КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 16-14-10118

НазваниеИнтегративная таксономия как инструмент оценки биоразнообразия в богатых видами таксонах

РуководительКантор Юрий Израилевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук, г Москва

Годы выполнения при поддержке РНФ 2016 - 2018  , продлен на 2019 - 2020. Карточка проекта продления (ссылка)

КонкурсКонкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-101 - Зоология

Ключевые словамоллюски; Gastropoda; интегративная таксономия; видовые гипотезы; криптические виды; секвенирование; COI

Код ГРНТИ34.03.21


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Реалистическая оценка биоразнообразия Мирового океана является базисом развития теоретических исследований и прикладных аспектов, связанных с рациональным использованием природных ресурсов. Традиционно морфологические признаки являются основой видовой диагностики. Развитие молекулярно-филогенетических методов и алгоритмы разделения видов на основании анализа ДНК показали, что видовые гипотезы, основанные на морфологии и молекулярных данных, часто не совпадают. В ряде случаев морфологически различные формы не отличаются генетически (полиморфные виды) и наоборот, формы значительно различающиеся по последовательностям ДНК могут быть неразличимы морфологически (криптические виды). Существование криптических видов может быть выявлено только при совместном анализе морфологических и молекулярных признаков. В последнее время все большее развитие приобретает интегративная таксономия, под которой подразумевается использование всех возможных источников данных для подтверждения видовых гипотез. Важнейшим источником таких данных (в дополнении к морфологии) в настоящее время являются молекулярные исследования. Брюхоногие моллюски являются наиболее значимым компонентом донных биоценозов и составляют около 20% известного видового разнообразия морских многоклеточных беспозвоночных. До настоящего времени видовая принадлежность моллюсков основывалась на строении раковины, что не позволяет в большинстве случаев идентифицировать криптические виды. Индо-Вест Пацифика является центром биоразнообразия морской биоты, с наибольшим видовым разнообразием в прибрежных водах Индонезии, Филиппин и Папуа-Новой Гвинеи ("коралловом треугольнике"). Так фауна только Филиппинского архипелага насчитывает по консервативным оценкам 12000-15000 рецентных видов брюхоногих моллюсков. Фауны многих акваторий непосредственно окружающих "коралловый треугольник" исследованы явно недостаточно, из-за чего границы этого центра биоразнообразия остаются во многом условными. Наши исследования показывают, что локальная фауна брюхоногих моллюсков залива Нячанг (Южный Вьетнам) не уступает хорошо исследованным фаунам Филиппин и Новой Каледонии по крайней мере по некоторым таксонам брюхоногих моллюсков. При этом, в целом, фауна брюхоногих моллюсков прибрежных вод Вьетнама исследована недостаточно. Проект нацелен на ревизию биоразнообразия брюхоногих моллюсков Южного Вьетнама, основанную на массовом применении молекулярно-филогенетических методов наряду с классическими методами фаунистических и таксономических исследований (интегративная таксономия). Привлечение молекулярных методов позволит получить уточнённые оценки видового разнообразия в группах со сложной таксономией и значительной пропорцией видов двойников. На основании полученных данных будут выявлены комплексы видов двойников и проведена их таксономическая ревизия. В итоге, будут уточнены существующие списки видов брюхоногих моллюсков, в частности, выявлены локальные эндемики. На основании сравнения последовательностей маркера COI разных географических популяций ряда видов брюхоногих моллюсков, будет характеризована генетическая структура Вьетнамских популяций и оценена степень их дивергенции по отношению к популяциям из других регионов Индо-Пацифики, в первую очередь, "кораллового треугольника". Новизна определяется тем, что интегративная таксономия остается новейшим подходом в зоологических исследованиях, а основной район работ (Вьетнам) остается практически нетронутым с точки зрения интегративного подхода, прежде всего из-за отсутствия молекулярно-филогенетических данных по брюхоногим моллюскам. Актуальность тематики определяется необходимостью корректных оценок биоразнообразия для разработки стратегий менеджмента окружающей среды, обеспечения стабильного функционирования морских сообществ, их эффективного практического использования, выявления локальных очагов видового разнообразия, создания морских охраняемых территорий и тд. Выявление криптических видов и оценка степени их родства имеют огромное значение для исследования процессов видообразования и влияния окружающей среды на морфологию. Научный коллектив является одной из ведущих и общепризнанных в мире групп работающих в области систематики, эволюции и разнообразия морских брюхоногих моллюсков. На основании проведённых исследований за последние пять лет члены научного коллектива описали более 67 новых видов, из которых 28 выявлены молекулярными исследованиями. Руководитель и участники проекта имеют значительный опыт молекулярно-филогенетических исследований, как нацеленных на ревизии комплексов, так и разрешающих филогении крупных таксонов брюхоногих моллюсков. В нашем распоряжении имеется уникальный материал по фауне брюхоногих моллюсков Южного Вьетнама и Филиппин, собранный с 2010 по 2015 годы и зафиксированный для выделения ДНК необходимого качества (всего более 2500 проб и более 400 видов), который будет обработан во время выполнения проекта.

Ожидаемые результаты
Предполагается получить не менее 1700 оригинальных генетических последовательностей из уже имеющегося в распоряжении группы материалов и из нового, планируемого собрать в ходе выполнения проекта. На основании полученных данных по молекулярным последовательностям будут выявлены комплексы видов-двойников и проведена их таксономическая ревизия. В итоге, будут уточнены существующие списки видов брюхоногих моллюсков, в частности, выявлены локальные эндемики. На основании сравнения последовательностей маркера COI разных географических популяций ряда видов брюхоногих моллюсков, будет характеризована генетическая структура Вьетнамских популяций и оценена степень их дивергенции по отношению к популяциям других регионов Индо-Пацифики, в первую очередь, "кораллового треугольника". Главными отличием нашей работы от стандартного баркодинга будет то, что для каждая последовательность будет ассоциирована с конкретным таксономическим названием. Соответственно полученные данные могут использоваться в дальнейшем для таксономического определения (по баркоду) не только специалистами-малакологами, но и специалистами работающими в области экологии, мониторинга и тд.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2016 году
За первый год выполнения проекта разобран и систематизирован материал по морским брюхоногим моллюскам, собранный в предыдущие и в текущем году (в 2016 г. частично за счет средств гранта проведена экспедиция в Нячанг, центральный Вьетнам) для последующего выделения ДНК. Пробы были рассортированы до морфовидов, таксономическое определение проведено до уровня рода для групп, для которых не существует ревизий и региональных сводок, в большинстве случаев до вида. Каждому образцу был присвоен уникальный инвентарный номер, включающий двухбуквенное уникальное сокращение названия семейства, двухбуквенное обозначение региона сбора и порядковый номер. Номер един для образца тканей и для ваучера (раковины и мягкого тела). Все пробы внесены в базу данных. В настоящий момент база включает в себя 840 экземпляров, относящихся к 41 семейству и 129 родам. В текущем году из ~250 образцов тканей моллюсков была выделена ДНК; и в последующем были успешно амплифицированы филогенетически-значимые последовательности пяти генов, митохондриальных СО1 (1-я субъединица цитохром оксидазы), 12S и 16S рРНК, и ядерных Н3 (гистон 3) и 28S рРНК. Всего было секвенировано около 400 нуклеотидных последовательностей (около 800 реакций секвенирования с прямого и обратного праймеров), которые позволили существенно расширить имеющиеся данные для ряда семейств Gastropoda, а для некоторых групп (семейства Marginellidae и Cystiscidae) более 100 нуклеотидных последовательностей получены впервые. В процессе работы были выделены группы видов, потенциально являющиеся видовыми комплексами, главным образом из семейств Turridae, Cassidae, Fasciolariidae, Marginellidae, Olividae, Mitridae и Costellariidae. Для сравнения был получен материал из Индо-Пацифики из Национального музея естественной истории Франции (MNHN, Париж), собранный при участии исполнителей гранта в нескольких крупных международных экспедициях (Южный Мадагаскар, Мозамбик, Филиппины, Вануату, Папуа Новая Гвинея, Новая Каледония, Французская Полинезия). В отчетном году были проведены исследования таксономии и филогении нескольких групп морских хищных брюхоногих моллюсков. Важным направлением исследований было выполнение всего объёма исследований, в рамках подхода интегративной таксономии – от предложения молекулярно и морфологически обоснованных видовых гипотез до формального присвоения таксономических названий и описания видов, если они оказывались новыми для науки. Выбор групп для исследования определялся как нашим предшествующим опытом работы в близкородственных таксонах, так и их значением для построения общей филогении морских брюхоногих. Были изучены последовательности нуклеотидов фрагмента митохондриального гена COI 37 экземпляров рода Ancilla Lamarck, 1799 (сем. Olividae, Neogastropoda) из различных районов Индо-Пацифики и 5 видов других родов Olividae, использованных в качестве внешних групп при молекулярно-филогенетическом анализе. Виды рода Ancilla, распространенного в тропической зоне Индо-Пацифики и насчитывающего около 45 рецентных видов, крайне сходны морфологически. Раковины видов Ancilla морфологически малоинформативны, представляя ограниченное число диагностических признаков; по этой причине род Ancilla весьма сложен для таксономического анализа. Молекулярно-филогенетический анализ и использование метода ABGD (Automatic Barcode Gap Discovery - Puillandre et al., 2012) выявил в нашем материале 11 молекулярных таксономических единиц (МТЕ), представляющих первичные видовые гипотезы. Последующее доскональное исследование морфологии позволило выявить диагностические признаки для всех обнаруженных МТЕ, подтверждая предложенные видовые гипотезы. Анализ литературы и типовых материалов показал, что только пять из исследованных видов имеют валидные названия. По некоторым выделенным видам материал был недостаточен для описания новых таксонов, четыре вида описаны как новые для науки, причем одна пара сестринских видов оказалась настоящими видами-двойниками (следуя терминологии Mayr, 1942 и Steyskal, 1972). Один новый вид, который конхологически (по строению раковины) почти неотличим от считавшегося полиморфным видом Ancilla ventricosa (Lamarck, 1811), достоверно отличается от него окраской тела и строением радулы. По результатам работы опубликована статья в журнале Ruthenica, Russian Malacolological Journal, входящем в базы цитирования Scopus и РИНЦ. Надсемейство Conoidea одно из самых эволюционно успешных групп морских брюхоногих моллюсков, включающая 15 семейств и более 4600 современных видов, при этом десятки новых видов описываются ежегодно. Коноидеи отличаются высоким уровнем гомоплазии раковины, что затрудняет их видовую идентификацию. Одной из функционально-морфологических особенностей коноидей, в значительной степени обусловившей их успех и высокий уровень видообразования, является наличие специализированной ядовитой железы. Ядовитая железа открывается в передний отдел пищеварительной системы и продуцирует нервно-паралитические токсины белковой природы, активно исследуемые для нужд фармакологии. В процессе эволюции коноидей появился уникальный механизм использования отделившихся от радулярной мембраны зубов радулы для повреждения покровов добычи или впрыскивания секрета ядовитой железы через полость (в этом случае трубковидного, гарпунообразного) зуба. В результате появился крайне эффективный механизм охоты коноидей, позволивший моллюскам этой группы освоить питание не только беспозвоночными, но и рыбами. Один из видов семейства Pseudomelatomidae – Crassispira cerithina (Anton, 1838) – широко распространен в Индо-Пацифике; на данный момент это единственный представитель семейства, для которого был исследован состав секрета ядовитой железы. Вид имеет столь характерную скульптуру раковины, что его валидность никогда не подвергалась сомнениям. Тем не менее, исследования в полевых и лабораторных условиях позволило нам предположить, что под названием Crassispira cerithina скрывается два вида, отличающихся деталями формы и скульптуры раковины. Это было подтверждено анализом фрагмента митохондриального гена COI и ядерного гена 28S. Филогенетические деревья, построенные Бэйесовским анализом и методом максимального правдоподобия (Maximum likelyhood) однозначно подтвердили существование двух самостоятельных видов, симпатрических в нескольких регионах Индо-Пацифики. Хотя виды не различаются по морфологии мягкого тела и радулы, они достаточно надежно отличаются конхологически. Один из видов был однозначно идентифицирован как Crassispira cerithina (благодаря исследованию сохранившегося типового матерала), другой описан как новый для науки, Crassispira scala n. sp. Благодаря молекулярно-филогенетическим методам мы смогли оценить границы изменчивости конхологических признаков, что позволило выявить еще два неописанных вида со сходной скульптурой раковины, из которых по крайней мере один ранее приводился в литературе как Crassispira cerithina. Оба описаны как новые для науки. Результаты опубликованы в Journal of Molluscan Studies, а статья доступна он-лайн в Advance access. doi:10.1093/mollus/eyw036 Семейство Turridae (Conoidea) включает по последним данным 14 родов, в том числе род Lophiotoma Casey, 1904 (Bouchet et al., 2011), широко распространеный на небольших глубинах в тропической Индо-Пацифике. Благодаря достаточно крупным размерам моллюски этого рода представляют характерный элемент фауны прибрежных вод, и потенциально важны как источник токсинов ядовитой железы. Таксономическая система группы была основана на ревизии Поуэлла (Powell, 1964) и никогда не проверялась современными молекулярными методами. На данный момент род Lophiotoma включает 22 вида в составе двух вероятно неблизкородственных групп, Lophiotoma s. str. включающая типовой вид рода Pleurotoma acuta Perry, 1911, и т.н. «крупные Lophiotoma», предполагаемо более родственные к роду Unedogemmula. Трактуя широко вид Lophiotoma acuta; Поуэлл свёл в его синонимию 6 ранее описанных видов, рассматривая их как внутривидовые формы этого изменчивого вида. Нами были получены нуклеотидные последовательности фрагмента митохондриального гена COI и ядерного гена 28S для более, чем 200 экземпляров Lophiotoma, собранных в различных районах Индо-Пацифики, от Вьетнама и Филиппин до Вануату и Новой Гвинеи. Молекулярно-филогенетический анализ выявил в исследованном материале 10 МТЕ, которые были верифицированы исследованиями морфологии раковины. Для четырёх подтверждённых видовых гипотез были найдены валидные названия, а шесть соответствовали виду "Lophiotoma acuta" в составе определённом Пауэллом, причем образуя три пары конхологически очень сходных между собой групп образцов. Изучение типовых образцов, а также первоописаний и оригинальных изображений, и сравнение с нашим материалом позволило утверждать, что в составе "комплекса acuta" имеется три новых вида, а три имеющихся названия - L. acuta, L. picturata, и L. jickelii (Wienkauff, 1876) являются валидными, два последних были восстановлены из синонимии L. acuta. Три вида описаны как новые для науки. По результатам работы подготовлена и представлена в журнал Zoological Journal of the Linnean Society статья Puillandre N., Fedosov A.E., Zaharias P., Aznar-Cormano L., Kantor Yu.I."A quest for the lost types of Lophiotoma (Gastropoda, Conoidea, Turridae): integrative taxonomy in a nomenclatural mess." Проведена таксономическая ревизия семейства Costellariidae, выполненная на основе реконструированной филогении. Мировая фауна Costellariidae включает около 475 описанных видов, распространённых преимущественно в водах тропической Индо-Пацифики, достигая глубин более 1000 метров. До недавнего времени таксономия группы основывалась исключительно на строении раковины, и 80% видового разнообразия Costellariidae относили к роду Vexillum. Филогенетический анализ группы, основанный на нуклеотидных последовательностях четырёх филогенетических маркеров, (COI, 16S, 12S и H3), секвенированных для 80 видов из 12 номинативных родов и подродов, позволил предложить филогенетическую гипотезу семейства. Было показано, что род Vexillum парафилетичен. Роды Ceratoxancus и Latiromitra, ранее относимые к Ptychatractidae, перенесены в состав Costellariidae. Описаны четырё новых рода, Alisimitra, Costapex, Turriplicifer и Orphanopusia и 15 новых видов. Род Pusia восстановлен из синонимов Vexillum, в его составе выделено 3 подрода, Pusia (Pusia), Pusia (Ebenomitra) и Pusia (Vexillena) subgen. nov., различающихся морфологически, по географическому и батиметрическому распространению. Получены новые данные по строению радул и переднего отдела пищеварительной системы; на основании совместного анализа молекулярных и морфологических признаков выявлены основные тенденции морфологической эволюции Costellariidae. Даже после ревизии семейства, род Vexillum объединяет около 50% представителей Costellariidae, в составе хорошо поддержанной терминальной клады (т.н. «crown group»). Его представители обладают рядом апоморфий, в числе которых многовершинным центральным зубом радулы и, трубчатой, сильно извитой железой Лейблейна, напоминающая по морфологии ядовитую железу коноидей. На основании проведённых исследований подготовлена 82-страничная статья Fedosov A.E., Puilandre, N., Herrmann, M., Dgebuadze, P., Bouchet, P. «Phylogeny, systematics, and evolution of the family Costellariidae (Gastropoda: Neogastropoda)» принятая к печати Zoological Journal of the Linnean Society.

 

Публикации

1. Кантор Ю.И., Федосов А.Э., Пулляндр Н., Буше Ф. Integrative taxonomy approach to Indo-Pacific Olividae: new species revealed by molecular and morphological data Ruthenica, Russian Malacological Journal, 26(2): 123-144 (год публикации - 2016).

2. Кантор Ю.И., Штальшмидт П., Азнар-Кормано Л., Буше Ф., Пулляндр Н. Too familiar to be questioned? Revisiting the Crassispira cerithina species complex (Gastropoda: Conoidea: Pseudomelatomidae) Journal of Molluscan Studies, - (год публикации - 2016).

3. Федосов А.Э., Пулляндр Н., Херманн М., Дгебуадзе П., Буше Ф. Phylogeny, systematics, and evolution of the family Costellariidae (Gastropoda: Neogastropoda) Zoological Journal of the Linnean Society, - (год публикации - 2016).


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Во второй год выполнения проекта продолжено исследование хищных брюхоногих моллюсков инфраотряда Neogastropoda Индо-Пацифики методами интегративной таксономии. Работа в течение года фокусировалась на следующих основных направлениях: Сбор и обработка материала для исследований. В апреле 2017 году за счет средств гранта проведена экспедиция в Нячанг, центральный Вьетнам (А.Э.Федосов) для сбора материала по избранным модельным группам брюхоногих моллюсков. За время экспедиции совершено 8 выходов в море и около 32 человеко-часов погружений, собрано более 200 проб, и для 33 моллюсков пробы тканей различных желез пищеварительной системы (слюнные железы, железа Лейблейна и др.) зафиксированы в RNA-later для исследования РНК. Пробы рассортированы до морфовидов. Всего в текущем году было разобрано и каталогизировано более 180 проб. Для получения материала из других районов Мирового океана, за счет средств гранта были проведены командировки Ю.И.Кантора (апрель-май и октябрь-ноябрь) и А.Э. Федосова (октябрь-декабрь) в Национальный музей естественной истории Франции (MNHN, Париж). Всего было разобрано и определено около 400 проб из надсемейств Buccinoidea и Conoidea, а также из семейств Marginellidae и Cystiscidae. Более 270 образцов было отобрано для последующего молекулярного и морфологического изучения. Молекулярно-филогенетические и таксономические исследования на основе анализа последовательностей ДНК и морфологии. Одной из основных задач проекта является выделение, амплификация и секвенирование филогенетически-значимых генетических маркеров. Полученные данные используются для таксономического и филогенетического анализов, наряду с морфологическими данными в рамках интегративного таксономического подхода. Всего ДНК была выделена из более чем 250 образцов тканей моллюсков; и в последующем были успешно отсеквенированы последовательности пяти генов, митохондриальных СО1 (1-я субъединица цитохром оксидазы – 658 н.п.), 12S рРНК (~550 н.п.) и 16S рРНК (~570 н.п.) и ядерных Н3 (гистон 3 – 328 н.п.) и 28S рРНК (~720 н.п.). Всего было получено более 700 нуклеотидных последовательностей (1400 реакций секвенирования). Молекулярно-филогенетические исследования, проведённые за второй год проекта, фокусируются на пяти крупных таксонах Neogastropoda, требующих внимания в наибольшей степени как ключевые в филогении неогастропод – надсемействах Buccinoidea и Conoidea и семействах Mitridae, Cystiscidae и Marginellidae. В текущем году начато исследование молекулярной филогении Buccinoidea (включает не менее 3650 рецентных валидных видов, относящихся к 420 родам и 8 семействам, распространено по всей акватории Мирового океана и во всем диапазоне глубин). Положение букциноидей в составе Neogastropoda до сих пор неясно, а система находится в процессе ревизии. Нашей целью является реконструкция филогении Buccinoidea и ревизия систематики группы (в первую очередь, семейства Buccinidae) следуя методологии интегративной таксономии. Благодаря взаимодействию с ведущими зоологическими музеями мира, мы обладаем беспрецедентным по представленности основных таксонов Buccinidae материалом, зафиксированным специально для молекулярно-филогенетических исследований. В процессе отбора проб для исследования уже выявлены новые виды глубоководных Buccinidae из северо-западной Пацифики, которые будут описаны с использованием интегративного подхода. Отобранные образцы, а также имеющийся в нашем материале виды будут отсеквенированы по 5 генетическим маркерам – COI, 16S, 12S, H3, 28S. По некоторым генам сиквенсы получены уже более чем для 150 образцов. В настоящее время в соавторстве с коллегами из Национального музея естественной истории Франции готовится публикация по новой молекулярной филогении Conoidea, основанной на применении инновационного подхода Exon Capture. Этот подход основан на определении и прицельном секвенировании консервативных участков генома живых организмов, которые впоследствие используются для филогенетических построений. В результате получены объёмы данных по последовательности ДНК, в десятки и сотни раз превосходящие традиционное Сэнгеровским секвенирование. На данный момент уже получено фактически полностью разрешённое филогенетическое дерево Conoidea. При сопоставлении современной систематики Conoidea и полученной филогенетической гипотезы группы были выделены комплексы видов, включающих новые для науки, а также несколько клад, составляющих новые рода и семейства. Исследованы многочисленные образцы главным образом глубоководных Conoidea, переопределены и выделены новые для науки таксоны. В настоящее время готовится публикация с описанием двух новых родов и 7 новых видов. Совместно с коллегами из Национального музея естественной истории Франции в текущем году проводилось исследование двух родов Conoidea (сем. Turridae) – Xenuroturris и Iotyrris. Был проведено сравнение Сэнгеровского секвенирования с методом Rad-секвенирования, найдена пара конхологически (по признакам раковины) крайне сходных видов, но с различным типом радулы и являющихся сестринскими – I. kingae и I. devoizei. Кроме того, был выявлен криптический вид, новый для науки. Разработка новых подходов в современной таксономии. Концепция видов двойников, неразличимых морфологически, но достоверно выявляемых при исследовании признаков ДНК или изозимов, значительно изменили существующие представления о биологическом разнообразии Земли. Однако, с ростом роли ДНК в зоологических исследованиях, повсеместно всё меньшее внимание уделяется традиционному зоологическому компоненту исследования, что часто ведёт к неверным трактовкам молекулярных данных. В частности, большинство исследований, декларирующих существование криптических видов, зачастую не утруждаются детальным исследованием морфологии. Для анализа корректного использования терминологии в практике современных зоологических исследований, был проведён метаанализ литературных данных в базе данных Web of Science. Разработан новый алгоритм, позволяющий составлять молекулярные диагнозы видовых и надвидовых таксонов, который был использован для подсемейств и родов семейства Terebridae (статья подготовлена к представлению в журнал) и также применён для видов рода Pseudolatirus (статья принята к печати). В отчетном году были завершены исследования таксономии и филогении нескольких групп хищных брюхоногих моллюсков инфраотряда Neogastropoda (почти исключительно морская группа, объединяющая 55 современных и ископаемых семейств, 1300 валидных родов, т.е. более 10% всего разнообразия морских брюхоногих). Помимо алфа-таксономии мы провели работы, связанные с построением филогении таксонов более высокого ранга. С использованием последовательностей четырех генетических маркеров [цитохром С оксидаза (COI), митохондриальные гены 16S и 12S и ядерный ген H3] для 42 видов 14 родов была реконструирована молекулярная филогения надсемейства Olivoidea. Это широко распространенная в водах тропических и субтропических широт Мирового океана группа, включающая около 30 родов и 460 видов. Проведенный филогенетический анализ подтвердил монофилию Olivoidea (хотя узел имеет слабую поддержку), которое включает в себя помимо «традиционных» оливоидей и представителей, как было нами показано, парафилетического семейства Pseudolividae, которое ранее рассматривалось в отдельном надсемействе (Рис. 1). Родственные отношения между признаваемыми ранее семействами и подсемействами оливоидей были ревизованы и предложенная новая классификация кардинально отличается от принятой ранее. Теперь надсемейство включает пять семейств (два описаны как новые для науки): Bellolividae fam. nov., Benthobiidae fam. nov., Olividae, Pseudolividae и Ancillariidae. В пределах семейства Olividae, характеризующегося высоким разнообразией морфологии раковины и мягкого тела, выделено 4 подсемейства (одно новое для науки): Olivinae, Olivellinae, Agaroniinae и Calyptolivinae subfam. nov. Все известные современные рода оливоидей были реклассифицированы на основании молекулярной филогении и/или морфологических и анатомических данных по семействам и подсемействам в их новом объеме. Статья по филогении и таксономии Olivoidea была опубликована в Zoological Journal of the Linnean Society, входящим в первый квартиль журналов по зоологии в базе данных WOS. В 2017 году была закончена и принята к печати в Zoological Journal of the Linnean Society полная таксономическая ревизия Mitridae, выполненная на основании досконального филогенетического анализа (82 терминальных таксона, 4 генетических маркера). Mitridae – семейство тропических морских брюхоногих (около 400 рецентных видов), крайне специализированных хищников, питающихся исключительно сипункулидами. В составе семейства было выделено 2 дополнительных семейства, описано 10 новых родов и 5 родов восстановлены из синонимии. Описано новое монотипическое семейство Charitodoronidae, и три родственных семейства Mitridae, Pyramimitridae и Charitodoronidae классифицированы в новое надсемейство Mitroidea. Проведена ревизия современных видов, относимых ранее к роду Pseudolatirus, который включался в подсемейство Peristerniinae (Fasciolariidae: Buccinoidea), и основывался на ископаемом типовом виде Fusus bilineatus Hornes, 1853 из миоцена Европы. Нами был проведено более детальное исследование группы на основании молекулярно-филогенетического анализа по последовательностям трех генов (COI, H3 и 28S) для 57 таксонов, включая 10, относимых или морфологически близких к Pseudolatirus (Рис. 2). Детальный анализ морфологии раковины современных и ископаемых видов Pseudolatirus, показал, что рецентные виды не могут быть включены в Pseudolatirus, который должен рассматриваться как исключительно ископаемый, вероятно относящийся к другому подсемейству. Результаты анализа показали, что виды распределены в трех кладах – пять из них кластеризуются с родом Granulifusus, два вида группируются вместе образуют новый для науки род Okutanius gen. nov., наконец три остальных вида, составляют монофилетическую кладу, которая описана как новый род Vermeijius gen. nov. Всего описано 5 новых для науки видов. Впервые для секвенированных видов предложены молекулярные диагнозы, полученные с помощью разработанного нами нового алгоритма. Статья принята к печати в журнале European Journal of Taxonomy (входит в WOS, Scopus) в ноябре 2017. Проведено исследование с использованием молекулярно-филогенетического анализа рода Anentome. Моллюски этого рода (который до настоящей работы считался подродом Clea), который принадлежит семейству Nassariidae (надсемейство Buccinoidea), уникальны тем, что перешли из морской среды в пресные воды. Они стали популярным объектом пресноводной аквариумистики и активно продвигаются на рынке, в том числе и в России, но оставались практически неизученными в плане анатомии и экологии. На основании изучения морфологии раковины, мягкого тела и радулы свидетельствует о необходимости разделения Clea на два самостоятельных рода - Clea, с типовым видом Clea nigricans и близкими к нему видами, и Anentome, включающего типовой вид Clea helena и родственные ему. Был проведен молекулярно-филогенетический анализ с использованием последовательностей пяти генов – трех митохондриальных (COI, 16S, 12S) и двух ядерных (H3, 28S), который подтвердил положение Anentome как изолированной группы в семействе Nassariidae. Анатомические данные в сочетании с молекулярной филогенией позволили нам описать новой подсемейство Anentominae. Вид, известный под названием Anentome helena (также называемый улиткой-убийцей, assassin snail, за свой хищнический образ жизни), представляет собой комплекс по крайней мере из 4 криптических/ псевдокриптических видов (Рис. 3): два вида из Таиланда (один приуроченный к текущим водам, другой к прудам), один из Малайзии и с о. Суматра и один из Вьетнама. В анатомии Anentome обнаружено уникальное для Neogastropoda строение почки (появление дополнительной камеры), что, вероятно, является адаптацией к переходу к гипотонической пресноводной среде. Результаты исследования опубликованы в PeerJ, входящим в первый квартиль журналов по биологическим наукам в базе данных WOS. Исследован комплекс видов мелких Conoidea (раковина взрослых экземпляров, как правило, не превышает 3,5 мм в длину), имеющих характерную пятнистую яркую окраску раковины ранее рассматривавшийся как один вид Hemilienardia ocellata (сем. Raphitomidae). Морфологический и молекулярно-филогенетический (на основании последовательности генов COI и 16S) анализы доказали, что существует комплекс из 4 видов, характеризующихся сходной характерной пятнистой окраской (Рис. 4, 5), различающихся размерами и пропорциями раковины. Описано три новых для науки вида – Hemilienardia acinonyx sp. nov. с Филиппин, H. lynx sp. nov. из Папуа-Новой Гвинеи и H. pardus sp. nov. с островов Содружества и Лоялти. Результаты исследования и ревизия комплекса опубликованы в журнале European Journal of Taxonomy (входит в WOS, Scopus). Для исследования правомерности использования термина «криптический вид» был проведён метаанализ литературных данных в базе данных Web of Science, найденных по ключевым словам ‘cryptic species’ и содержащих в названии один или более терминов ‘marine’, ‘sea’, ‘aquatic’ (найдено 2266 публикации). В дальнейшем анализировались только статьи, однозначно декларирующие существование криптических видов в названии и / или резюме. При этом мы отмечали, была ли морфология (пере)исследована на основании результатов молекулярных исследований. Из 537 проанализированных статей, в 118 содержалось достаточно информации, чтобы достоверно утверждать что «криптические» виды различимы морфологически, и в 254 исследованиях переосмысления морфологической идентичности вида не проводилось. То есть почти в 70% исследований термин «криптический вид» используется неверно. При этом, в тех 167 исследованиях, когда обнаруженные комплексы видов были подвергнуты таксономическому анализу (то есть морфология была переоценена в контексте молекулярных данных), только в 83 (50%), криптические виды оказывались в самом деле неразличимы. Эти результаты говорят о неверной, в целом, практике использования понятия «криптический вид», что может приводить к неверным оценкам биологического разнообразия планеты и приводить к массовым ошибкам при планировании исследований, затрагивающих криптические виды.

 

Публикации

1. - Российские зоологи открыли новые криптические виды ядовитых моллюсков Газета.ru, - (год публикации - ).

2. Кантор Ю.И., Стальшмит П., Азнар-Кормано Л., Буше Ф., Пуляндре Н. Too familiar to be questioned? Revisiting the Crassispira cerithina species complex (Gastropoda: Conoidea: Pseudomelatomidae) Journal of Molluscan Studies, 83(1): 43-55 (год публикации - 2017).

3. Кантор Ю.И., Федосов А.Э., Пулляндре Н., Бонилло К., Буше Ф. Returning to the roots: morphology, molecular phylogeny and classification of the Olivoidea (Gastropoda: Neogastropoda). Zoological Journal of the Linnean Society, 180 (3): 493-541 (год публикации - 2017).

4. Пулляндре Н., Федосов А.Э., Захариас П., Азнар-Кормано Л., Кантор Ю.И. A quest for the lost types of Lophiotoma (Gastropoda: Conoidea: Turridae): integrative taxonomy in a nomenclatural mess Zoological Journal of the Linnean Society, 181(1): 243–271 (год публикации - 2017).

5. Стронг Е.Е., Галиндо Л.Э., Кантор Ю.И. Quid est Clea helena? Evidence for a previously unrecognized radiation of assassin snails (Gastropoda: Buccinoidea: Nassariidae). PEERJ, e3638: 1-41. (год публикации - 2017).

6. Федосов А.Э., Пулляндре Н., Херманн М., Дгебуадзе П., Буше Ф. Phylogeny, systematics, and evolution of the family Costellariidae (Gastropoda: Neogastropoda) Zoological Journal of the Linnean Society, 179(3): 541-626 (год публикации - 2017).

7. Федосов А.Э., Стальшмит П., Пулляндре Н., Азнар-Кормано Л., Буше Ф. Not all spotted cats are leopards: evidence for a Hemilienardia ocellata species complex (Gastropoda: Conoidea: Raphitomidae) European Journal of Taxonomy, Issue 268: 1-20 (год публикации - 2017).


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В текущем году продолжено исследование хищных брюхоногих моллюсков Индо-Пацифики методами интегративной таксономии. Работа в течение года фокусировалась на следующих основных направлениях: 1. Сбор и обработка материала для исследований В текущем году состоялось несколько экспедиций, в которых был собран дополнительный материал для выполнения гранта. Апрель-июнь – центральный и северный Вьетнам (Звонарева С.С.), собран обширный материал для последующего секвенирования по сем. Ovulidae, плотоядным брюхоногим, симбионтам мягких кораллов (110 экземпляров, 17 видов). Сентябрь – север Новой Каледонии (частично за счет средств гранта, Ю.И.Кантор и А.Э.Федосов), собрано и зафиксировано несколько сотен образцов Neogastropoda различных семейств, в том числе пробы для исследования питания Conoidea методом метабаркодинга пищеварительной системы. Октябрь-ноябрь - Нячанг, центральный Вьетнам (А.Э.Федосов, С.С.Звонарева), собран сравнительный материал по питанию коноидей и моллюсков семейства Costellariidae, по разнообразию Ovulidae (более 200 образцов). Проведена экстракция ДНК из 180 образцов тканей и получено около 450 консенсусных последовательностей ДНК. Была выделена тотальная РНК из образцов тканей слюнных желёз 9 представляющих наиболее крупные эволюционные линии Neogastropoda и высших Caenogastropoda (семейства Ovulidae, Personidae, Pisaniidae, Babyloniidae, Olividae, Vasidae, Conidae, Muricidae, Mitridae). Секвенирование транскриптома станет первой стадией филогеномного исследования, нацеленного на реконструкцию филогении всего отряда Neogastropoda, планируемого научным коллективом. 2. Молекулярно-филогенетические и таксономические исследования на основе анализа последовательностей ДНК и морфологии Продолжена работа по комплексу видов рода Amalda из тропической части Тихого океана, исследована морфология и радула 27 экземпляров 10 видов. Строение центрального зуба может оказаться диагностическим видовым признаком. Молекулярная филогения подтвердила наличие в нашем материале 12 видов, из которых как минимум три оказались новыми для науки. На основе новых молекулярных данных переоценено таксономическое значение конхологических признаков, переопределен собранный ранее не секвенированный материал (более 150 проб, более 800 экземпляров), уточнено географическое распространение описанных ранее видов. Для завершения работы в экспедиции на Новой Каледонии был собран необходимый дополнительный материал по виду Amalda montrouzieri, в настоящее время проводятся работы по его секвенированию. Продолжена работа по реконструкции филогении Buccinoidea, были получены дополнительные образцы по ключевым группам, не представленным ранее в нашем материале. Большинство новых проб было успешно отсеквенировано по 5 генам. В настоящее время нами отсеквенировано 140 видов (из них в текущем году 42), в большинстве случаев не менее, чем по 4 генам. Данные по еще 120 видам, представляющим уникальные линии, были получены из Genbank. В настоящее время в нашем материале присутствуют представители практически всех номинальных таксонов группы семейства. Проведен предварительный филогенетический анализ, который выявил многочисленные хорошо поддержанные клады (соответствующие рангам семейства / подсемейства), часто не совпадающие с принятой в настоящее время классификацией. Для завершения работы необходим дополнительный материал по Buccinoidea Антарктики, которая отличается высоким уровнем эндемизма. Одним из неожиданных результатов оказались подтвержденные близко-родственные отношения родов Phaenomenella и Siphonalia. На основании молекулярных и анатомических данных были выявлены два новых вида Phaenomenella, критически проанализирован состав подсемейства Siphonaliinae Finlay, 1928 (сем. Buccinulidae), которое оказалось парафилетическим в его прежним объеме. Достигнуты значительные успехи в исследовании филогении и морфологии Marginellidae и Cystiscidae, по двум филогенетическим маркерам (COI и H3) изучен репрезентативный материал по 10 родам Marginellidae и 7 родам Cystiscidae (около 60 видов). На основании предварительного анализа определены границы видов (62 видовые гипотезы), подтверждена монофилия подсем. Pruninae (Marginellidae), но отвергнута монофилия Dentimargo. Получены данные по морфологии радулы 35 видов Marginellidae и Cystiscidae из 18 номинальных родов. Завершено и опубликовано в журнале Molecular Ecology (первый квартиль WOS, импакт-фактор 6.131) исследование комплекса видов родов Xenuroturris и Iotyrris (надсем. Conoidea, сем. Turridae). Работа проведена в рамках интегративного таксономического подхода, с использованием морфологических, молекулярных и биогеографических данных. Впервые для брюхоногих моллюсков отряда Neogastropoda было использовано next generation Rad-секвенирование (Restriction site Associated DNA Sequencing), наряду с традиционным Сангеровским секвенированием (частичная последовательность гена COI). Этот метод представляет собой разновидность дробного секвенирования генома, позволяющую определить последовательности от 0.1 до 10% избранного генома. Всего было изучено 95 образцов. Для филогенетического Бэйесова дерева, построенного по COI было применено три метода определения границ видов (GMYC, PTP и ABGD анализы) и выделены первичные видовые гипотезы (ПВГ). Альтернативные ПВГ были протестированы с помощью данных RAD-секвенирования и Bayes factor метода определения границ видов. С учетом анализа 1) морфологической изменчивости, 2) строения радулы и 3) географического распространения, были предложены вторичные видовые гипотезы. В целом, границы видов, оцененные на основании COI и данных RAD-секвенирования, совпадали, за исключением аллопатрических популяций двух видов - Xenuroturis legitima и Iotyrris cingulifera. Анализ попарных генетических расстояний гена COI выделял аллопатрические популяции как самостоятельные виды, а анализ данных RAD-seq доказал, что они являются лишь географическими формами изменчивости. В составе Iotyrris был выявлен новый для науки псевдокриптический вид, I. conotaxis. Для фауны Вьетнама впервые отмечены I. notata, I. musivum и I. conotaxis. Проанализирована эволюция морфологии радулы в пределах комплекса. Метод захвата экзонов (Exon capture) гибридизацией с биотинилированными битами, синтезированными на основе транскриптомных данных, позволяет проанализировать последовательности нескольких сотен до нескольких тысяч белок-кодирующих маркеров ДНК, и на их основании построить надежную филогенетическую гипотезу с разрешением глубоких узлов. Метод был применен для построения филогении мега-разнообразной группы морских брюхоногих моллюсков - надсемейства Conoidea. Исследование этой группы с использованием мультигенного анализа не разрешил многие глубокие узлы. В настоящей работе были исследованы 850 последовательностей белок-кодируюших генов (общей длиной 678322 нуклеотида) у 120 образцов, представляющих как известные семейства Conoidea, так и другие группы Neogastropoda. В среднем были получены последовательности 75,4% экзонов, Анализ полученной филогеномной информации двумя принципиально разными подходами (с использованием суперматрицы - IQ-tree, и супердерева - Astral-II) позволил получить хорошо разрешённое консенсусное филогенетическое дерево Conoidea. Две ветви соответствовали новым для науки монотипическим семействам, Fusiturridae (западная Африки) и Marshallenidae (Индо-Пацифика). Оба семейства характеризуются уникальными признаками строения радулы. Топология и поддержка глубоких узлов значительно лучше разрешены в новом дереве, что позволило объяснить некоторые морфологические признаки и пролить свет на происхождение и эволюцию ядовитой железы коноидей, ключевой апоморфии группы. Анализ уровней диверсификации отдельных семейств позволил заключить, что трофическая экология (выражающаяся в наличии различных типов радулы в семействе) оказывала влияние на эволюцию Conoidea. Работа опубликована в журнале Molecular Biology and Evolution, входящем в первый квартиль WOS (импакт-фактор 10.217). В процессе подготовки новой филогении были найдены новые глубоководные таксоны видового и родового ранга, которые описаны в отдельной статье в журнале Ruthenica, Russian Malacological Journal (из базы данных Scopus). Описано три новых рода, 8 новых видов, впервые исследована радула и анатомия некоторых редких и малоизвестных видов. Кроме того, были найдены коноидеи с уникальной, не отмеченной ранее морфологией радулы. На основании молекулярных данных было уточнено их таксономическое положение – новый для науки род в семействе Clavatulidae был описан в статье в Journal of Molluscan Studies (2 квартиль WOS, импакт-фактор 1.483). Завершено и опубликовано в журнале Zoological Journal of the Linnean Society (1 квартиль WOS, импакт-фактор 2.685) исследование молекулярной филогении семейства Mitridae, основанное на молекулярных данных по более чем 25% видов семейства (4 митохондриальных и ядерных гена). Отчётдивая кроновая группа Mitridae имеет отчётливую синапоморфию – наличие псевдохобота, уникального признака митрид. Единственный таксон, не входящий в кроновую группу, реликтовый глубоководный род Charitodoron имеет принципиально более простое строение хобота. На основании значительных морфологических и филогенетических различий этих двух клад, было описано новое семейство Charitodoronidae, а монофилетическая линия, включающая семейства Pyramimitridae, Charitodoronidae и Mitridae выделена в ранге надсемейства Mitroidea. Два из трёх признаваемых ранее подсемейств митрид парафилетичны. Исследована морфология радулы более 60 представителей семейства, выделены таксономически важные признаки радулы и раковины. Описано 10 новых родов и предложены два новых подсемейства. Показано, что хотя Индо-Пацифика и является центром происхождения и видового разнообразия митрид, за её пределами встречаются в основном относительно архаичные группы. Этот результат проливает свет на ранние этапы эволюционной истории митрид. Закончен филогенетический анализ молекулярных данных (161 вид, 5 генетических маркеров COI, 16SрРНК, 12SрРНК, Н3, 28SрРНК) и получено хорошо разрешённое филогенетическое дерево Terebridae. У теребрид прослеживается явная тенденция к утрате органов переднего отдела пищеварительной системы – хобота, слюнных желез, ядовитого аппарата. Полученное филогенетическое дерево хорошо разрешено на уровне надвидовых отношений и позволило провести ревизию таксономии. Установлено 3 подсемейства – Terebrinae, Pervicaciinae и Pellifroniinae, 5 новых родов и 6 новых видов. Показано, что адаптивная пластичность раковины велика, и конвергентные формы многократно возникают в филогенетически неродственных группах. Ввиду этого был разработан новый алгоритм анализа нуклеотидных последовательностей для нужд систематики, и в результате его применения предложены диагнозы родов на основании последовательностей ДНК их представителей. Таксономическая ревизия Terebridae принята к печати в Journal of Molluscan Studies, входящем во второй квартиль WOS (импакт-фактор 1.483). Датирование молекулярного дерева на основании палентологических данных показало, что основные таксоны теребрид произошли в Эоцене, и скорость диверсификации семейства росла в течение его эволюционной истории. На основании проведённых анализов диверсификации, можно заключить, что ядовитый аппарат и способность секретировать белковые токсины не являлась ключевой в адаптивной радиации Terebridae. Статья, подготовленная по результатам молекулярно-филогенетического исследования, представлена в журнал Systematic biology.

 

Публикации

1. Абделкрим Д., Азнар-Кармано Л., Бюж Б., Федосов А., Кантор Ю., Захариас П., Пулляндр Н. Delimiting species of marine gastropods (Turridae, Conoidea) using RAD-sequencing in an integrative taxonomy framework Molecular Ecology, 27: 4591-4611 (год публикации - 2018).

2. Абделкрим Д., Азнар-Кармано Л., Федосов А., Кантор Ю., Лозье П., Фуонг М., Захариас П., Пулляндр Н. Exon-capture based phylogeny and diversification of the venomous gastropods (Neogastropoda, Conoidea) MOLECULAR BIOLOGY AND EVOLUTION, 35(10):2355–2374 (год публикации - 2018).

3. Кантор Ю.И., Федосов А.Э., Пулляндр Н. New and unusual deep-water Conoidea revised with shell, radula and DNA characters Ruthenica, Russian Malacological Journal, 28(2): 47-82 (год публикации - 2018).

4. Кантор Ю.И., Федосов А.Э., Снайдер М.А., Буше Ф. Pseudolatirus Bellardi, 1884 revisited, with the description of two new genera and five new species (Neogastropoda: Fasciolariidae) European Journal of Taxonomy, 433: 1–57 (год публикации - 2018).

5. Кантор Ю.И., Хорро Х., Ролан Э., Пулляндр Н. Paraclavatula (Gastropoda: Conoidea: Clavatulidae), a new genus with a distinctive radula type from West Africa Journal of Molluscan Studies, 84(3): 275-284 (год публикации - 2018).

6. Федосов А.Э., Пулляндр Н., Херманн М., Кантор Ю.И, ОЛиверио М., Дгебуадзе П.Ю., Модика М.В., Буше Ф. The collapse of Mitra: molecular systematics and morphology of the Mitridae (Gastropoda: Neogastropoda) Zoological Journal of the Linnean Society, vol. 183: 253–337. (год публикации - 2018).


Возможность практического использования результатов
не указано