Палеарктические двукрылые (diptera) семейства ulidiidae: систематика, морфология, филогения и распространение
На правах рукописи
ГАЛИНСКАЯ Татьяна Владимировна ПАЛЕАРКТИЧЕСКИЕ ДВУКРЫЛЫЕ (DIPTERA) СЕМЕЙСТВА ULIDIIDAE: СИСТЕМАТИКА, МОРФОЛОГИЯ, ФИЛОГЕНИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ 03.02.05 – энтомология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Москва 2012
Работа выполнена на кафедре энтомологии Биологического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова
Научный консультант: доктор биологических наук старший научный сотрудник Шаталкин Анатолий Иванович ст.н.с. сектора энтомологии Зоологического музея МГУ имени М.В. Ломоносова
Официальные оппоненты: доктор биологических наук старший научный сотрудник Кривошеина Марина Геннадьевна Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук (ИПЭЭ РАН) ст. н. с. лаборатории почвенной зоологии и общей энтомологии кандидат биологических наук Шамшев Игорь Васильевич Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений (ВИЗР) заведующий лабораторией регуляторов роста, развития и поведения насекомых
Ведущая организация: Зоологический институт РАН
Защита диссертации состоится «26» марта 2012 г. в «15» часов «30» минут на заседании диссертационного совета Д 501.001.20 в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинские горы, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, д. 1 стр. 12, Биологический факультет, аудитория М-1.
Факс: 8(495)939-43-09;
E-mail: [email protected]
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова
Автореферат разослан «_» февраля 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета д-р биол. наук, профессор И.Р. Беме
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы Семейство Ulidiidae (Diptera) представляет собой небольшую группу мух (около 430 видов в мировой фауне), относящуюся к тефритоидному комплексу акалиптратных двукрылых. Это мелкие и среднего размера (3-10 мм) мухи, различно окрашенные, от желтого до серого и ярко-зеленого цвета, иногда с пятнами на крыльях.
Распространены практически повсеместно, причем половина видов и 75% родов обитают в Неотропике. В Палеарктике насчитывают 98 видов улидиид (Ulidiidae).
Семейство характеризуется высоким видовым разнообразием, различной степенью морфологической дифференциации родов, сложностью видовой идентификации большинства представителей семейства из-за отсутствия полных определительных ключей. Внутри надсемейства Tephritoidea семейство Ulidiidae занимает положение ближе к основанию ствола филогенетического дерева и поэтому является ключевым для понимания общей эволюции тефритоидных мух. Между тем, в отличие от других семейств Tephritoidea (Otitidae, Platystomatidae, Tephritidae), улидииды изучены еще недостаточно. Свидетельством может служить тот факт, что разные исследователи не выработали единого мнения о таксономическом статусе данной группы: одни систематики считают ее самостоятельным семейством, другие, напротив, не признают этого, объединяя улидиид с близкими отитидами (Otitidae) в одно семейство. Даже объем собственно Ulidiidae определяют по-разному. Крайне мало известно о фаунистическом составе улидиид многих регионов, в том числе встречающихся на территории нашей страны. Вместе с тем постоянно описываются новые виды, и это говорит о необходимости и перспективности проведения фаунистических обследований в целях изучения улидиид. Такие обследования сдерживались во многом по причине отсутствия современных региональных и общих определителей. Семейство Ulidiidae представляют также большой интерес как объект филогенетических и эволюционных исследований. Ряд общих вопросов, касающихся систематики и филогенетического положения данной группы мух, их биологии и экологии до сих пор остаются нерешенными.
Цели и задачи исследования Основной целью работы было комплексное изучение палеарктических представителей семейства Ulidiidae, особенностей их строения, образа жизни и распространения на территории нашей страны, анализ систематических и филогенетических связей на основании морфологических и молекулярных данных. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. Выявить и уточнить видовой состав фауны Ulidiidae России и Палеарктики, составить определительные таблицы с использованием новых категорий признаков.
2. На основании изучения особенностей строения улидиид, их биологии и образа жизни выявить внутригрупповую структуру семейства Ulidiidae (состав родов, подродов и уровень их сходств и различий).
3. Дать сравнительно-морфологический анализ признаков наружного скелета и генитальных структур самцов и самок видов семейств Ulidiidae и Otitidae. На основании полученных результатов оценить самостоятельный статус сем. Ulidiidae и обосновать его объем.
4. Охарактеризовать закономерности эволюционных преобразований гениталий в надсемействе Tephritoidea. На основании полученных результатов оценить систематическое положение сем. Ulidiidae среди тефритоидных мух.
5. Охарактеризовать типы строения и выявить основные направления морфологической специализации генитального аппарата в сестринских надсемействах Tephritoidea и Nothyboidea. На основании полученных результатов сформулировать предварительную гипотезу диверсификации этих групп как основу для молекулярных реконструкций.
6. Изучить филогенетические связи между представителями семейства Ulidiidae и Otitidae на основании данных последовательностей молекулярных маркеров COI, ITS1 и ITS2, оценить пригодность данных маркеров для филогенетических построений в этих семействах.
7. Обобщить литературные и оригинальные данные по распространению и типам ареалов видов Ulidiidae.
Научная новизна Впервые проведено комплексное изучение семейства Ulidiidae с анализом особенностей строения, таксономического состава, филогенетических связей и распространения;
Получен новый эмпирический материал по строению гениталий мух исследованного таксона и близких семейств;
Впервые выяснены общие закономерности преобразования генитальных структур в процессе эволюции семейства Ulidiidae;
Обоснован самостоятельный статус семейства Ulidiidae;
Впервые установлена нуклеотидная последовательность 5’-концевого фрагмента гена COI у 58 экземпляров 25-ти видов. Впервые реконструирована схема эволюции нуклеотидной последовательности гена COI семейств Ulidiidae и Otitidae. Определены границы изменчивости COI у разных таксономических единиц этих семейств;
Впервые получена кладограмма для семейств Ulidiidae и Otitidae, основанная на молекулярных реконструкциях;
Описаны три новых для науки вида.
Теоретическое и практическое значение работы Результаты работы вносят существенный вклад в изучение морфологии, систематики и распространения представителей семейства Ulidiidae палеарктической фауны. Показана перспективность использования гена COI в систематике щеленосных мух (Schizophora). Полученные данные по филогении семейств Ulidiidae и Otitidae могут быть использованы в систематике как надсемейства Tephritoidea, так и круглошовных мух в целом. Составленные определительные таблицы, включившие все известные к настоящему времени виды семейства Ulidiidae Палеарктики, могут быть использованы для точной диагностики видов экологами, фаунистами и специалистами по охране природы. Показана возможность использования метода ДНК-идентификации для практической оценки видового разнообразия изученных семейств.
Апробация работы и публикации Основные результаты исследований были представлены в виде докладов и стендовых презентаций на пяти международных и двух российских конференциях: XVI международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов 2009», 13-18 апреля, Эволюционная и популяционная экология (назад в будущее):
конференция молодых ученых, посвященная 90-летию со дня рождения академика С.С. Шварца, 30 марта-3 апреля (2009), IX-th European Congress of Entomology, Budapest, Hungary, August 22-27 (2010), Энтомологические исследования в Северной Азии;
VIII Межрегиональное совещание энтомологов Сибири и Дальнего Востока.
Новосибирск, 4-7 октября (2010), XVIII международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2011», 11-15 апреля (2011), 13th Congress of the European Society for Evolutionary Biology, Tbingen, Germany, August 21-24 (2011), Международный Восточно-Европейский энтомологический симпозиум, конференция «Современные проблемы энтомологии», 18-21 ноября, Воронеж (2011).
По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе статьи в журналах, рекомендованных ВАК и 7 публикаций в материалах конференций.
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, восьми глав основного текста, заключения, выводов и двух приложений. Общий объем работы – 370 страниц, из них 194 страницы – сам текст работы и 206 страниц «Приложений». Диссертация содержит 51 рисунок и 3 таблицы. Список литературы включает 236 источников, в том числе 199 иностранных работ.
Благодарности Я выражаю глубочайшую благодарность научному руководителю А.И. Шаталкину за неоценимую помощь и постоянное внимание к работе. Я глубоко благодарна Г.В. Фарафоновой за руководство курсовой и дипломной работой, а также за консультации и ценные советы. За поддержку и помощь при подготовке работы я искренне признательна заведующему кафедрой энтомологии Р.Д. Жантиеву, а также О.С. Корсуновской, Ю.В. Лопатиной и всем сотрудникам кафедры энтомологии, сотруднику кафедры биологической эволюции С.Н. Лысенкову, сотрудникам Зоомузея МГУ А.Л. Озерову, А.А. Гусакову, А.В. Свиридову. За всестороннюю помощь и советы при проведении молекулярно-генетических исследований мух я глубоко благодарна сотруднику Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН И.И. Горячевой. За проведение части молекулярно-генетического анализа мух я благодарна А.В. Борисенко (Biodiversity Institute of Ontario, University of Guelph, Guelph, Ontario, Canada). За помощь в обработке молекулярных данных я благодарна А.П. Суворову (Vienna Graduate School of Population Genetics, Austria). Я глубоко признательна за всестороннюю поддержку О.В. Бутеноп, А.В. Ежову, Ф.А. Мартыновченко, А.С. Просвирову, М.Г. Буш, А.С. Украинскому, Н.Е. Вихреву. Я благодарна моим родителям О.В. Галинской и В.Б. Галинскому за постоянную помощь и поддержку.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение Приведена краткая информация о семействе Ulidiidae, сформулированы цели и задачи исследования, обоснованы актуальность темы, ее научная новизна, теоретическое и практическое значение.
Глава 1. История изучения семейства Ulidiidae 1.1 История изучения палеарктических представителей семейства Ulidiidae на видовом и родовом уровнях Первые, не всегда совершенные описания родов и видов Ulidiidae появились в начале XIX века. Отметим важные исследования К.Ф. Фаллена (Falln, 1810), В. Вайдеманна, (Wiedemann,1824), И.В. Мейгена (Meigen, 1826), И.В. Зеттерштедта (Zetterstedt, 1840, 1947), П.Ф. Вальберга (Wahlberg, 1839), Ф.Г. Лва (Loew, 1845, 1854, 1866, 1868, 1873, 1874), а из отечественных систематиков – И.А. Порчинского (1892).
В первой половине XX века работы по систематике Ulidiidae получили новый импульс благодаря исследованиям Т. Беккера (Becker, 1905, 1906, 1907, 1913), Ф. Генделя (Hendel, 1908, 1909, 1910, 1931), В. Хеннига (Hennig, 1940, 1965) и Р. Фрея (Frey, 1908) в Европе и Ч.Г. Карена (Curran, 1935) в США. После классической работы К.Л. Меткальфа (Metcalf, 1921) по строению гениталий мух-журчалок эта категория признаков стала широко применяться и в систематике Ulidiidae.
Фундаментальная работа В. Хеннига (Hennig, 1940) в линднеровской серии “Die Fliegen der palaearktischen Region” явилась важным этапом в изучении семейства.
Монография стала на многие годы базовым руководством для нескольких поколений исследователей.
В нашей стране развитие диптерологических исследований, в том числе изучение представителей сем. Ulidiidae, связано с именем А.А. Штакельберга (1933, 1969). Важным этапом в изучении Ulidiidae являются работы В.Ф. Зайцева (Зайцев, 1982, 1984;
Zaitzev, 1983;
Городков, Зайцев, 1986). Им были изучены обширные территории Казахстана и Средней Азии, а также обработаны огромные материалы Советско-монгольской биологической экспедиции. Большой вклад в изучение семейства, и в первую очередь преимагинальных стадий развития, внесли Н.П. Кривошеина и М.Г. Кривошеина (Кривошеина, Кривошеина, 1997;
Krivosheina, Krivosheina 1995a, 1995b, 1997a, 1997b). Важными для изучения семейства Ulidiidae являются работы украинских диптерологов Е.П. Каменевой и В.А. Корнеева. Они, в числе прочего, показали, что роды Seioptera и Pseudoseioptera (Otitidae) филогенетически близки к Homalocephala (Ulidiidae) и объединили их в трибу Seiopterini (Kameneva, Korneyev, 1994, 1995, 2006).
1.2 Таксономическая структура семейства Ulidiidae и его связи с другими семействами – история изучения Следуя В. Хеннигу (Hennig, 1939, 1973), многие европейские авторы (Рихтер, 1970;
Sos, 1984;
Zaitzev, 1984;
Кривошеина, Зайцев, 1989;
Grve, 1998;
Нарчук, 2003) рассматривали Ulidiidae и Otitidae в ранге самостоятельных семейств. Американские авторы (Curran, 1934;
Steyskal, 1965, 1977, 1987), а также некоторые европейские систематики (Родендорф, 1964, 1977;
Kameneva, Korneyev, 1994), напротив, объединяли эти семейства в одно.
Проведенный детальный анализ распределения признаков, определяющих внутригрупповое разнообразие надсемейства Tephritoidea, показал, что общие особенности строения для семейств Otitidae и Ulidiidae являются плезиоморфными, или характеризуют не только эти два семейства, но и другие группы тефритоидных мух.
Синапоморфий, характеризующих группу Otitidae + Ulidiidae, не найдено. Это означает, что филогенетический статус объединения Otitidae + Ulidiidae является неопределенным и видеть в данном объединении монофилетическую группу пока нет оснований. Поэтому здесь мы следуем точке зрения В. Хеннига и рассматриваем Ulidiidae и Otitidae в качестве самостоятельных семейств. В пользу этого будут представлены некоторые доказательства (Глава 4 и 6), основанные на сравнительном анализе строения гениталий самцов.
Глава 2. Материалы и методы 2.1 Материалы и методы морфологических исследований Для выполнения диссертации проводили сборы материала в Астраханской, Саратовской, Курской, Воронежской, Мурманской, Московской областях, Кабардино Балкарии, Карелии, Крымской области (Украина) в апреле – сентябре в 2006-2011 гг.
Сбор производили с помощью кошения сачком, а также ловли на свет. Монтировку осуществляли по стандартным методикам (Нарчук, 2003). Кроме собственных сборов также были обработаны коллекции: Зоологического музея МГУ (Москва);
Зоологического института РАН (Санкт-Петербург);
Института экологии растений и животных УрО РАН и Музея природы (Екатеринбург);
Венгерского национального музея естественной истории (Magyar Termszettudomnyi Muzeum) (Будапешт);
Музея естественной истории (Naturkundemuseum) (Берлин);
Музея естествознания (Naturhistorisches Museum) (Вена). Всего было исследовано около 6200 экземпляров мух семейства Ulidiidae, относящихся к 87 видам и 800 экземпляров мух из 48 видов семейства Otitidae. Все изученные виды семейства Ulidiidae были переописаны с использованием максимального количества признаков.
Было изучено строение терминальных структур самцов и самок у большинства видов палеарктических мух семейств Ulidiidae и Otitidae, а также выборочно строение гениталий самцов в семействах Neriidae, Pallopteridae, Piophilidae, Platystomatidae, Psilidae и Tephritidae. Всего изучено строение генитальных структур самцов и самок видов Ulidiidae и 34 видов Otitidae. Для подготовки препаратов применяли стандартную методику.
2.2 Материалы и методы молекулярного анализа В исследовании проводили оценку области участка первой субъединицы цитохромоксидазы (COI) как маркера для построении надвидовой филогении. Также провели оценку области первого и второго внутреннего транскрибируемого спейсера кластера рибосомных генов (ITS1 и ITS2) как маркеров для идентификации видов и построении надвидовой филогении.
Исследования проводили на базе двух институтов: Института Биоразнообразия Университета Гуэлфа (Онтарио, Канада) и Института общей генетики им. Н.И. Вавилова (РАН). Методики исследования в этих учреждениях различались.
Материал отправляли в Канадский центр ДНК-штрихкодирования Института Биоразнообразия Университета Гуэлфа. Исследованные экземпляры мух хранятся в коллекциях Зоологического музея МГУ (Москва) и Зоологического института РАН (Санкт-Петербург). Выделение полноцепочечной ДНК проводили из одной лапки насекомого. 5’ участок 658-нп гена CO1 был амплифицирован с использованием праймеров LCO1490 и HCO2198. Условия ПЦР: I. 2 мин при 94°C;
II. пять циклов: a) 40 сек при 94°C,b) 40 сек при 45°C, c) 1 мин при 72°C;
III. 35 циклов: a) 40 сек при 94°C, b) 40 сек при 51°C, c) 1 мин при 72°C;
IV. 5 мин при 72°C. Продукты амплификации были визуализированы на 2% агарозе, и образцы были секвенированы с двух концов с использованием BIGDYE 3.1 на ABI 3730 DNA Analyzer. По результатам данного проекта получили 54 сиквенса участка COI 21 вида мух.
При проведении исследований в Институте общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН для молекулярно-генетических исследований также был использован сухой материал мух. ПЦР проводили с праймерами LCO1490 и HCO2198. Условия ПЦР: I.
1 мин при 94°С;
II. пять циклов: a) 1 мин при 94°С ;
b) 1 мин 30 сек при 45°С;
c) 1 мин 30 сек при 72°С;
III. 35 циклов: a) 1 мин при 94°С;
b) 1 мин 30 сек при 54°С;
c) 1 мин при 74°С;
IV. 5 мин при 72°С. По результатам данного исследования получили сиквенса участка COI 4 видов мух.
Были подобраны специфические праймеры и программы для амплификации ITS и ITS2 у представителей семейств Ulidiidae, Otitidae, Tephritidae и Platystomatidae. ITS F (5’-GCATATTGCAGTCCATGCTG-3’);
ITS2 R (5’-AATTCAGGGGGTAGTCCCATA 3’);
ITS1 F (5’-CCTGCGGAAGGATCATTATT-3’);
ITS1 R (5’ CGAGTTGCGAACGTCTTAGTC-3’). Праймеры подбирали, анализируя консервативные участки последовательностей генов 18S, 5.8S, 28S рибосомных РНК при помощи программы PRIMER 3. Условия ПЦР: I. 2 мин при 95°С;
II. 11 циклов: a) 20 сек при 95°С;
b) 30 сек при 65°С;
c) 1 мин 30 сек при 72°С;
III. 21 цикл: a) 20 сек при 95°С;
b) 30 сек при 55°С;
c) 1 мин при 72°С, с каждым циклом на 15 сек. дольше;
IV. циклов: a) 20 сек при 95°С;
b) 30 сек при 55°С;
c) 2 мин при 72°С;
V. 5 мин при 72°С.
Для визуализации результатов ПЦР проводили горизонтальный электрофорез в 1% агарозном геле. Секвенирование продуктов амплификации проводили с обоих праймеров с использованием ДНК-секвенатора ABI PRISMTM 377.
Филогенетический анализ. Анализ хроматограмм сиквенсов ITS1 и ITS проводили с помощью ChromasPro 13.3. Выравнивание последовательностей, полученных в результате секвенирования, проводили с помощью CLUSTAL W 1. (Thompson et al., 1994) и CLUSTAL X 2.1 (Larkin et al., 2007). Обработку хроматограмм последовательностей проводили с использованием BioEdit 7.0.5.3 (Hall, 1999). Для построения дендрограмм применяли MEGA 5.0 (Tamura et al., 2007) c использованием алгоритма ближайшего соседа (NJ). Выравнивание сиквенсов участка COI было произведено с использованием MAFFT v. 6.864b (Katoh et al. 2002). Для построения деревьев максимального правдоподобия (ML) и Байесова дерева была взята модель эволюционных замен Hasegawa-Kishino-Yano (HKY) (Hasegawa et al., 1985) c оцененной долей неизменных участков (I) и изменением скорости среди участков, следующих гамма-распределению (G). Для построения кладограммы ML использовали PhyML v. 3.0 (Guindon, Gascuel, 2003). Поддержку ветвей в дереве ML оценивали с помощью теста приближенного отношения правдоподобия (aLRT) (Anisimova, Gascuel, 2006). Анализ Байеса проводили в MrBayes v 3.2.0 (Ronquist, Huelsenbeck, 2003).
Анализ максимальной экономии (MP) был реализован в Dnapars пакета PHYLIP package v. 3.6 (Felsenstein, 2004). Для данных по баркодингу было построено консенсусное дерево методом ближайшего соседа (NJ) с применением Кимура- параметра (K2P) (Kimura, 1980), используя MEGA 5 (Tamura et. al., 2011). Уровни внутривидовой изменчивости и межвидовой дивергенции были исследованы путем попарного сравнения K2P расстояний между исследованными видами мух.
Обзор математических методов, использованных нами в работе. В разделе дан краткий обзор методов, использованных для построения филогенетических деревьев.
Глава 3. Строение, биология и образ жизни мух семейства Ulidiidae 3.1 Особенности строения наружного скелета В данной главе рассмотрены особенности внешней морфологии улидиид (рис. 1), их отличия от других групп надсемейства Tephritoidea, а также выделены апоморфные признаки. Последовательно описано строение головы, груди, брюшка, терминалий самцов и самок.
Ulidiidae отличаются от других тефритоидных семейств следующим комплексом признаков: лобная полоса слабо развита и не несет крепких щетинок, предшовные супраалярные щетинки и катэпимеральные щетинки отсутствуют. Крылья в основном прозрачные, возможны лишь темная кайма вдоль переднего края крыла, пятно на его вершине, затемненная ячейка bcu. Костальная жилка не прервана. Субкостальная жилка цельная, слегка изогнутая, не изгибается под прямым углом и не истончается к краю крыла, жилка R1 обычно голая (исключая Homalocephala, где эта жилка в щетинках только в апикальной части). Ячейка bcu c постероапикальным выступом (кроме представителей рода Homalocephala).
Рис. 1. Timia (Timia) zaitzevi Galinskaya, 2011, общий вид У самок Ulidiidae (в отличие от Otitidae) антеромедиальные аподемы на 4-6-м стернитах не развиты. Тергит и стернит 7-го сегмента сливаются, образуя синтергостернит. Затем идет выворачивающаяся мембрана яйцеклада, обычно сопоставимая по длине с акулеусом, она несет тяжи и может иметь сенсиллы. За мембраной следует довольно длинный и узкий акулеус. На конце акулеуса располагается овальный церкальный членик, часто несущий длинные щетинки (одну или несколько пар) и несколько более коротких щетинок.
В типе у представителей семейства три сферические или грибовидные сперматеки, две левые сперматеки располагаются на Т-образно раздвоенном общем канале. Однако у Euxesta две сперматеки на двух протоках. У Homalocephala, Seioptera и Pseudoseioptera четыре сперматеки, по две на T-образно раздвоенном общем канале c каждой стороны. У Tephritidae всего две сперматеки на одном T-образно раздвоенном общем канале, у некоторых представителей добавляется еще одна сперматека на одном канале. У Pyrgotidae и Platystomatidae три сперматеки, две левые сперматеки располагаются на Т-образно раздвоенном общем канале.
3.2 Биология и образ жизни мух семейства Ulidiidae Исходная и основная пищевая специализация личинок Tephritoidea – неспециализированная сапрофагия, в некоторых случаях происходит переход на питание в древесной или подкоровой зоне ствола, а также к копрофагии или фитофагии (Кривошеина, Зайцев, 1989;
Нарчук, 2003;
McAlpine, 1989).
Личинки улидиид обитают в основном в подстилке, опавшей листве, отмирающих частях растений и известны лишь для немногих видов. Личинки Timia развиваются в мокром гнилом саксауле (Мамаев, 1977). Пупарии видов рода Homalocephala находили под гниющей корой деревьев и опавшими листьями. Личинки Physiphora развиваются в гниющих растительных остатках, навозе, компосте, в гниющих фруктах, под корой отмерших деревьев (Нарчук, 2003), в экскрементах, на живых растениях. Род Euxesta в норме характеризуется сапрофагией и развитием на различных разлагающихся растительных и животных остатках.
В имагинальной фазе Ulidiidae встречаются на цветках, стволах деревьев, навозе и по типу питания являются копрофагами или сапрофагами.
Глава 4. Строение гениталий самцов Ulidiidae и их филогенетическое значение В структуре гениталий самцов Ulidiidae в основном изучалось строение эпандрия, сурстилей и эпифалла. Здесь представлены результаты сравнительно морфологического изучения гипандрия и ассоциированных с ним структур, которые ранее специально не исследовались. Они, однако, имеют очень сложное строение и этим ценны для сравнительно-морфологического анализа. Был проведен структурный анализ гипандрия в Ulidiidae и близких семействах. В главе последовательно изложены общие сведения о структуре гениталий двукрылых насекомых, последние данные о строении гениталий самцов круглошовных мух, сравнительно-морфологический анализ гениталий самцов Ulidiidae и Otitidae. Уделено внимание проблеме гомологизации частей гипопигия и судьбе гонопод и парамер в структуре гениталий круглошовных мух.
Для всех тефритоидных мух характерен длинный, часто свернутый в спираль эдеагус. У улидиид он ремневидный и спиралевидный, как правило, голый. В роде Homalocephala эдеагус относительно короткий, не свернут в спираль. В родах Ulidia, Timia и Physiphora эдеагус несет один или несколько мембранозных придатков. В этих родах апекс дистифаллуса расширен и несет несколько склеротизированных кутикулярных крючков и гланс (апикальное расширение на эдеагусе), образованный выростами и долями, окружающими гонопор. Гланс и мембранозные выросты характерны также для эдеагуса самцов мух-пестрокрылок (Tephritidae). У самцов представителей семейств Platystomatidae, Tephritidae и Pyrgotidae аподема эдеагуса имеет боковые выросты (vanes), которые часто соединяются с каждой стороны с гипандрием. Сходные выросты на аподеме эдеагуса нами обнаружены у самцов родов Ulidia, Timia и Physiphora. Можно предположить, что аподема эдеагуса тефритоидного типа начала формироваться уже у самцов Ulidiini с образования боковых выростов.
Эдеагус в семействе Otitidae всегда в щетинках или зубцах, гланс и мембранозные придатки отсутствуют;
аподема эдеагуса исходного типа Y-образная, без боковых выростов.
Мы предполагаем, что гланс и мембранозные выросты на эдеагусе возникли в качестве приспособления для фиксации длинного эдеагуса в половых путях самки во время копуляции. Этому предположению есть подтверждение. По данным В.Г. Эберхарда у самок средиземноморской плодовой мухи Ceratitis capitata Wied.
(Tephritidae) бурса образует расширения, в которые могут входить выпуклости гланса и мембранозные выросты;
в верхней части бурсы есть конический семяприемник, в который при копуляции входит генитальный стержень.
Эволюция гениталий в семействе Otitidae была связана с развитием на эдеагусе щетинок и шипов в качестве принципиально иного механизма фиксации эдеагуса в половых путях самки во время копуляции.
Рис. 2. Кладограмма возможных связей трех семейств – Otitidae, Ulidiidae и Tephritidae. Группа Otitidae + Ulidiidae является парафилетической;
группа Ulidiidae + Tephritidae – монофилетической. Род Homalocephala может занимать базальное положение относительно данных семейств. Черными кружками отмечены возможные апоморфии Если отитиды исходно не обладали глансом, тогда наличие гланса и мембранозных выростов у улидиид и других тефритоидных мух может быть их синапоморфией. Еще одна предполагаемая синапоморфия – наличие боковых лопастей на аподеме эдеагуса. В этом случае Ulidiidae s.l., т.е. Ulidiinae + Otitinae будут парафилетической группой. Таким образом, имеются филогенетические основания для рассмотрения Ulidiidae s.str. как самостоятельного семейства, сестринского к семействам Platystomatidae, Tephritidae и Pyrgotidae (рис. 2).
По строению эдеагуса и аподемы эдеагуса, показывающих ряд плезиоморфных черт, роды Euxesta, Homalocephala (Ulidiidae) и Seioptera (Otitidae) должны располагаться на кладограмме базальнее семейств Otitidae и Ulidiidae. Эти три рода сходны по симплезиоморфиям и образуют сборную группу.
Глава 5. Особенности географического распространения палеарктических представителей семейства Ulidiidae Семейство Ulidiidae распространено всесветно и включает 60 родов и около видов. В Старом свете встречается 116 видов. По нашим оценкам в пределах Палеарктики семейство представлено пятью родами и 98-ю видами. Неотропические Pterocallini, иногда рассматриваемые в качестве самостоятельного семейства, включают 27 родов и около 130 видов. Наконец, триба Lipsanini, распространенная преимущественно в Новом свете, состоит из 28 родов и около 180 видов.
Было выявлено 3 вида, новых для России, 3 вида, новых для различных регионов России, 8 видов, новых для различных стран палеарктического региона.
При рассмотрении географического распространения улидиид за основу взята типология ареалов, предложенная К.Б. Городковым (1984). Экологические особенности Ulidiidae во многом обусловлены различиями в их географическом распространении.
Распространение рода Homalocephala (8 видов в мировой фауне) является циркумбореальным борео-монтанным. Такие ареалы обусловливаются климатическим сходством и историческими связями между равнинной таежной зоной и хвойными лесами среднегорья. Также их образованию способствовали действия оледенений и трансгрессий в плейстоцене, а также нивелирующее действие Берингийского моста.
Все виды рода Homalocephala приурочены к лесной зоне (Галинская, 2011;
Rohek, Blek, 2011). Timia и Ulidia – палеарктические роды, приуроченные к субаридным и аридным областям. Они выработали специальные приспособления к жизни в засушливых условиях (развитие волосков на лапках, крючья на оральном диске, серебристо-серое опыление тела и другие). В роде Physiphora известно 24 вида, распространенных во всех географических регионах, в основном в Афротропической области, с несколькими эндемичными видами Ориентального региона и Соломоновых островов и несколькими синантропными видами, завезенными в Новый свет и Австралию. Единственный вид рода Physiphora, распространенный на территории России – Ph. alceae Preyssler, космополит, способен существовать на широком спектре разлагающихся веществ растительного и животного происхождения. Род Euxesta (около 105 видов) распространен преимущественно в Западном полушарии.
Глава 6. Положение семейства Ulidiidae в надсемействе Tephritoidea 6.1 Надсемейство Tephritoidea и положение семейства Ulidiidae в классификациях разных авторов Б.Б. Родендорф (1964, 1977) предложил систему надсемейства Trypetidea, в котором разделил семейство Otitidae s.l. на четыре подсемейства: Otitinae и Ulidiinae, Euxestinae и Pterocallinae. Близкую систему предложил В. Хенниг (Hennig, 1973). Для тефритоидных семейств он принял название Otitoidea. В. Хенниг рассматривал Ulidiidae в качестве самостоятельного семейства. Дж.Ф. Макалпайн (McAlpine, 1989) опубликовал систему надсемейства Tephritoidea. Ценным в его системе является то, что он попытался обосновать связи семейств кладистически, анализируя возможные синапоморфии. Сестринской группой для надсемейства Tephritoidea он считает надсемейство Conopoidea.
В системах Б.Б. Родендорфа (1964, 1977) и В. Хеннига (Hennig, 1973) Conopoidea (с семействами Conopidae и Stylogastridae в классификации Б.Б. Родендорфа) образует самую базальную ветвь щеленосных мух (Schizophora). Эта традиционная точка зрения в понимании таксономического положения конопид (Conopidae) получила подтверждение с хорошей поддержкой в молекулярных реконструкциях, основанных на секвенировании ряда молекул (Gibson et al., 2010). Сестринской группой для объединения Tephritoidea+Conopidae Дж.Ф. Макалпайн считает надсемейства Diopsoidea и Nerioidea. Если исключить конопид, положение которых в классификациях разных авторов не совпадает, то система Дж.Ф. Макалпайна будет во многом совпадать с системой Б.Б. Родендорфа.
Отметим, что в процитированной выше работе Дж.Ф. Гибсона с соавт. (Gibson et al., 2010) Tephritoidea является сестринской группой Psiloidea (= Diopsoidea и Nerioidea). В то же время лауксанииды (Lauxaniidae) кладистически связаны с низшими тефритоидами (в частности, с представителями Pallopteridae). Тот же результат получен южно-корейскими исследователями (Han, Ro, 2005), что подтверждает точку зрения Б.Б. Родендорфа.
В последнее время было проведено несколько обобщающих молекулярных реконструкций филогенетических взаимоотношений как внутри надсемейства Tephritoidea (Han, Ro, 2005), так и внутри всего отряда Diptera (Wiegmann et al., 2010), а также внутри круглошовных мух (Gibson et al., 2010). О последней работе мы уже говорили. Поэтому коснемся результатов двух других работ. В целом они подтверждают целостность такой группировки, как надсемейство Tephritoidea, однако его состав и отношения семейств внутри надсемейства во многом зависят от количества изученных молекулярных маркеров, количества взятых для анализа видов, а также от технических особенностей используемого метода оценки дистанций на основании молекулярных данных.
В кладограмме минимальной эволюции, построенной с помощью двухпараметрической модели Кимуры и основанной на обобщенных данных сиквенсов 12S рРНК, 16S рРНК, и COII генов (Han, Ro, 2005), сем. Pyrgotidae занимает самое базальное положение внутри высших Tephritoidea (sensu Korneyev, 1999), тогда как Ulidiidae представляют наиболее продвинутую группу. В реконструкции Б.М. Вигмана с соавт. (Wiegmann et al., 2010) получена обратная упорядоченность семейств, которая в целом соответствует традиционному пониманию их связей внутри высших Tephritoidea. Сем. Ulidiidae, в частности, является эволюционно исходной группой, а сем. Pyrgotidae – наиболее продвинутой. Отмеченная инверсия кладограммы – нередкое явление в молекулярных реконструкциях. В такого рода случаях желателен содержательный анализ исходных допущений (моделей), лежащих в основе использованных математических методов.
6.2 Положение семейства Ulidiidae в надсемействе Tephritoidea на основании изучения гениталий самцов Сравнивая тефритоидные типы гениталий с таковыми в сестринском надсемействе Nothyboidea (включает три группы с ключевыми палеарктическими семействами Psilidae, Tanypezidae и Neriidae), можно выделить эволюционно исходные варианты строения. Оказалось, что семейства Piophilidae и Pallopteridae внутри Tephritoidea и базальные семейства Diopsidae и Psilidae надсемейства Nothyboidea характеризуются близкими структурами гениталий, которые имеют, как правило, короткий эдеагус, развитый гипандрий, несущий хорошо выраженные парамеры и часто гоноподы в виде гипандриальных лопастей. Умеренные тенденции к удлинению эдеагуса наблюдаются в базальных группах обеих линий.
Ключевой апоморфией в строении гениталий высших Tephritoidea (Otitidae, Ulidiidae, Platystomatidae, Pyrgotidae, Tephritidae) является редукция гипандриальных склеритов, в частности, парамер. У улидиид и платистоматид сохраняются парамеры в виде маленьких округлых склеритов, функциональное значение которых, в отличие от лопастевидных парамер исходных групп, неопределенно. Для этих мух также характерно уменьшение гипандрия и относительное усиление эпандрия. В связи с развитием склеротизованного яйцеклада у самок апикальный отдел эдеагуса самцов сильно удлиняется, в ряде случаях он становится спиралевидным. Появление щетинок, шипиков, крючьев и мембранозных лопастей на эдеагусе, его апикальное расширение, разное по форме, являются приспособлением для фиксации эдеагуса в половых путях самки при копуляции. В этих условиях парамеры становятся излишними и редуцируются.
У самцов Neriidae – наиболее продвинутой группы в надсемействе Nothyboidea, также имело место увеличение эдеагуса, которое, однако, осуществлялось иным путем, а именно в результате одновременного удлинения и базального (базифаллус), и апикального (дистифаллус) отделов эдеагуса. Эдеагус становится коленчатым, при этом сохраняются функциональные парамеры в виде лопастей. Парамеры расположены на границе между базифаллусом и дистифаллусом. Начальную фазу процесса удлинения базифаллуса можно видеть в семействах Tanypezidae, Strongylophthalmyiidae и Megamerinidae. В традиционных системах данную группу семейств обычно объединяют с семействами Diopsidae и Psilidae в надсемейство Diopsoidea (или Nothyboidea sensu Hennig, 1973). В этом случае семейства Neriidae, Cypselosomatidae и Pseudopomyzidae объединяют в надсемейство Nerioidea (или Micropezoidea sensu Hennig, 1973).
Отмеченные выше данные об удлинении базифаллуса в Nothyboidea могут свидетельствовать о сестринской связи семейств Tanypezidae, Strongylophthalmyiidae и Megamerinidae с семейством Neriidae. Эта точка зрения отвечает позиции Дж.Ф. Макалпайна (McAlpine, 1997). Соответственно надсемейство Diopsoidea при включении в него семейства Tanypezidae будет парафилетической группой. Поэтому пока все три группы семейств лучше рассматривать как независимые таксоны.
Соответственно название Diopsoidea соотносить исключительно с семействами Diopsidae и Psilidae.
Как было отмечено в историческом очерке, европейские авторы рассматривают отитид и улидиид в ранге самостоятельных семейств. Американские исследователи объединяют семейства Ulidiidae и Otitidae в одно семейство, долгое время носившее название Otitidae, а с 1994 года (Kameneva, Korneyev) – Ulidiidae Macquart, 1835.
Для решения вопроса о таксономическом статусе семейства Ulidiidae было проанализировано распределение признаков с целью выявления возможных синапоморфий. Самцы улидиид, в отличие от самцов отитид, имеют гланс. Самцы тефритид также характеризуются наличием гланса. Наличие гланса у улидиид и тефритид мы рассматриваем в качестве синапоморфии. Это означает, что семейства Ulidiidae и Tephritidae образуют монофилетическую группу. Соответственно, отитиды и улидииды образуют парафилетическую группу (рис. 2). Нами выявлены еще две возможные синапоморфии, поддерживающие данный сценарий. Это, в частности, наличие мембранозных лопастей на эдеагусе и фултеллиформная аподема эдеагуса. В пользу нашего предположения о кладистических связях семейства Ulidiidae с Tephritidae и Platystomatidae свидетельствует ряд признаков наружного скелета.
Эдеагус в семействе Otitidae всегда в щетинках или зубцах (синапоморфия);
гланс и мембранозные лопасти отсутствуют (плезиоморфия);
аподема эдеагуса без боковых лопастей (плезиоморфия). Самки имеют стернальные аподемы (синапоморфия).
На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы.
Используя признаки гениталий самцов, в надсемействе Tephritoidea может быть выделена базальная, возможно, парафилетическая группа, включающая Piophilidae и Pallopteridae;
и монофилетическая апикальная группа, включающая семейства Otitidae, Ulidiidae, Platystomatidae, Tephritidae и Pyrgotidae. Это деление соответствует неформальному делению Tephritoidea на высших и низших (Korneyev, 1999). Внутри высших Tephritoidea отитиды занимают самое базальное положение. По структуре гениталий в надсемействе Nothyboidea также может быть выделена базальная группа включающая Diopsidae и Psilidae, и монофилетичная группа, которая в свою очередь содержит две сестринские подгруппы, одна из которых включает семейства Tanypezidae, Megamerinidae и, возможно, Syringogastridae, другая – семейство Neriidae.
Глава 7. Систематика семейства Ulidiidae Проведенный анализ признаков показал, что семейство Ulidiidae в принятом объеме образует сборную группу. Это, в частности, касается принадлежности к семейству рода Homalocephala, который показывает большое своеобразие в признаках.
Представители рода не имеют гланса и в этом отношении сближаются с Seioptera, Pseudoseioptera и другими Otitidae. В то же время эдеагус у видов этого рода лишен щетинок (наличие щетинок - апоморфия Otitidae). С другой стороны, так как род Homalocephala связан с Ulidiidae также по плезиоморфным признакам (отсутствию стернальных аподем), то нет и бесспорных доказательств его филогенетичекой связи с Ulidiidae. Поэтому мы предполагаем, что род Homalocephala дивергировал до появления предковых видов улидиид и отитид. Поскольку это примитивный род, то его следует помещать где-то в основании эволюционного ствола высших Tephritoidea (рис.
2).
Род Homalocephala показывает большое сходство с родами Seioptera и Pseudoseioptera (Otitidae). Отметим наличие двух катэпистернальных щетинок (вместо одной в типе семейства) и четырех сферических сперматек. Жилка R1, по всей длине покрытая щетинками, сближает Homalocephala с Pseudoseioptera. Своеобразные, фигурной формы пренсисеты сближают роды Homalocephala и Pseudoseioptera. Также стоит отметить, что представители Homalocephala (9 видов) и Pseudoseioptera (3 вида) обитают в лесах умеренной зоны Голарктики, а их личинки развиваются под корой поваленных деревьев. Seioptera включает один голарктический и один неарктический виды, его личинки – схизофитофаги, взрослые мухи – синантропы. Можно согласиться с Е.П. Каменевой и В.А. Корнеевым (Kameneva, Korneyev 1994, 1995) объединивших эти три рода в отдельный таксон. Однако, таксономическое положение этого таксона требует дальнейшего изучения.
Внутри улидиид выделяется четкая группа из трех родов – Timia, Ulidia и Physiphora. Эти роды объединяются по отмеченным выше апоморфным признакам в строении гениталий. Также для всех них характерна голая жилка R1, сурстили с несколькими пренсисетами, эдеагус длинный, тонкий. Шестые тергит и стернит сильно суженные и частично сросшиеся, образуют кольцо, плотно обхватывающее основание яйцеклада. Три сперматеки, у двух из них сначала идет общий проток, который потом разделяется на два. В роде Physiphora сперматеки покрыты небольшими папиллами, в родах Timia и Ulidia – гладкие. Также стоит отметить, что в роде Timia нами было выявлено три вида (Timia gussakovskyi Gorodkov, Zaitzev, T. komarowi Mik, T. albifacies Gorodkov, Zaitzev), у которых эдеагус в срединной части имеет участок, плотно покрытый относительно мощными щетинками. Эти щетинки на эдеагусе возникли параллельно аналогичным щетинкам в Otitidae. Роды Ulidia и Timia подчас очень трудно различить. К этому стоит добавить, что большинство видов этих родов встречаются в аридных и субаридных зонах Палеарктики. На основании этого можно считать, что роды Ulidia и Timia находятся еще в стадии таксономического разделения.
Среди них есть типичные, хорошо различающиеся представители, и есть виды, показывающие постепенный переход от одного рода к другому.
Наличие щетинок на апексе жилки R1 у некоторых представителей рода Euxesta может сближать его с Pareuxesta Coquillett и Chaetopsis Loew. У Euxesta notata Wied.
(типового вида), как и еще у некоторых представителей рода края аподемы эдеагуса не сильно выдаются, сурстили несут 2-4 пренсисеты. У других представителей рода Euxesta, аподема эдеагуса хорошо выражена, с хорошо заметными латеральными долями;
эпандрий очень короткий, без следа срединных сурстилей или пренсисет.
Часть аподемы эякулятора, прилегающая к спермальной сумке, вытянутая, вдвое длиннее своей ширины. Фаллус голый или иногда в волосках (этот признак сближает таких представителей с родом Notogramma Loew, 1868), реже может быть в щетинках (как у Euacaina Steyskal, 1963). У всех этих родов имеется только две сперматеки, что до некоторой степени может быть апоморфным признаком. Сперматеки обычно с гладкой поверхностью, но у некоторых представителей покрыты острыми папиллами.
В России отмечен один вид – Euxesta pechumani Curran (Сочи).
На основании проведенной работы была составлена определительная таблица для всех палеарктических видов семейства Ulidiidae. Все изученные виды были переописаны с использованием максимального количества признаков.
Было выявлено и описано три новых для науки вида:
• Timia (Timia) zaitzevi Galinskaya, • Timia (Empyelocera) flaveola Galinskaya, • Ulidia transcaspica Galinskaya, Глава 8. Исследования филогении семейства Ulidiidae и близких к нему семейств с помощью молекулярно-генетических методов Филогенетические исследования с применением молекулярных маркеров в надсемействе Tephritoidea проводились рядом авторов (Zhang et al, 2010;
Bush, 1995;
Han, Ro, McPheron, 2006;
Han, Ro, 2005, 2009). В то же время семейства Ulidiidae и Otitidae в систематическом плане не изучались, лишь некоторых исследованиях использовали по одному экземпляру из двух-трех видов этих семейств.
8.1 Применение гена COI мтДНК в молекулярно-генетических исследованиях Среди молекулярно-филогенетических маркеров одно из лидирующих мест, как по кругу решаемых задач, так и по объему проводимых исследований, принадлежит генам митохондриальной ДНК (мтДНК).
Метод идентификации видов, использующий короткие ортологичные последовательности ДНК, известный как «ДНК Баркодинг» или «штрихкодирование видов», был предложен для выявления принадлежности экземпляра к определенному виду, популяции и т.д. (Hebert et al., 2003). В настоящее время именно участок гена цитохромоксидазы I (COI) длиной в 658 н.п. утвержден в качестве стандартного маркера для ДНК-штрихкодирования животных Международным консорциумом Штрихкодов Жизни (Consortium for the Barcodes of Life: www.barcoding.si.edu). Одной из основополагающих концепций ДНК-штрихкодирования является существование хиатуса между уровнем внутри- и межвидовых генетических различий.
Возможность и эффективность применения гена COI для реконструкции филогенетических связей родов и триб в семействах до сих пор остается дискуссионной.
8.2 Реконструкция филогенетических связей в семействах Ulidiidae и Otitidae по участку гена COI Впервые была установлена нуклеотидная последовательность 5’ концевого фрагмента гена COI протяженностью 615 п.н. у 58 экземпляров 25-ти видов мух семейств Ulidiidae, Otitidae и Psilidae.
Был изучен уровень внутривидовой изменчивости и межвидовой дивергенции, отраженной в генетических расстояниях в Кимура-2 параметре между сиквенсами участка COI исследованных видов мух. У большинства исследованных видов внутривидовые различия колеблются в пределах от 0 (между особями Psila fimetaria L.
(Psilidae) до 0.03 (между особями Melieria acuticornis Lw. (Otitidae)). Только вид Melieria cana Lw. выбиваются из общей картины и имеют уровень внутривидовой изменчивости от 0.033 до 0.117. Межвидовые различия у большинства исследованных видов составляют от 0.058 до 0.227. При этом наименьшие различия наблюдаются между видами рода Melieria. Эти результаты могут указывать на глубокую внутривидовую дивергенцию вида Melieria cana и на происходящий в данный момент процесс разделения его на несколько дочерних видов. Вкупе с тем, что внутри рода Melieria небольшие межвидовые различия, можно сделать вывод о том, что это молодой род, находящийся на стадии видообразования.
Разрыва штрихкодирования формально не наблюдается. Однако, исключив из анализа род Melieria, мы получаем разрыв от 0.03 до 0.058. Таким образом, COI является эффективным маркером для штрихкодирования видов семейств Otitidae и Ulidiidae, за исключением видов рода Melieria.
Филогенетический анализ данных с помощью методов ближайшего соседа (NJ) и максимальной экономии (MP) привел к филограммам с идентичной топологией.
Модели ML и Bayes дают несколько иную картину положения на дереве изученных видов. По топологии эти деревья различаются как между собой, так и с деревьями, построенными методами NJ и MP. Однако степень статистической поддержки практически всех узлов (приближенное отношение правдоподобия в ML;
постериорные вероятности в Bayes) составляет более 50%, то есть в некоторых ключевых узлах она гораздо выше бутстреп-поддержки в кладограммах, построенных методами NJ и MP.
Говоря об итоговых результатах молекулярных исследований по гену COI, стоит отметить, что мы так и не получили дерево, полностью удовлетворяющее нас по всем показателям. Вопреки ожиданиям, деревья, построенные с помощью более простых методов (которые обычно не выявляют филогению), NJ и MP, в большей степени согласуются с традиционной филогенией семейства, основанной на морфологии.
В целом полученные результаты следует оценить положительно. Их анализ позволяет сделать ряд важных выводов.
Так, на всех деревьях все исследованные представители рода Physiphora отходят монофилетичным кластером с высокой поддержкой узла (0.93/70.2/0.92/1 для данных NJ/MP/ML/Bayes анализов соответственно). Это подтверждается и морфологическими данными о роде, все представители которого имеют очень сходное строение внешнего скелета и генитальных структур. Базальное положение рода Physiphora на кладограммах согласуется с данными по его широкому распространению – единственный из всех родов семейства Ulidiidae он отмечен во всех географических регионах, а два вида (Ph. alceae и Ph. clausa F.) являются космополитами. Ранняя дивергенция могла позволить представителям этого рода расселиться столь широко.
Кластер, объединяющий всех исследованных представителей родов Timia и Ulidia, с относительно высокой поддержкой представлен на всех деревьях. Это согласуется с морфологическими данными, по которым эти два рода очень близки между собой по признакам внешней морфологии и генитальных структур и практически не имеют хиатуса;
иногда встает вопрос об объединении этих родов в один. Образование общего кластера родами Timia и Ulidia на всех деревьях может служить основанием для изучения внутригрупповой структуры родов. Эта точка зрения подтверждается и данными по распространению – большинство видов обоих родов встречается в аридных и субаридных зонах Палеарктики.
Кластер, отвечающий роду Melieria, выделяется на всех кладограммах с высокой поддержкой узла. Это соответствует полученным нами данным о небольшой межвидовой дивергенции видов этого рода по сравнению с другими родами. Melieria представляет молодой род, находящийся на стадии интенсивного видообразования.
Монофилия семейства Ulidiidae в объеме, принятом В. Хеннигом (Hennig, 1940), т.е. с включением Homalocephala, не подтверждается ни на одной дендрограмме.
Положение рода Homalocephala неоднозначно. На дендрограммах, построенных методами NJ и MP, все исследованные представители этого рода образуют единый кластер, однако, с невысокой поддержкой узлов. На дендрограмме, построенной методом ML, каждый вид отходит отдельно от разных точек общей филограммы с высокой поддержкой узлов. На дендрограмме, построенной Байесовым методом, H.apicalis Wahlberg группируется с Ph.alceae, а виды H.angustata Wahlberg и H.albitarsis Ztt. отходят отдельными линиями от политомического узла. Однако виды внутри рода Homalocephala имеют высокую степень сходства по всем рассмотренным признакам. Данные по распространению показывают, что большинство его представителей имеют циркумбореальный борео-монтанный ареал. Положение рода Homalocephala на всех кладограммах между представителями семейства Ulidiidae и Otitidae не противоречит высказанному нами предположению об исходном статусе этого рода относительно семейств Ulidiidae и Otitidae (рис. 3).
Рис. 3. Три варианта реконструкции связей семейства Ulidiidae в зависимости от использованного математического метода: монофилетический вариант (а) и два парафилетических варианта (б, в), один из которых является инверсным по отношению к другому Отметим еще одну важную особенность использованных математических методов, выявленную в нашем исследовании. Применительно к оценке одних и тех же данных они дают несовпадающие кладограммы. Метод ML дает реконструкцию, в которой Ulidiidae и Otitidae находятся в сестринских отношениях (рис. 3а). Методы NJ и MP (рис. 3б) с одной стороны, и Байесов метод (рис. 3в), с другой, дают инверсные по отношению друг к другу варианты кладограмм, в которых семейство Ulidiidae является парафилетической группой.
8.3 Изучение первого и второго внутренних транскрибируемых спейсеров рибосомального кластера (ITS1 и ITS2) Для многих групп насекомых в качестве молекулярного маркера был выбран ITS2. В некоторых работах была показана применимость маркера ITS1 для различения близких видов в семействе Tephritidae (Barr et al, 2006;
Virgilio et al, 2008), Tachinidae (Smith et al. 2006), а также Calliphoridae (Marinho et al., 2011).
В наших исследованиях показано, что многокопийные спейсеры ITS1 и ITS различаются даже у одной особи и по этой причине не дали согласованных результатов в филогенетических реконструкциях семейств Ulidiidae и Otitidae.
Приложения Приложение 1. В приложении дается формальное описание (данные по строению и распространению) изученного коллекционного материала, включая типы.
Приложение 2. В приложении приводятся полученные последовательности ДНК.
Заключение На основании проведенного исследования составлена развернутая характеристика семейства Ulidiidae с анализом видового состава и распространения в пределах Палеарктики, особенностей морфологического строения мух, их биологии и образа жизни. Получены новые данные по морфологии, таксономии и систематике семейства.
Впервые было детально изучено строение гипандрия и ассоциированных с ним структур генитального аппарата самцов в различных семействах Tephritoidea.
Полученные сравнительно-морфологические данные свидетельствуют о кладистической связи семейства Ulidiidae s.str. с семействами Platystomatidae и Tephritidae. Соответственно Otitidae s.str. занимает на кладограмме тефритоидных мух базальное положение относительно этих трех семейств. Это означает, что семейство Ulidiidae s.l. (Ulidiidae s.str. + Otitidae s.str.), принимаемое американской диптерологической школой, является парафилетическим. Поэтому с филогенетической точки зрения Ulidiidae s.str. должно рассматриваться в качестве независимого семейства в надсемействе Tephritoidea.
Одновременно было показано, что семейство Ulidiidae s.str. в его традиционном понимании является сборной группой. Из него должны быть выведены роды Homalocephala и Euxesta (Lipsanini), а также неотропические Pterocallini. Для решения вопроса о филогенетическом положении этих групп внутри Tephritoidea необходимо привлечение дополнительных данных по строению гипандрия у представителей базальных семейств тефритоидных мух (Lonchaeidae, Pallopteridae, Piophilidae, Richardiidae) и морфологически близких к ним базальных групп надсемейства Nothyboidea. Специальных исследований в этом плане не проводилось. Равным образом представляется интересным и перспективным проведение молекулярных сравнений представителей этих семейств, которые в этом плане также не изучались.
Выводы 1. Фауна Ulidiidae Палеарктики включает 98 видов, России – 45 видов. Выявлены 3 новых вида для фауны России, 3 вида – для различных регионов России, 8 видов – для различных стран Палеарктического региона. Описано три новых для науки вида.
Составлены оригинальные таблицы для определения всех палеарктических видов семейства Ulidiidae.
2. Внутри семейства Ulidiidae выявлена монофилетическая группа из трех родов (Ulidia, Timia, Physiphora), составляющих трибу Ulidiini. Роды Euxesta и Homalocephala занимают обособленное положение и не имеют синапоморфий, связывающих их с Ulidiini.
3. По строению эдеагуса и аподемы эдеагуса, показывающих ряд плезиоморфных черт, роды Euxesta (Lipsanini), Homalocephala (Ulidiidae) и Seioptera (Otitidae) должны располагаться на кладограмме базальнее семейств Otitidae и Ulidiidae. В то же время эти три рода показывают сходство лишь по симплезиоморфиям и образуют сборную группу.
4. Признаки, общие для семейств Otitidae и Ulidiidae, являются плезиоморфными или характеризуют не только эти два семейства, но и другие группы Tephritoidea. Это означает, что филогенетический статус объединения Otitidae + Ulidiidae является неопределенным;
видеть в данном объединении монофилетическую группу пока нет оснований.
5. Дан сравнительный анализ генитальных структур представителей Ulidiidae и близкого семейства Otitidae. Эдеагус улидиид ремневидный, обычно голый и в покое свернут в спираль. Имеется хорошо развитый гланс и мембранозные лопасти. В родах Euxesta и Homalocephala гланс отсутствует;
кроме того, у самцов Euxesta эдеагус покрыт короткими редкими щетинками. Эдеагус в семействе Otitidae всегда в крупных щетинках или зубцах, гланс и мембранозные лопасти отсутствуют.
6. Выявлены синапоморфии, связывающие Ulidiidae (в объеме Ulidiini) с семействами Platystomatidae и Tephritidae. К числу этих синапоморфий относятся наличие гланса и мембранозных лопастей на эдеагусе, а также фултеллиформная аподема эдеагуса. Ulidiidae s.str. являются сестринской группой Tephritidae и Platystomatidae. Семейство Otitidae s.str. в этом случае будут представлять более базальное ответвление на кладограмме Tephritoidea.
7. Проанализированы основные направления морфологической специализации гениталий самцов в тефритоидной линии (Tephritoidea). Основные изменения связаны с удлинением эдеагуса и одновременным ослаблением, вплоть до полного исчезновения парамер и лопастевидных производных гонопод. Аподема эдеагуса из стержневидной в исходных группах преобразуется в фултеллиформную в результате развития пары боковых лопастей (vanes), соединяющихся в норме с боковыми стенками гипандрия. В семействе Ulidiidae мы видим начало процесса преобразования аподемы эдеагуса.
8. Проведено сравнение основных направлений специализации генитального аппарата в надсемействах Nothyboidea и Tephritoidea. Базальные группы этих надсемейств характеризуются коротким эдеагусом и хорошо выраженными парамерами. В обеих линиях имеет место удлинение эдеагуса в продвинутых группах.
У самцов Tephritoidea удлиняется апикальный отдел эдеагуса. У самцов Nothyboidea удлиняются базальный и апикальный отделы эдеагуса;
эдеагус становится коленчатым, при этом сохраняются и парамеры. Составлена предварительная филогения семейств Tephritoidea и Nothyboidea в качестве основы для проведения молекулярных реконструкций.
9. Каждый род семейства Ulidiidae характеризуется своим типом ареала. Timia и Ulidia – палеарктические роды, приуроченные к субаридным и аридным областям. Род Physiphora представлен в основном в субтропиках Афротропической области.
Единственный вид рода Physiphora, распространенный на территории России – Ph.
alceae является космополитом. Распространение рода Homalocephala является циркумбореальным борео-монтанным. Род Euxesta распространен преимущественно в Западном полушарии. Несколько видов отмечено в Палеарктике, в фауне России – один вид, Euxesta pechumani.
10. Показано, что COI является эффективным маркером для различения видов семейств Otitidae и Ulidiidae, за исключением видов рода Melieria. Род Melieria, выделяется на всех кладограммах с высокой поддержкой и показывает наибольший уровень внутривидовых различий и наименьший – межвидовых. Это свидетельствует о том, что Melieria представляет собой молодой род, находящийся на стадии интенсивного видообразования.
11. Монофилия семейства Ulidiidae в объеме, принятом В. Хеннигом (Hennig, 1940), т.е. с включением Homalocephala, не подтверждается ни на одной молекулярной реконструкции. Положение самого рода Homalocephala неопределенно. На кладограммах (MP и NJ) род Homalocephala образует сестринскую группу относительно семейства Otitidae. На других кладограммах (ML и Bayes) виды Homalocephala входят в оба семейства в качестве их базальных элементов.
12. На всех кладограммах роды Timia и Ulidia образуют смешанный кластер. Это согласуется с морфологическими данными, по которым эти два рода очень близки между собой по признакам внешней морфологии и генитальных структур, практически не имеют хиатуса. Этот вывод также подтверждается данными по распространению Ulidia и Timia в аридных и субаридных зонах Палеарктики.
13. Применительно к оценке одних и тех же молекулярных данных разные математические методы дают несовпадающие кладограммы (рис. 3). Вместе с тем, все кладограммы подтверждают полученный вывод о самостоятельности семейства Ulidiidae.
Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Галинская Т.В. Диагностика семейства Ulidiidae (Diptera) Палеарктики // Тезисы докладов XVI международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2009», 13-18 апреля 2009г. Секция Биология / МГУ им.
М.В.Ломоносова. – М.: Макс пресс, 2009. – С.123–124.
2. Галинская Т.В. Разделение семейств Ulidiidae и Otitidae (Diptera) на основании морфологии гениталий самцов // Эволюционная и популяционная экология (назад в будущее): Материалы конференции молодых ученых, посвященной 90- летию со дня рождения академика С.С.Шварца, 30 марта-3 апреля 2009г., Секция «Изменчивость и методы ее изучения» / УрО РАН. – Екатеринбург: Гошицкий, 2009. – С. 34–37.
3. Галинская Т.В. К таксономическому положению рода Euxesta Loew, (Diptera, Ulidiidae) // Бюл. моск. о-ва испытателей природы. Отд. биол. – 2010. – Т.115.
– Вып.2. – С.67–70.
4. Galinskaya T. Ulidiidae (Diptera) of Russia // IX-th European Congress of Entomology, Budapest, Hungary August 22-27, supplementary
Abstract
book. – 2010. – P.247.
5. Галинская Т.В. Двукрылые семейства Uliidiidae (Diptera) Сибири и Дальнего Востока. // Энтомологические исследования в Северной Азии: Материалы VIII Межрегионального совещания энтомологов Сибири и Дальнего Востока. Новосибирск, 4-7 октября 2010. – С. 59–60.
6. Галинская Т.В. Типы ареалов мух семейства Ulidiidae Палеарктической области// Тезисы докладов XVIII международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2011», 11-15 апреля 2011г. Секция Биология / МГУ им.
М.В.Ломоносова. – М.: Макс пресс, 2011. – С.115.
7. Galinskaya T.V. Review of the yellow-bodied species of the genus Timia (Diptera:
Ulidiidae) with description of two new species. // Zootaxa. – 2011. – T. 2888. – P. 1–22.
8. Galinskaya T.V. Morphological evolution of male genitalia in Tephritoidea and Nothyboidea // 13th Congress of the European Society for Evolutionary Biology, Tbingen, Germany, August 21-24, abstract book. – 2011. – P. 734.
9. Galinskaya T.V. A new species of Ulidia (Diptera: Ulidiidae) from Turkmenistan and Uzbekistan // Zoosystematica Rossica. – 2011. – Т. 20, №1. – С. 153–158.
10. Галинская Т.В. Изучение первого и второго внутренних транскрибируемых спейсеров рибосомального кластера (ITS1 и ITS2) в семействах Ulidiidae, Otitidae, Tephritidae и Platystomatidae // Международный Восточно-Европейский энтомологический симпозиум: Материалы конференции «Современные проблемы энтомологии», 18-21 ноября 2011г. / Воронежский государственный университет. – Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета. – 2011. – С. 39–43.
11. Галинская Т.В. Фауна семейства Ulidiidae (Diptera) Сибири и Дальнего Востока // Бюл. моск. о-ва испытателей природы. Отд. биол. – 2011. –Т.116, Вып.5. – С.74–78.