О состоянии карнологических исследований сиговых рыб

Лососевидные рыбы представляют собой очень ценную в промысловом отношении группу костистых рыб. Они требуют особенно пристального внимания и всестороннего изучения, поскольку их численность в естественных водоемах за последние десятилетия резко снизилась. Начиная с середины XX в. с развитием новых биологических методов — генетических, биохимических, кардиологических — уровень ихтиологических исследований поднялся на новую качественную ступень. 

Важным открытием явилось установление роли полиплоидии в эволюции некоторых таксонов позвоночных животных, в частности лососевидных рыб. Для лососей, сигов и хариусов было доказано тетраплоидное происхождение путем сравнения кариотипов и содержания ДНК в геномах рыб надсемейств Salmonoidea и Clupeoidea (Ohno et al., 1966; Hinegardner, 1968; Booke, 1968; Ohno et al„ 1969; Ohno, 1970a; Алтухов и др., 1972; Кирпичников, 1973). Однако до сих пор неясна, одна или несколько независимых полиплоидизаций имели место в эволюции этой таксономической группы (Кирпичников, 1979). 

Вопрос о выделении лососей, сигов и хариусов в самостоятельные семейства является спорным по сей день. Многие ученые в нашей стране и за рубежом рассматривают этих рыб как три самостоятельные семейства (Hubbs, Lagler, 1964; Nybelin, 1971; Медников и др., 1973; Пирожников и др. 1975; Решетников, 1975, 1980; и др.). В дальнейшем рассмотрении мы также будем придерживаться этой точки зрения. 

Для всех лососевидных рыб характерны большие числа хромосом (2п= =56—84) и особенно хромосомных плеч (NF= 100 и более). 

Наиболее полно в кариологическом отношении изучены лососевые семейства Salmonidae, тогда как интересующие нас сиговые рыбы семейства Coregonidae исследованы намного слабее. Меньше всего данных имеется о кариологии хариусов семейства Thymallidae, хотя в последнее время и здесь появились несомненные успехи (Северин, 1981,1985). 

ОБЗОР КАРИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СИГОВЫХ РЫБ 

СЕМЕЙСТВА COREGONIDAE 

Семество Coregonidae включает три рода — Prosopium, Coregonus, Steno-dus — и насчитывает около 30 видов. Род Prosopium сохранил наиболее примитивные черты и, видимо, раньше всех остальных отделился от общего предка сиговых рыб. Род Coregonus уже позднее разделился на два самостоятельных подрода — Leucichthys и Coregonus sensu stricto. Диагностическим признаком здесь служит положение рта — верхне-конечный и нижний. Род Stenodus, по-видимому, отделился от подрода Leucichthys сравнительно недавно (Пирожников и др., 1975; Решетников, 1980). 

На территории нашей страны обитает только один вид вальков рода Prosopium — P. cylindraceum. Кариотип этого вида до сих пор неизвестен. Все имеющиеся в литературе кариологические характеристики данного рода относятся к валькам Великих озер Америки (Вооке, 1968, 1970). Исследованные виды имели диплоидные числа хромосом в диапазоне 64—82 при стабильном числе хромосомных плеч (NF=100). Автор делает вывод, что в эволюции кариотипов вальков центрические слияния играли основную роль. Однако данная работа была выполнена с применением ныне устаревших методик только на эмбриональном материале. Как известно, в раннем эмбриогенезе рыб вариабельность числа хромосом достаточно высока. Вполне естественно, что она резко снижается на более поздних стадиях онтогенеза даже у полиморфных видов. К сожалению, новых кариологических данных с использованием современных методик пока по валькам нет. 

Сиги рода Coregonus, к которым относятся и изученные нами объекты, представляют особый интерес. Кариологически этот род в настоящее время изучен довольно полно. Характерно, что сравнительно большое количество исследованных видов и внутривидовых форм рода имеют 2п-80 и близкое к 100 число хромосомных плеч. Наиболее полные сведения получены для Coregonus lavaretus с его многочисленными внутривидовыми формами (табл. 1). Довольно долгое время превалировала точка зрения, что у всех представителей рода Coregonus имеется одинаковое диплоидное число хромосом (80) при небольшой вариабельности числа хромосомных плеч (94—108). Отсюда следовал вывод, что в эволюции кариотипов сигов основная роль принадлежала перицентрическим инверсиям, тогда как участие других механизмов было сведено до минимума. В табл. 1 представлена характеристика кариотипов сигов p. Coregonus. Мы не включили в нее только заведомо ошибочные сведения (Кирка, 1948; Karbe, 1964).

Первые описания кариотипов сигов принадлежат А.А. Прокофьевой (1935), а также шведскому исследователю Свердсону (Svardson, 1945). 

 

Таблица 1 

Характеристика кариотипов представителей рода Coregonus* 

 

**Одна из форм вида C.lavaretus.

При помощи продвинутых по тем временам методов кариологического анализа этим авторам удалось довольно точно описать кариотипы изученных ими объектов. Определенную лепту в описание кариосистематики сигов внесли американский ученый Бук (Вооке, 1968,1970,1975) и шведский исследователь Нигрен с соавторами (Nygren et al., 1971а, b). Примерно в это же время в отечественной и зарубежной научной литературе появлялись отдельные сообщения о кариотипах некоторых форм сигов (Викто-ровский и др., 1978; Lundqvist et al, 1976; Кайданова, Ефанов 1976; Кай-данова, 1978; Рухкян, Аракелян, 1979). Однако до начала 80-х годов це- 

постной картины в кариосистематике сигов не было, неполной она остается и по настоящее время, Подавляющее большинство проведенных на сигах исследований ограничивалось описанием кариотипов многочисленных внутривидовых форм Coregonus lavaretus, тогда как данные о карио-типах других видов сигов, обитающих в основном на территорий Сибири, отсутствовали. Поэтому важными и несколько неожиданными явились результаты исследований кариотипов таких видов, как омуль, чир, тугун (Яхненко и др., 1979; Кайданова, 1981, 1983; Викторовский, Ермоленко, 1982; Викторовский и др., 1983). Диплоидные числа хромосом чира и тугуна наиболее существенно отличаются от 80. Как видно из табл. 1, 2п, равное 80, присуще, как правило, многочисленным внутривидовым формам Coregonus lavaretus. Результаты скандинавских исследователей, характеризующие, якобы, кариотипы чира и пыжьяна, вызывают большие сомнения. По всей вероятности, здесь имели место ошибки в определении видовой принадлежности объектов (Nygren et al., 1971а; Lundqvist et al., 1976). Известно, что на территории Западной Европы встречаются только два вида сигов — Coregonus albula и Coregonus lavaretus с его многочисленными внутривидовыми формами (Решетников, 1980). В табл. 1 представлены результаты исследований некоторых американских сигов (Вооке, 1968). Однако учитывая несовершенство устаревших методик, эти данные требуют уточнения. 

Род Stenodus, возкникший сравнительно позднее двух других родов сиговых, представлен одним очень ценным в промысловом отношении видом — Stenodus leucichthys с его внутривидовыми формами (нельма, белорыбица). До настоящего времени в литературе существует только одно указание на кариотип этого вида (Вооке, 1975). Исследование было выполнено на эмбриональном материале и показано, что у нельмы 2п=74 при NF=108. Видимо, серия хромосомных перестроек определяет карио-логические отличия этого рода от двух других. 

КАРИОСИСТЕМАТИКА СИГОВ РОДА COREGONUS: 

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ 

Мы исследовали кариотипы нескольких видов и внутривидовых форм сигов рода Coregonus - пеляди Coregonus peled (Gm.), чудского сига Coregonus lavaretus maraenoides (P.), муксуна Coregonus muksun (P.), сига-пыжьяна Coregonus lavaretus pidschian (Gm.) и чира Coregonus nasus (P.). Изучали эмбриональный материал и соматические ткани рыб-сеголетков. Колхициновые инъекции производили за несколько часов до фиксации соматических тканей. 

Основные результаты исследований представлены в табл. 2. 

Чудской сиг. Кариотип чудского сига описан нами впервые. Для анализа были взяты соматические ткани молоди. Метафазные пластинки в подавляющем большинстве имели 2п;=в0 при NF = 102 (Кайданова, Ефанов, 1976). Повторный анализ кариотипа чудского сига был проведен Р.Т. Рухкяном и Т.А. Аракелян (1979). Результаты обоих исследований совпали, за исключением того, что указанные авторы выявили спутничные хромосомы и несколько иначе произвели подбор гомологов среди двуплечих хромосом. 

Пелядь. Coregonus peled представляет особый интерес, так как является 

51 

Таблица 2 

Кариотипы некоторых сигов рода Coregonus 

важным селекционным объектом. Помимо анализа диплоидных особей, провели также исследование гаплоидных эмбрионов, полученных при помощи химических мутагенов (Мантельман, Кайданова, 1978). Разброс диплоидных чисел хромосом составил от 70 до 78, при модальных числах хромосом 74 и 76, тогда как гаплоидные числа хромосом варьировали в пределах 35—40 при модальных значениях 37 и 38. Модальный диплоидный кариотип имеет NF = 94 + 2т (Кайданова, 1978). 

Кариологический анализ диплоидных особей в раннем эмбриогенезе выявил появление с определенной частотой хромосомных нарушений и позволил проследить связь этих нарушений с выживаемостью эмбрионов в первый месяц развития. Установлены случаи сильных хромосомных аномалий типа геномных мутаций. Имели место резко выраженные нарушения митотического цикла, при которых в анафазе наблюдали мосты, а в метафазе — крайнюю степень анеуплоидии. Встречались ядра с единичными хромосомами и ядра с полиплоидными наборами хромосом. Обнаружены фрагментация и слипание хромосомных комплексов (пикноз). Эмбрионы, у которых процент таких аномальных клеток велик (70% и более), прекращают дробление уже на ранних стадиях. Было показано, что в двух стадах пеляди — селекционном и выращиваемом в производственных условиях - такие нарушения на стадии средней бластулы составляют 13,7 ± 0,17). Причем было замечено, что в производственном стаде, где не велась селекционная работа, этот процент выше среднего показателя по обоим стадам. 

Особый интерес представляют эмбрионы, у которых все или большая часть клеток являются полиплоидными. Примечательно, что в потомстве одних самок полиплоидные эмбрионы встречаются чаще, чем в потомстве других. Это объясняется тем, что отдельные самки чаще продуцируют гаметы с диплоидным числом хромосом, у которых при образовании зрелых половых клеток происходит слияние ядра яйцеклетки с направительным тельцем. На этой особенности исключительных самок строятся опыты по гиногенезу. До наших исследований в литературе имелись немногочисленные данные, касающиеся хромосомных нарушений в раннем эмбриогенезе рыб (Горшков, 1976; Черненко, 1976; Баршене, 1980; Шеленкова, Горшкова, 1983). 

Кариотип пеляди был исследован другими авторами. Р.М. Викторовский (1964) определил на эмбриональном материале у этого вида 2п = = 80 при NF = 96. Разница при сопоставлении с нашими данными незначительна. Еще более полно наши данные совпадают с результатами Р.М. Цоя (1970). 

Муксун. Материалы по кариотипу муксуна являются предварительными и пока единственными: 2п = 78, NF = 100 (Кайданова, 1978). 

Сиг-пыжьян. Данные, полученные нами по кариотипу сига-пыжьяна (Кайданова, 1981, 1983), и результаты Р.М. Викторовского и др. (Викторовский, Ермоленко, 1982; Викторовский и др., 1983) несколько различаются. Мы определили у сига-пыжьяна Обского бассейна 2п = 76-78 при NF = 96, тогда как Р.М. Викторовский с соавторами описали для форм, обитающих в Чаунской губе Восточно-Сибирского моря и в Енисее, несколько иной кариотип: 2п = 78—82 при NF= 102. Различия довольно существенные и по числу хромосом, и, главным образом, по числу хромосомных плеч. В р. Анадырь были исследованы две симпатрические формы сига-пыжьяна — сиг-горбун и сиг-востряк (Викторовский и др., 1983). У сига-горбуна кариотип совпадает с кариотипами енисейского и чаунского сига-пыжьяна, а у сига-востряка существенно отличается (2п = 78—80; NF-98). Таким образом, с учетом наших данных обнаружены уже три разные характеристики кариотипа у сига-пыжьяна в разных популяциях. Это свидетельствует о возможной значительной внутривидовой дивергенции кариотипа сига-пыжьяна. 

Р.М. Викторовский с соавторами (1983) считают возможным выделить сига-востряка в самостоятельный вид. Такое допущение нам кажется несколько преждевременным, учитывая небольшой объем исследованного материала и отсутствие других биологических критериев, кроме кариоло-гического, для установления видового статуса сига-востряка. Из сказанного выше следует, что сиг-пыжьян требует более пристального внимания кариологов, так как полученные результаты отражают либо межпопуля-ционные различия у этого подвида, либо неточность определения систематической принадлежности опытных материалов. 

Чир. Кариотип чира Coregonus nasus разительно отличается от кариотипов других видов сигов. Этот факт опровергает выдвинутое Буком (Вооке, 1968) предположение о единообразии диплоидного числа хромосом у всех сигов рода и об исключительной ролй перицентрических инверсий в эволюции их кариотипов. Исследованный кариотип обского чира (Кайданова, 1981, 1983) оказался весьма схожим с кариотипом чаунского чира (Викторовский, Ермоленко, 1982). Для обеих популяций обнаружено одинаковое число хромосом 2п = 58—60. Небольшое расхождение в числе плеч хромосом — NF = 96, по нашим данным, и NF = 92,по даннымР.М. Викторовского с соавторами, - может отражать межпопуляционные различия, либо быть следствием неодинаковой идентификации хромосомных плеч, что кажется нам более вероятным. 

Рассматривая кариосистематику рода Coregonus, нельзя также не обратить внимание на кариотип тугуна (Викторовский и др., 1983, см. табл. 1). Несмотря на самое большое в этом роде число хромосом (2п = 86 и даже 88), этот вид характеризуется и самым большим числом плеч (NF = 106). Это свидетельствует о том, что в эволюции кариотипа тугуна шли пери-центрические инверсии с последующей диссоциацией двуплечих хромосом, что привело не только к увеличению диплоидного числа хромосом, но и к увеличению общего числа хромосомных плеч. Подобный механизм, только еще более сильно выраженный, прослеживается в эволюции карио-типов хариусов (Северин, 1983,1985). 

Представленные в табл. 1 кариологические исследования скандинавских исследователей (Nygren et al., 1971а; Lundqvist et al., 1976), к сожалению, нельзя принимать во внимание в свете решения проблем кариосистематики сигов, так как таксономическая принадлежность объектов явно ошибочна. Эти авторы, по всей вероятности, имели дело с какими-то внутривидовыми формами Coregonus lavaretus, широко распространенными в водоемах Северо-Западной Европы. 

Как уже отмечалось выше, вопросы систематики и филогении сиговых рыб семейства Coregonidae рассматривались при помощи метода молекулярной гибридизации ДНК (Медников и др., 1977). Этим методом показано, что ранее других от основной ветви сиговых отделился p. Prosopium. Представители этого рода не способны к скрещиванию с представителями других групп сиговых. Они также различаются по комплексу морфологических признаков и по структуре геномов. Для двух других групп (роды Coregonus и Stenodus) показана гораздо большая близость геномов и соответственно обнаружена способность не только к межвидовым, но даже к межродовым скрещиваниям. Сопоставление результатов двух анализов на молекулярном и на клеточном уровне представляется нам очень интересным. Согласно экспериментальным данным рыбоводных сиговых заводов, почти все виды сигов p. Coregonus легко скрещиваются друг с другом, а также с нельмой рода Stenodus. Это в полной мере свидетельствует о близости их геномов, отраженной в работе Б Л!. Медникова с соавторами (1977). В то же время показано, что межвидовая кариологическая дистанция, связанная с тем или иным количеством хромосомных перестроек, отделяющих один вид от другого, далеко не всегда влияет на способность к скрещиванию. Это свидетельствует о большой лабильности кариотипов сигов. Примером может служить легкость получения фертильных гибридов пеляди и чира - пелчира (Полякова и др., 1983). 

Подводя итог сказанному выше, следует отметить, что к настоящему времени существует лишь общее представление о кариосистематике рода Coregonus. Пробелов и нерешенных проблем еще много. Установленные ранее кариотипы некоторых видов и внутривидовых форм требуют пересмотра и уточнения. Необходимы новые сведения о кариотипах муксуна, омуля, сига-хадары и сибирской ряпушки, многих внутривидовых форм Coregonus lavaretus и в первую очередь сига-пыжьяна. Слабым местом всех кариологических исследований рыб, в первую очередь лососевидных, является крайне скудное количество сведений о кариологической структуре различных популяций внутри одного вида. Это особенно важно в тех случах, когда вид или подвид имеют широкий ареал. Такие же проблемы остаются и в кариосистематике родов Prosopium и Stenodus. Их решение необходимо для уточнения кариосистематики всего семейства Coregonidae. 

В отношении рода Coregonus уже сейчас можно с определенностью констатировать, что в эволюции кариотипов сигов происходили сложные, комплексные хромосомные перестройки - перицентрические инверсии, центрические слияния и диссоциации хромосом. Дивергенция кариотипов внутри рода Coregonus наибольшая не только во всем семействе Coregonidae, но и в пределах всего подотряда Salmonoidei (58 хромосом у чира, 86 хромосом у тугуна), как справедливо отмечают Р.М. Викторовский с соавторами (1983). Очевидно, для решения вопросов систематики одного только кариологического метода недостаточно. Здесь требуются комплексные исследования, выполненные на высоком современном методическом и теоретическом уровне. 

Т.И. Кайданова