Сравнительный анализ морфологической диверсификации крупных африканских усачей рода Barbus (Labeobarbus auctorum, Cyprinidae) и алтайских османов рода Oreoleuciscus (Leuciscidae)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Методами многомерного анализа проведено исследование разнообразия признаков черепа генерализованных и специализированных морфотипов крупных африканских усачей Barbus (Labeobarbus auctorum) Эфиопии. Показано, что в оз. Тана, где наблюдается большое разнообразие морфотипов, у особей генерализованной формы, длина которых превышает 15 см, векторные нагрузки на первую главную компоненту признаков костей, формирующих челюсти, образуют чётко обособленный кластер, тогда как у усачей в других озёрах, где встречается только генерализованная форма, такой кластер отсутствует, но аналогичный по составу кластер образуют векторные нагрузки на вторую главную компоненту. Подобная ситуация обнаружена у алтайских османов (род Oreoleuciscus) в оз. Орог Центрально-Азиатского бессточного бассейна (Монголия), однако в этом случае особи генерализованной формы приобретают признаки большеротой формы, переходя на питание рыбой. Потомки же большеротых усачей из оз. Тана обнаруживают признаки родителей даже в аквариумных экспериментах. Мы предполагаем, что у алтайских османов оз. Орог наблюдается ранняя стадия морфоэкологической дивергенции форм, когда она ещё обратима, а у усачей в оз. Тана – более поздняя стадия, на которой дивергенция необратима, что можно рассматривать как пример генетической ассимиляции.

Full Text

Restricted Access

About the authors

М. В. Мина

Институт биологии развития РАН

Author for correspondence.
Email: mvmina@bk.ru
Russian Federation, Москва

А. Н. Мироновский

Институт проблем экологии и эволюции РАН

Email: mvmina@bk.ru
Russian Federation, Москва

Ю. Ю. Дгебуадзе

Московский государственный университет

Email: mvmina@bk.ru
Russian Federation, Москва

References

  1. Андреев В.Л. 1980. Классификационные построения в экологии и систематике. М.: Наука, 142 с.
  2. Андреев В.Л., Решетников Ю.С. 1978. Анализ фенотипической изменчивости географически удалённых популяций одного вида // Математические методы в экологии и географии. Владивосток: Изд-во ДВНЦ АН СССР. С. 98–110.
  3. Борисовец Е.Э., Дгебуадзе Ю.Ю., Ермохин В.Я. 1987. Использование математических методов для определения форм алтайских османов – Oreoleuciscus (Pisces, Cyprinidae) // Зоол. журн. Т. 66. № 12. С. 1850–1863.
  4. Дгебуадзе Ю.Ю. 1982. Механизмы формообразования и систематика рыб рода Oreoleuciscus (Cyprinidae, Pisces) // Зоологические исследования в МНР. М.: Наука. С. 81–92.
  5. Дгебуадзе Ю.Ю. 2001. Экологические закономерности изменчивости роста рыб. М.: Наука, 276 c.
  6. Дгебуадзе Ю.Ю., Мина М.В., Мироновский А.Н. 2008. К оценке фенетических отношений алтайских османов (Oreoleuciscus (Cyprinidae) из трех озёр Монголии по признакам черепа // Вопр. ихтиологии. Т. 48. Вып. 3. С. 315–323.
  7. Дгебуадзе Ю.Ю., Мироновский А.Н., Мендсайхан Б., Слынько Ю.В. 2017. Первый случай морфологической дифференциации алтайского османа Потанина Oreoleuciscus potanini (Cyprinidae, Actinopterygii) в реке // Докл. АН. Т. 473. № 2. C. 250–253. https://doi.org/10.7868/S0869565217080266
  8. Дгебуадзе Ю.Ю., Мироновский А.Н., Мэндсайхан Б., Слынько Ю.В. 2020. Быстрая морфологическая диверсификация карповой рыбы Oreoleuciscus potanini (Cyprinidae) при образовании водохранилища на реке семиаридной зоны // Там же. Т. 490. № 1. C. 85–89. https://doi.org/10.31857/S2686738920010060
  9. Мина М.В., Мироновский А.Н. 2022. Сравнительный анализ структуры различий между некоторыми морфотипами крупных африканских усачей рода Barbus (Labeobarbus auctorum) из оз. Тана, Эфиопия // Вопр. ихтиологии. Т. 62. № 3. С. 272–280. https://doi.org/10.31857/S0042875222030134
  10. Мина М.В., Мироновский А.Н., Дгебуадзе Ю.Ю. 2016. Полиморфизм по пропорциям черепа у крупных африканских усачей Barbus intermedius sensu Banister, 1973 (Cyprinidae) из озёр Аваса и Лангано (Рифтовая долина, Эфиопия) // Там же. Т. 56. № 4. С. 403–409. https://doi.org/10.7868/S0042875216040081
  11. Мироновский А.Н. 2020. Крупные африканские усачи: векторы диверсификации особей генерализованной формы как основа морфологического разнообразия комплекса Barbus intermedius в оз. Тана, Эфиопия // Там же. Т. 60. № 3. С. 283–294. https://doi.org/10.31857/S0042875220030121
  12. Мироновский А.Н. 2021. Вектор разделения пищевых ресурсов в изменчивости особей генерализованной формы крупных африканских усачей комплекса Barbus (= Labeobarbus) intermedius в озёрах Тана, Лангано и Аваса, Эфиопия // Там же. Т. 61. № 4. С. 455–463. https://doi.org/10.31857/S0042875221040135
  13. Мироновский А.Н., Дгебуадзе Ю.Ю., Мэндсайхан Б., Слынько Ю.В. 2019. Морфологическая дифференциация алтайского османа Oreoleuciscus humilis (Cyprinidae) в реке Туин, Долина Озёр, Монголия. // Там же. Т. 59. № 1. С. 105–109. https://doi.org/10.1134/S0042875219010077
  14. Толмачева Ю.П., Шматкова А.В., Кузлякова В.В. 2017. Визуализация и тестирование движения костей челюстного аппарата рыб на основе обобщенных структурных модулей // Матем. биология и биоинформатика. Т. 12. № 1. С. 73–82. https://doi.org/10.17537/2017.12.73
  15. Admassu D., Dadebo E. 1997. Diet composition, length-weight relationship and condition factor of Barbus species Rüppell, 1836 (Pisces: Cyprinidae) in Lake Awassa, Ethiopia // SINET: Ethiop. J. Sci. V. 20. № 1. Р. 13–30. https://doi.org/10.4314/sinet.v20i1.18089
  16. Desta Z., Borgstrøm R., Rosseland B.O., Gebre-Mariam Z. 2006. Major difference in mercury concentrations of the African big barb, Barbus intermedius (R.) due to shifts in trophic position // Ecol. Freshw. Fish. V. 15. № 4. P. 532–543. https://doi.org/10.1111/j.1600-0633.2006.00193.x
  17. Dgebuadze Yu.Yu. 1995. The land/inland-water ecotones and fish population of Lake Valley (West Mongolia) // Hydrobiologia. V. 303. № 1–3. P. 235–245. https://doi.org/10.1007/BF00034061
  18. Kornfield I., Carpenter K.E. 1984. Cyprinids of Lake Lanao, Philippines: taxonomic validity, evolutionary rates and speciation scenario // Evolution of fish species flocks. Orono: Univ. Maine Press. P. 69–84.
  19. Mina M.V., Mironovsky A.N., Dgebuadze Yu.Yu. 1996a. Lake Tana large barbs: phenetics, growth and diversification // J. Fish Biol. V. 48. № 3. P. 383–404. https://doi.org/10.1111/j.1095-8649.1996.tb01435.x
  20. Mina M.V., Mironovsky A.N., Dgebuadze Yu.Yu. 1996b. Morphometry of barbel of Lake Tana, Ethiopia: multivariate ontogenetic channels // Folia Zool. V. 45. Suppl. 1. P. 109–116.
  21. Mina M.V., Mironovsky A.N., Golani D. 2001. Consequences and modes of morphological diversification of East African and Eurasian barbins (genera Barbus, Varicorhinus and Capoeta) with particular reference to Barbus intermedius complex// Environ. Biol. Fish. V. 61. № 3. P. 241–252. https://doi.org/10.1023/A:1010952108081
  22. Mina M.V., Shkil F.N., Dzerzhinskii K.F. et al. 2012. Morphological diversity and age dependent transformations in progeny of the large barbs (Barbus intermedius complex sensu Banister) of several morphotypes from Lake Tana (Ethiopia). Results of a long-time experiment // J. Ichthyol. V. 52. № 11. P. 821–837. https://doi.org/10.1134/S0032945212110070
  23. Mina M.V., Golubtsov A.S., Tefera F. et al. 2017. Studies of large and small barbs (genus Barbus sensu lato; Cyprinidae; Pisces) carried out by freshwater biology group of joint Ethio-Russian biological expedition (JERBE) // Ethiop. J. Biol. Sci. V. 16 (Suppl.). P. 21–44.
  24. Myers G.S. 1960. The endemic fish fauna of Lake Lanao and the evolution of higher taxonomic categories // Evolution. V. 14. № 3. P. 323–333. https://doi.org/10.2307/2405975
  25. Nagelkerke L.A.J., Sibbing F.A., van den Boogaart J.G.M. et al. 1994. The barbs (Barbus spp.) of Lake Tana: a forgotten species flock? // Environ. Biol. Fish. V. 39. № 1. P. 1–22. https://doi.org/10.1007/BF00004751
  26. Rohlf F.J. 1998. NTSYS-pc: numerical taxonomy and multivariate analysis system. Version 2.0. N.Y.: Exeter software, 31 p.
  27. Sibbing F.A., Nagelkerke L.A.J. 2001. Resource partitioning by Lake Tana barbs predicted from fish morphometrics and prey characteristics // Rev. Fish Biol. Fish. V. 10. № 4. P. 393–437. https://doi.org/10.1023/A:1012270422092
  28. Sibbing F.A., Nagelkerke L.A.J., Stet R.J.M., Osse J.W.M. 1998. Speciation of endemic Lake Tana barbs (Cyprinidae, Ethiopia) driven by trophic resource partitioning; a molecular and ecomorphological approach // Aquat. Ecol. V. 32. № 3. P. 217–227. https://doi.org/10.1023/A:1009920522235
  29. Waddington C.H. 1953. Genetic assimilation of an acquired character // Evolution. V. 7. № 2. P. 118–126. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.1953.tb00070.x
  30. Waddington C.H. 1961. Genetic assimilation // Adv. Genet. V. 10. P. 257–293. https://doi.org/10.1016/S0065-2660(08)60119-4

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Diagram of measurements of the barbel skull of the Barbus intermedius complex. Parameters of the axial skull: BL – the basal length of the skull; HS1, HS2 – the height of the skull at the level of the curve of the parasphenoideum and the posterior edge of the parasphenoideum, respectively; B1, B2, B3 – the distance between the outer edges of the frontalia, pterotica and sphenotica, respectively; B4 – the width of the skull at the level of the junction of the frontale and pteroticum. Parameters of the visceral skull: Hm – height of the hyomandibulare, Pop – length of the praeoperculum, Op – height of the anterior part of the operculum; Iop, Pmx, Mx, De are the lengths of interoperculum, praemaxillare, maxillare, and dentale, respectively.

Download (320KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Features of variability of individuals of the generalized barbel form of the Barbus intermedius complex in the size groups (SL) 10-15 and 15-35 cm: a – comparison of eigenvectors (CB1), rS = 0.06, p = 0.86; b – dendrogram of similarity of features in the group of individuals SL 15-35 cm. Parameters of the maxillary arch (●): Pmx, Mx, De; gill cover (▲): Pop, Op, Iop; neurocranium (○): B1, B2, B3, B4, HS1, HS2; hyoid arch (□): Hm. Other designations are shown in Fig. 1. Here and in Fig. 3, 4: the parameters are indicated by symbols and inscriptions strictly to the extent necessary for understanding the presentation.

Download (277KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Comparison of the eigenvectors (SV) of the dispersion of individuals of the generalized barbel form of the Barbus intermedius complex from Lake. Langano and Avasa: a – CB1 and CB1, rS = 0.47, p > 0.05; b – CB2 and CB2, rS = 0.75, p < 0.005. Here and in Fig. 4: the symbolic designations of the parameter loads are identical to the designations of the parameters in Fig. 2, ost. See the designations in Fig. 1.

Download (325KB)
Indexing metadata
5. Рис. 4. Создание общественных лабораторий (С.В.), специализирующихся на разработке генетически модифицированной смеси Барбус интермедиус из. Тана и алтайского османа Oreoleuciscus humilis в водной системе р. Туин и оз. Орог: а – засулливый период, СВ1 из Тана и СВ2 из р. Туин, rS = 0,83, p < 0,001; б – влажный период, СВ1 из Тана и СВ1 из Орог, rS = 0,85, p < 0,0001.

Download (338KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. The results of the analysis of the variability of the considered characteristics of individuals of the generalized form of the Altai Osman Oreoleuciscus humilis of the aquatic system of the Tuin River and Lake. Roads by the principal component method (GC). Individuals: (●), (△) – forms from the Tuin river T1 and T2, respectively; (o) – dwarf forms from Lake. Orog (by: Mironovsky et al., 2019, with changes).

Download (184KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Representatives of the fish-eating forms of barbels of the Barbus intermedius complex of the lake. Tan and Altai Osman Oreoleuciscus humilis lake. Orog: a is the morphotype of bigmouth small-eye (name by: Nagelkerke et al., 1994), b is the lake form of osman. Scale (general ruler): 10 cm.

Download (928KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences