, что у живородящей ящерицы cуще — ствует полоопределяющий механизм ZZ/ Z0 типа. Однако позднее было показано, что диплоидное число хромосом у самок и самцов вида одинаково и равно 36 (Margot,1946; Brink van, 1959). Одновременно появились работы, в которых не подтверждалось при — сутствие половых хромосом у Reptilia (Matthey et Brink van, 1956), а результаты Огума были признаны ошибочными и объяснены несовершенством использованного им мето — да парафинированных срезов. Однако исследования конца ХХ века вновь подняли во — прос о существовании половых хромосом у ящериц (King, 1977; Olmo, 1986), в том числе и у живородящей ящерицы (Chevalier et al., 1979; Куприянова, 1986).


Интенсивный кариологический анализ Z. vivipara в особенности из разных райо — нов Европы обнаружил высокую межпопуляционную изменчивость особей по структу — ре половых хромосом, по их числу и по нескольким другим характеристикам. Следует отметить, что несмотря на то, что морфология живородящей ящерицы изучена доста — точно полно, проблема идентификации таких особей из различных популяций, встре- чающихся в разных частей обширного ареала вида, стояла и до сих пор стоит весьма остро. В связи с этим обстоятельством выявленные маркерные признаки кариотипа бы — ли использованы для диагностики ящериц. В результате было установлено, что Z. vivipara представляет собой сложный комплекс, состоящий из многочисленных попу — ляций, особи которых морфологически слабо дифференцированы, но четко различают — ся по кариотипу и гаплотипу. В состав комплекса вошли семь ранее неизвестных хро — мосомных форм вида, две из которых недавно описаны как два новых яйцекладущих подвида (Z. v. carniolica Mayer, Bőhme, Тiedemann et Bischoff, 2000 и Z. v. louislantzi Ar — ribas, 2009). Кроме того, согласно современным исследованиям первый подвид может претендовать на статус вида (Lindtke et al., 2010). Статус остальных хромосомных форм остается пока неясным (Рис. 1; Таблица 1).


A Б

В Г

Рис. 1. Метафазные пластинки клеток крови Zootoca vivipara: А – 2n = 36 (самец); Б – 2n = 35 (самка), Z1 Z2 W половые хромосомы, W – акроцентрическая/субтелоцентрическая (А/ST) хромосома, Русская форма Zootoca v. vivipara; В – 2n = 35 (самка), Z1 Z2 W половые хромосомы,

W – субметацентрическая (SV) хромосома, западная форма Zootoca v. vivipara; Г – 2n = 36 (самка),

Z w половые хромосомы, w – акроцентрическая (а) микрохромосома (m), Zootoca v. carniolica.

Стрелки указывают на W — и w-половые хромосомы (Куприянова, 2004 с изменениями)

В связи со сложной ситуацией в пределах Z. vivipara в последние годы был пред — принят поиск решения проблемы структуры вида, его внутривидового разнообразия, распространения и таксономического статуса форм. Подчеркнем, что анализ одного из цитогенетических маркеров хромосом, ядрышкообразующих районов (ЯОР), позволил, например, в 1990 году высказать мнение о том, что Lacerta (Zootoca) vivipara следует выделять из рода Lacerta (Kupriyanova, 1990), что, как сказано ранее, было сделано Майером и Бишеффом в 1996 году.

Таблица 1

Характеристика кариотипов и распределение подвидов и форм Zootoca vivipara в Европе и Азии

2n

♂/♀

Система

половых хромосом

♂/♀

Морфо логия

пол-х хро-м

Яйцеклад/ живор-ие Я/Ж

Места обитания

Вид, подвид, хромосомная форма

Первая группа кариотипов

style=’mso-yfti-irow:0;mso-yfti-firstrow:yes;height:46.75pt’>

2n

♂/♀

Система

половых хромосом

♂/♀

Морфо логия

пол-х хро-м

Яйцеклад/ живор-ие Я/Ж

Места обитания

Вид, подвид, хромосомная форма

Первая группа кариотипов

mso-border-bottom-alt: .85pt;mso-border-right-alt:.75pt;mso-border-color-alt:#7F7F7F;mso-border-style-alt: solid;padding:0cm 0cm 0cm 0cm;height:35.2pt’>

36A/36A

ZZ/Zw

а

Ж

Центральная Европа

Z. v. vivipara

венгерская форма

Вторая группа кариотипов

3.

36А/35 A

ZZ/Z0?

A0?

Ж

o-в Сахалин

Zootoca vivipara

4.

36А/35 (34A+ 1 A/ST

Z1 Z1 Z2Z2

/Z1Z2W

A, ST

Я

Западная Европа

Z. v. louislantzi

(Z. v. vivipara пиренейская форма)

5.

36А/35

(34 A+ 1 A/ST

Z1 Z1 Z2Z2

/Z1Z2W

Z1 Z1 Z2Z2

/Z1Z2W

A, ST

Я

Западная Европа

Z. v. louislantzi

(Z. v. vivipara пиренейская форма)

5.

36А/35

(34 A+ 1 A/ST

Z1 Z1 Z2Z2

/Z1Z2W

A/ST

Ж

Центральная Европа

Z. v. pannonica?

6.

36А/35 (34A+ 1 ST/A

Z1 Z1 Z2Z2

/Z1Z2W

ST/A

Ж

Центральная Европа

Z. vivipara

(Z. v. vivipara австийская форма)

7.

36А/35 (34A+ 1 A/ST

Z1 Z1 Z2Z2

/Z1Z2W

A/ST

Z. v. vivipara

западная форма

На основе кариологических и зоогеографических данных был проведен анализ родственных отношений некоторых форм и подвидов Z. vivipara и определены предко — вые и производные формы и подвиды (Kupriyanova, 1990; Куприянова и Руди, 1990; Odierna et al., 1993).

Анализ нуклеотидных последовательностей гена цитохрома b митохондриальной ДНК особей Z. vivipara из различных районов Европы дал возможность построить мо — лекулярное филогенетическое древо вида (Surget-Groba et al., 2001; 2006). На филогене — тическом древе выделено 5 кластеров (A, B, C, D и E). Сопоставление всех ранее полу — ченных цитогенетических сведений с этим филогенетическим древом вида показало хорошее соответствие хромосомных и молекулярных данных (Рис. 2).

Кариотипический анализ в основном подтверждает такое подразделение и пока — зывает, что оно маркировано определенными хромосомными изменениями и возникно — вением разных форм и подвидов. Следовательно, степень согласованности молекуляр — ной и хромосомной эволюции в комплексе «живородящая ящерица» достаточно вели — ка. Однако полная согласованность отсутствует, поскольку некоторые описанные хро — мосомные формы не выделены отдельным кластером и взаимоотношения некоторых подвидов (кластер С) с другими формами также оставались не ясными, например, под — вида Z. v. pannonica и австрийской формы Z. v.vivipara? (см. Kupriyanova et al., 2006).

В итоге всех комплексных исследований большого числа живородящих ящериц из многочисленных географически разобщенных популяций на протяжении всего обширно — го ареала вида были сделаны важные выводы. Во-первых, установлено, что высокая ци — тогенетическая дифференциация вида сочетается с 1. низкой морфологической и с 2. не — высокой генетической дифференциацией описанных форм и подвидов. Во-вторых, ана-

лиз маркерных признаков хромосом предковой и производных форм Z. vivipara позволил уточнить шаги и последовательность эволюционных преобразований хромосом, в первую очередь, половой W/w – хромосомы при подвидо — и формообразовании.

E Z. v. vivipara западная форма

2n = 36/35, Z1Z2W, W – SV

D Z. v. vivipara Русская форма

2n = 36/35, Z1Z2W, W – A/ST

С Z. v. pannonica? австрийская?

2n = 36/35, Z1Z2W, W – ST/A

B Z. v. louislantzi, Z. v. vivipara

Пиренейская форма

2n = 36/35, Z 1Z2W, W – A, ST

A Z. v. carniolica 2n = 36/36, Zw, w – m

Рис. 2. Сопоставление анализа нуклеотидных последовательностей гена цитохрома b митохондриальной ДНК вида Zootoca vivipara и результатов цитогенетических исследований вида Z. vivipara. Слева: на филогенетическом древе вида, представленном группой Сургет-Гроба

(Surget-Groba et al., 2001), выделено пять кластеров (A, B, C, D и E). Справа: хромосомные формы

и подвиды с характеристиками их кариотипов, полученных в серии работ (Kupriyanova, 1990; Odierna et al., 2001; Kupriyanova et al., 2006) (Куприянова, 2004 с изменениями)

Кроме того, следует особо подчеркнуть, что все полученные в ходе многолетних изучений сведения о кариотипах яйцекладущих и яйцеживородящих подвидов и форм Z. vivipara дали возможность решить часто обсуждаемый в литературе вопрос об одно — кратном и/или многократном возникновении яйцеживорождения в эволюции Z. vivipara. Это представляло особую ценность, поскольку молекулярные исследования не давали однозначного ответа на этот вопрос и позволяли говорить как о многократном происхождении яйцеживорождения, так и/или о реверсии способа размножения. Одна- ко как видно из Таблицы яйцекладущие и яйцеживородящие подвиды и формы отмече- ны среди ящериц, имеющих очень разные характеристики кариотипов. В пределах пер — вой группы кариотипов (2 n = 36♂/36♀, Zw) яйцеживорождение обнаружено у Z. v. car — niolica и яйцеживорождение – у Z. v. vivipara, венгерская форма. Среди второй группы кариотипов (2 n = 36♂/35♀, Z1Z2W) яйцеживорождение найдено у Z. v. louislantzi и жи — ворождение – у Z. v. pannonica и Z. v. vivipara, австрийская форма; Русская форма; за — падная форма). Полученные цитогенетические результаты строго подтверждали гипо — тезу множественного, по крайней мере два раза, и независимого возникновения живо- рождения. Один раз это событие произошло у особей в популяциях с первой группой кариотипов (2 n = 36♂/36♀, Zw), а второй – среди особей популяций с резко отличаю — щимися характеристиками кариотипов (2 n = 36♂/35♀, Z1Z2W).

В ходе исследований было также продемонстрировано, что все описанные подви — ды и хромосомные формы отличаются друг от друга не только по маркерным призна — кам кариотипа, но и по характеру географического распространения. Оказалось, что в центральной Европе обнаруженные формы Z. v. vivipara и подвиды Z. v. carniolica и Z. v. pannonica обладают ограниченным ареалом и иногда характеризуются мозаичным распределением. Однако две формы имеют широкое распространение: производная за — падная форма Z. v. vivipara повсеместно встречается в западной и центральной Европе, тогда как предковая для западной формы Русская форма Z. v. vivipara преобладает в во — сточной Европе (Таблица 1). Недавно в северо-восточной Европе (Россия, Калинин- градская область) впервые были встречены обе эти формы номинативного подвида – узкоареальная для России западная форма Z. v. vivipara и узкоареальная для Калинин — градской области Русская форма подвида (Куприянова и др., 2007) и также впервые ло — кализована зона их контакта (Kupriyanova and Melashchenko, 2011). В результате даль — нейших кариологических исследований в этом же районе Европы, а именно в Польше, тоже впервые было установлено внутривидовое разнообразие Z. vivipara и уточнены границы распространения описанных форм (Куприянова и Бёме, 2012).

В дополнение к рассмотренным фактам все полученные результаты подтверждали еще раз высказанную ранее (Kupriyanova, 1997) гипотезу о том, что южный берег Бал — тийского моря является зоной вторичного контакта разных форм вида, заселение кото — рого происходило (Куприянова, 2004; Kupriyanova and Melashchenko, 2011) в послелед — никовый период с юго-запада и запада особями западной формы и с юго-востока и во — стока – особями Русской формы Z. v. vivipara. Совершенно очевидно, что в ходе даль — нейшего хромосомного анализа новые зоны вторичного контакта этих форм можно об- наружить и на территории других стран Балтийского бассейна.

В заключении необходимо подчеркнуть, что несмотря на интенсивное изучение вида хромосомные данные для живородящих ящериц из разных районов Европы и кон — кретно из северных районов центральной и восточной Европы все еще остаются очень фрагментарными. В связи с этим цитогенетическая идентификация особей Z. vivipara, структура вида, хромосомная изменчивость, происхождение и родственные отношения разных яйцеживородящих и яйцекладущих подвидов и форм и роль хромосомной реор — ганизации в процессах формо — и подвидообразования тоже остаются до конца неизу — ченными. Вместе с тем все полученные результаты ясно показывают, что всесторонние исследования сложного комплекса Z. vivipara могут пролить свет на перечисленные и другие нерешенные вопросы. Помимо этого, хромосомный анализ демонстрирует, что такие сведения необходимы не только для оценки кариотипического разнообразия вида и его охраны в разных районах Европы и Азии, но и при разработке рекомендаций по сохранению редких для обследуемых районов популяций вида.

Исследования выполнены при частичной финансовой поддержки Президента РФ по под-держке научных школ НШ 6560. 2012.4.

Список литературы

1. Ананьева Н. А., Орлов Н. Л., Халиков Р. Г., Даревский И. С., Рябов С. А., Бараба-нов А. В. Атлас пресмыкающихся Северной Евразии. С.-П., ЗИН, 2004. 232 с.

2. Куприянова Л. А. О возможных путях эволюции кариотипов ящериц. Система-тика и экология амфибий и рептилий // Труды Зоологического института РАН, 1986. Т.

157. С. 86–100.

3. Куприянова Л. А., Руди Е. Р. Сравнительно-кариологический анализ популяций живородящей ящерицы (Lacerta vivipara, Lacertidae, Sauria) // Зоол. журн., 1990. Т. 69. Вып. 6. С. 93–101.

4. Куприянова Л. А. Цитогенетические подходы к проблеме формо — и подвидооб — разования в комплексе Lacerta (Zootoca) vivipara (Lacertidae, Sauria) // Цитология, 2004. Т. 46. № 7. С. 649–658.

5. Куприянова Л. А., Мелащенко О. Б., Алексеев П. И. Кариологические исследова — ния популяций живородящей ящерицы Zootoca vivipara из зоны Балтийского бассейна (западный регион России) // Цитология, 2007. Т. 49. № 7. C. 601–606.

6. Куприянова Л. А., Бёме В. Живородящая ящерица (Lacerta vivipara (Lichtenstein

1823), Lacertidae) из северо-восточных и центральных районов Европы: внутривидовое кариотипическое разнообразие // Зоол. Журн., 2012. Т.91. № 11. С. 1428–1432.

7. Brink G. M. van. L’ expression morhologique de la diagamétie chez les Sauropsidés et les Monotrémés // Chromosoma, 1959. V.10. № 1. P. 1–72.

8. Chevalier M., Dufaure J.& Lecher P. Cytogenetic study of Lacerta (Lacertidae, Rep — tilia) with particular reference to sex chromosomes // Genetica, 1979. V.50. № 1. P. 11–18.

9. Jacquin J. F. von. Zootoca vivipara, observatio Joh. Francisci de Jacquin // Ann. Helvet., 1787. V. 3. P. 33–34.

10. King M. The evolution of sex chromosomes in lizards. Evolution and Reproduction

// Aust. Acad. Sci., Proc. 4th Int. Conf. Reprod. Evol,. 1977. P. 55–60.

11. Kupriyanova L. A. Cytogenetic studies in lacertid lizards // Cytogenetics of Am — phibians and Reptiles. Basel: Birkhäuser Verlag, 1990. P. 242–245.

12. Kupriyanova L. A. Is the Baltic Sea basin a zone of secondary contact between dif — ferent chromosomal forms of Zootoca vivipara? // Mem. Soc. Fauna Flora Fenn., 1997. V. 71. P. 96–97.

13. Kupriyanova L. A., Mayer W., Böhme W. Karyotype diversity of the Euroasian lizard Zootoca vivipara (Jacquin, 1787) from Central Europe and the evolution of viviparity. / Vences M., Kohler J., Ziegler T., Böhme W., (eds.) / Herpetologica Bonnensis, II, Proc. 13th Congress of SEH, 2006. P. 67–72.

14. Kupriyanova L. A., Melashchenko O. B. The common Eurasian lizard Zootoca vivipara (Jacquin, 1787) from Russia: sex chromosomes, subspeciation and colonization // Russian J. of Herpetol., 2011. V. 18. № 2. P. 99–104.

15. Lichtenstein H. Verzeichniss der Doubletten des Zoologischen Museums der König l. Universität zu Berlin nebst Beschreibung vieler bislangunbekannter Arten von Säugethie — ren, Vögeln. Amphibien und Fröschen. Berlin, 1823. Trautwein. 118 p.

16. Lindtke D., Mayer W., Böhme W. Identification of a contact zone between ovipa — rous and viviparous common lizards (Zootoca vivipara) in central Europe: reproductive strat — egies and natural hybridization // Salamandra, 2010. V.46. № 2. P. 73–82.

17. Margot A. Démonstration de l’ absence d’hetérochromosomes morphologiquement differenciés chez deux espéces de Saurienns: Anguis fragilis et Lacerta vivipara // J. Rev. Suisse Zool., 1946. V. 28. P. 555–596.

18. Matthey R., Brink D. M. van. La question des hétérochromosomes chez les Saurop- sides. 1. Reptiles // Experientia, 1956. V. 12. № 2. P. 53–55.

19. Mayer W., Bischoff W. Beiträge zur taxonomischen Revision der Gattung Lacerta (Reptilia: Lacertidae), Teil 1: Zootoca, Omanosaura, Timon und Teira als eigenständige Gat — tungen. Salamandra // Rheinbach., 1996. № 32. P. 163–170.

20. Odierna G., Kupriyanova L., Capriglione T., Olmo E. Further data on sex chromosomes оf Lacertidae and a hypothesis on their evolutionary trend // Amphibia-Reptilia,

1993. V.14. P. 1–11.

21. Oguma K. Studies on Sauropsid Chromosomes. Cytological evidence providing female heterogamety in the lizard (Lacerta vivipara J.) // Arch. Biol., 1934. V. 45. P. 27–46.

22. Olmo E. Reptilia. Animal Cytogenetics. Berlin-Stuttgart: Gebrüder Borntraeger, 4,

1986, 100 p.

31

 

23. Schmidtler J. F., Böhme W. Synonymy and nomenclatural history of the Common or viviparous Lizard, by this time: Zootoca vivipara (Lichtenstein 1823) // Bonn Zool. Bul.,

2011. V.60. № 2. P. 145–159.

24. Surget-Groba Y., Heulin B., Guillaume C.-P., Thorpe R., Kupriyanova L., Vogrin N., Maslak R., Mazzotti S., Venczel M., Ghira I., Odierna G., Leontyeva O., Monney J. C., Smith N. Intraspecific Phylogeography of Lacerta vivipara and evolution of viviparity // Molec. Phylogenetics and Evolution, 2001. V. 18. № 3. P. 449–459.

25. Surget-Groba Y., Heulin B., Guillaume C.-P., Puky M., Semenov D., Orlova V., Kupriyanova L., Ghira I., Smajda B. Multiple origins of viviparity, or reversal from viviparity to oviparity? The European common lizard (Zootoca vivipara, Lacertidae) and the evolution of parity // Biol. Jour. of the Linnean Society, 2006. V. 87. P. 1–11.

Материал взят из: Современная герпетология: проблемы и пути их решения — Первая международная молодежная конференция герпетологов России и сопредельных стран Санкт-Петербург, Россия 25–27 ноября 2013 г.