CC BY
84
ISSN 0869-4362
Русский орнитологический журнал 2005, Том 14, Экспресс-выпуск 302: 943-958
Молекулярная и морфологическая дивергенция между изолятами голубой сороки Cyanopica cyanus sensu lato
А. П. Крюков1), М. Иваса2), Э. Харинг3)
1) Биолого-почвенный институт ДВО РАН, Владивосток 690022, Россия;
2) Университет Нихон, Канагава, Япония;
3) Музей естественной истории Вены, Вена, Австрия
Поступила в редакцию 19 мая 2005
Голубая сорока Cyanopica cyanus (Pallas, 1776) представляет классический пример вида с дизъюнктивным ареалом. Основная часть её ареала простирается от Предбайкалья и южного Китая до Японских островов, другая занимает небольшой участок в западной Испании и Португалии (рис. 1). Европейский изолят включает два подвида: C. c. cooki Bonaparte, 1S50 и C. c. gili Witherby, 1923, однако последний обычно объединяют с C. c. cooki. В азиатской части насчитывают до S подвидов: C. c. cyanus (Pallas, 1776), C. c. pallescens Stegmann, 1931, C. c. stegmanni Meise, 1932, C. c. koreensis Yamashina, 1939, C. c. kansuen-sis Meise, 1937, C. c. interposita E.Hartert, 1917, C. c. swinhoei E.Har-tert, 1917 и C. c. japonica Parrot, 1905 (Vaurie 1959). C. c. pallescens часто объединяют с C. c. cyanus (Степанян 1993; Dickinson 2003).
Птицы из восточной и западной частей ареала хорошо отличаются по окраске. У азиатских голубых сорок вершины рулевых перьев имеют яркие белые пятна. Кроме того, мантия и верхние кроющие спины у азиатских птиц отчётливо серые, тогда как у европейских они бурые. Различия между азиатскими подвидами заключаются в более мелких деталях окраски. Сравнительный анализ подвидов по метрическим признакам ранее не проводился.
Наличие обширного, примерно в S тысяч километров, разрыва между двумя частями ареала рассматриваемого вида давно привлекало внимание зоогеографов и систематиков. Обычно части дизъюнктивного ареала голубой сороки трактовались как третичные реликты, что подразумевало разделение когда-то единого ареала ледниками и либо вымирание популяций в центральной части былого ареала, либо оттеснение их в рефугиумы (Дементьев 1940; Goodwin 19S6). Однако уникальный случай дизъюнкции видового ареала заставляла искать и другие объяснения. Было высказано предположение, что в XVI веке португальские миссионеры или моряки, вернувшиеся из Китая (или из Японии, что менее вероятно), привезли красивых голубых сорок в
Рис. 1. Распространение голубой сороки Cyanopica cyanus.
1 - C. c. cooki, 2 - C. c. cyanus, 3 - C. c. pallescens, 4 - C. c. stegmanni, 5 - C. c. koreensis,
6 - C. c. kansuensis, 7 - C. c. interposita, 8 - C. c. swinhoei и 9 - C. c. japonica.
По: Cheng (1987), Фомин, Болд (1991), Cramp, Perrins (1994), Madge, Burn (1999), Бабенко (2000).
Европу в качестве декоративных птиц, а затем, случайно или преднамеренно, этот вид был интродуцирован на Пиренейском полуострове (Dos Santos 1968; и др.). Недавно гипотеза третичных реликтов получила подтверждение благодаря находкам костей голубой сороки у Гибралтара (Cooper 2000). В двух пещерах были обнаружены две проксимальные части левых плечевых костей с хорошо сохранившимися эпифизами. Радиоуглеродный анализ одной из костей указал на её более чем 44-тысячелетний возраст. В другой пещере вместе с костями были обнаружены каменные орудия неандертальцев.
Основная цель настоящей работы — проверка двух альтернативных гипотез происхождения изолятов голубой сороки. Мы предприняли совместный морфометрический и генетический анализ, чтобы выяснить картину филогеографии голубой сороки и интерпретировать результаты в отношении времени дивергенции и таксономии форм. Если верна гипотеза третичного реликта, то дивергенция внутри восточной группы подвидов должна быть меньше, чем между европейским и азиатским изолятами. Морфометрические признаки, наряду с известными окрасочными, использованы для оценки степени различия между азиатскими и европейскими популяциями, а также между азиатскими подвидами голубой сороки. Для оценки генетических дис-
танций и времени дивергенции мы использовали популярные молекулярные маркеры — гены митохондриальной ДНК: контрольный участок (CR или D-loop) и цитохром b (cyt b). Определение последовательности нуклеотидов в этих генах чаще всего используется в молекулярной филогенетике птиц. Результаты совместного применения генетических и морфологических методов позволяют более адекватно интерпретировать эволюцию и таксономию обсуждаемых форм.
В качестве внешней группы для построения филогенетических деревьев привлечены полученные нами данные по сороке Pica pica. Последний вид, также политипический и с широким ареалом, выбран также для сопоставления его внутривидовой генетической изменчивостью с таковой C. cyanus. На основании морфологических и поведенческих признаков вид P. pica недавно предложили разделить на несколько видов (Ebels 2003). Анализ достаточно консервативного гена 16S rDNA у трёх подвидов P. pica обнаружил высокую дифференциацию этих форм (Lee et al. 2003). Применение более изменчивого маркера — CR — позволит более детально проанализировать внутривидовую дифференциацию и усовершенствовать таксономию P. pica.
Материал и методы
Морфологический анализ. Для анализа морфологической изменчивости были промерены 193 тушки взрослых C. cyanus (94 SS и 99 из следующих коллекций: Зоомузея Московского университета (промерено 69 тушек), Ямасиновского института орнитологии, Чи-ба, Япония (75), Парижского музея естественной истории (18), Венского музея естественной истории (16) и Биолого-почвенного института ДВО РАН, Владивосток (15 тушек). Всего мы просмотрели гораздо больше материала, но из анализа исключили молодых особей и птиц с неопределённым полом. Подвиды представлены следующим образом: 15 экз. C. c. cooki из Испании; 16 экз. C. c. cyanus из Забайкалья и Монголии; 55 экз. C. c. pallescens из Приморского края; 23 экз. C. c. stegmanni из Маньчжурии; 27 экз. C. c. interposita из восточного Китая; 17 экз. C. c. koreensis из южной Кореи; 40 экз. C. c. japonica из Японии.
Для каждой тушки с помощью цифрового штангенциркуля сделаны следующие промеры: длина крыла, длина хвоста, вершина крыла, расстояние между 2-м и 5-м первостепенными маховыми, расстояние между крайними и средними рулевыми, длина клюва от угла рта и от переднего края ноздри, высота клюва на уровне ноздри. Все измерения выполнены только одним (первым) автором. Для многофакторного канонического анализа и вычисления значимости различий использован пакет Statistica version 6.0 (StatSoft, Inc. 1995).
Филогенетический анализ. Проанализировано 22 образца тканей от 7 подвидов C. cyanus и 21 образец от 7 подвидов P. pica
Таблица 1. Материал, использованный для молекулярно-генетического
анализа
Таксон Образец Локалитет Источник Ткань Маркер
Cyanopica cyanus Cccoo2 Испания, N. Burgillos, NE Sevilla A.Gamauf Fe CR
cooki Cccoo4 Испания, Badajoz C.Cruz, ДНК CR
J.Martinez
Cccoo5 Там же Те же ДНК cyt b
Cccoo6 Там же Те же ДНК CR
Cccoo10 Там же Те же ДНК CR
Cccoo12 Там же Те же ДНК CR,cyt b
C. c. gili Ccgill Португалия, Alvor, Algarve B.Wylie, Fe CR
D.Radford
C. c. cyanus Cccya23 Иркутск И.Фефелов Fe CR
Cccya24 Забайкалье, Оловянная S.Weigl, Mu CR
S.Wegleitner
Cccya25 Там же Те же Mu CR
Cccya26 Там же Те же Mu CR
Cccya27 Там же Те же Mu CR
Cccya28 Там же Те же Mu CR
C. c. pallescens Ccpal1 Ю. Приморье, с. Надеждинское А.Крюков Fe CR
Ccpal2 З. Приморье, с. Константиновка Он же Li CR,cyt b
Ccpal3 Тaм же Он же Li cyt b
Ccpal6 Тaм же Он же Li CR,cyt b
Ccpal6 Хабаровский край, Кутузовка Он же Li CR,cyt b
Ccpal7 Тaм же Он же Li CR,cyt b
Ccpal13 Приморье, с. Гайворон Я.Редькин Li CR
Ccpal21 Приморье, г. Арсеньев Он же Li CR
C. c. koreensis Cckor1 Ю. Корея, H.Park Li CR
Chungnam pr., Sochongun
C.c.interposita Ccint10 Китай, окр. Пекина A.Gamauf Fe CR
C. c. japonica Ccjap22 Япония, Кавагучи, окр. Токио T.Hiraoka Mu CR,cyt b
Pica pica pica Pppic4 Смоленская обл. Я.Редькин Li CR,cyt b
Pppic6 Тaм же Он же Mu CR
Pppic7 Турция, Buyuk Camlica R.Kothbauer Fe CR
PppicB Тaм же Он же Fe CR
P. p. bactriana Ppbac4 Кировская обл., Зуевский р-н В.Сотников Li CR
Ppbac5 Ивановская обл. Я.Редькин Mu CR
Ppbac6 Кисловодск Он же Li CR,cyt b
Pica pica Pphem1 Тува, Мугур-Аксы Он же Li CR
hemileucoptera Pphem2 Тaм же Он же Li CR
P. p. leucoptera Ppleu1 Улан-Удэ S.Weigl, Mu CR
S.Wegleitner
Ppleu2 Тaм же Те же Mu CR
Ppleu3 Забайкалье, Шартал Те же Mu CR
Ppleu4 Улан-Удэ Те же Mu CR
Ppleu6 Тaм же Те же Mu CR
P. p. jankowskii Ppjan1 Ю. Приморье, с. Надеждинское А.Крюков CR
Ppjan2 Хабаровский край, п. Солнечный Он же CR
Ppjan3 Приморье, с. Гайворон Я.Редькин CR
Ppjan4 Ю. Приморье, с. Надеждинское А.Крюков CR,cyt b
Ppjan6 Тaм же Он же CR,cyt b
P. p. sericea Ppser1 Ю. Корея, Chuncheon City Jong Teak Kim CR
Ppser3 Тaм же Он же CR
Сокращения: Fe - перья, Li - печень, Mu - мышца; CR - контрольный регион, cyt b - цитохром b.
(табл. 1). В качестве источника ДНК служили фиксированные в спирте образцы печени и мышц, а также перья, взятые у живых птенцов и музейных тушек. Методы выделения ДНК, условия амплификации и клонирования, состав праймеров приведены в специальных работах (Helm-Bychowski, Cracraft 1993; Haring et al. 1999; Iwasa et al. 2002; Kryukov et al. 2004). Для наработки продукта использовали как клонирование, так и ПЦР-реакцию. Секвенирование фрагмента Д-петли мтДНК было поручено MWG-Biotech (Ebersberg, Germany), а гена cyt b проведено на автоматическом секвенаторе модели 310 (Applied Biosystems) в Университете Хоккайдо. В результате определены первичные последовательности нуклеотидов во фрагменте Д-петли мтДНК длиной 659 сайтов и цитохрома b длиной 1136 сайтов.
Выравнивание и редактирование последовательностей проведено с помощью программы BioEdit version 5.0.9 (Hall 1999). Для иллюстрации филогенетических взаимоотношений подвидов построены дендро-граммы методами максимальной экономии (MP), максимальной вероятности (ML) и объединения соседей (NJ) с помощью пакета PAUP version 4.0b10 (Swofford 2002). Статистическая значимость ветвления в деревьях определена с помощью процедуры бутстрепа при 1000 испытаниях. Остальные детали анализа описаны нами ранее (Kryukov et al. 2004).
Результаты и обсуждение Морфометрический анализ
Были использованы выборки из 7 популяций, соответствующих 7 подвидам голубой сороки из европейского и азиатского изолированных участков ареала вида (табл. 2). По всем измерениям размеры самцов оказались больше, чем самок, поэтому эти выборки анализировались раздельно. Например, среди самцов подвида pallescens из Приморья -самой большой из проанализированных выборок — средняя длина крыла самцов на 3.7 мм больше, чем самок; длина хвоста — на 10.2 мм; самцы имеют более ступенчатый хвост и более длинный клюв.
Выборки и самцов и самок показывали одинаковые тенденции дифференциации между западной популяцией из Испании (cooki) и популяциями Азии. Из использованных 8 морфометрических признаков, по крайней мере четыре показали существенное отличие значений для выборки из Испании от азиатских. Эти различия оказались статистически значимы по t-критерию (при H0 = 5%). Так, оба пола у cooki отличаются от большинства азиатских популяций по длине хвоста, ступенчатости хвоста, длине клюва от угла рта и от ноздри. Кроме того, обнаружены различия по длине крыла между cooki и каждым из 4 азиатских подвидов для самок, а для самцов — только между cooki и
Табл. 2. Размерные признаки оперения голубых сорок из разных популяций (в мм)
Популяция N Длина крыла Вершина крыла Расстояние между 2-м и 5-м первостепенными маховыми Длина хвоста Расстояние между крайними и средними рулевыми Длина клюва от угла рта Длина клюва от ноздри Высота клюва
М SD М SD М SD М SD М SD М SD М SD М SD
Самцы (n = 9 4 )
С. с. cooki 7 138.9 6.5 20.23 3.62 25.91 2.64 189.8 5.71 102.68 3.25 29.04 0.88 16.71 0.59 8.00 0.47
С. с. cyanus 12 143.9 5.6 21.39 2.80 24.85 3.31 222.9 13.82 125.50 12.54 31.13 1.19 18.37 0.81 8.07 0.59
с. с. pallescens 25 142.9 3.5 21.17 2.52 24.99 3.25 222.0 14.68 125.09 11.89 30.48 1.57 18.52 0.97 8.13 0.51
с. с. stegmanni 9 143.7 5.2 22.08 4.22 24.33 3.48 225.2 14.50 127.48 13.91 30.09 1.28 18.41 1.08 7.92 0.79
с. с. interposita 10 141.9 5.0 25.74 3.10 23.9 3.06 220.4 11.15 124.52 10.02 30.71 2.06 18.26 1.36 8.02 0.37
с. с. koreensis 8 138.4 1.9 19.83 2.23 24.94 3.67 214.6 6.50 116.96 10.77 31.21 2.16 17.84 1.69 8.04 0.28
с. с. japónica 23 135.9 3.5 22.86 3.86 22.84 2.10 214.1 12.04 130.97 9.06 31.00 2.39 18.95 1.10 8.66 0.62
Самки (n = 9 9 )
с. с. cooki 8 130.8 4.3 17.75 2.66 23.36 3.76 179.0 9.32 95.13 7.78 27.39 1.93 15.56 0.77 8.21 0.59
с. с. cyanus 4 139.0 5.8 20.23 2.11 25.13 3.47 208.0 13.88 109.93 13.35 31.30 2.47 19.10 2.03 8.03 0.85
с. с. pallescens 30 139.2 5.2 20.89 4.22 23.82 3.48 211.8 14.50 113.88 13.91 29.95 1.28 17.94 1.08 7.70 0.79
с. с. stegmanni 14 137.6 4.3 18.68 1.51 24.86 2.68 214.3 13.35 117.83 9.54 28.91 1.80 17.92 1.24 7.54 0.47
с. с. interposita 17 137.5 4.1 22.57 2.93 22.96 3.55 211.6 8.34 116.52 7.58 30.35 1.61 17.82 1.11 7.80 0.65
с. с. koreensis 9 134.6 4.9 21.40 4.16 24.67 3.86 208.7 10.70 114.14 8.36 29.69 1.34 17.41 0.94 7.82 0.69
с. с. japónica 17 131.3 2.8 20.72 2.01 22.93 2.64 199.7 9.71 116.02 10.54 29.37 1.45 17.81 1.64 8.21 0.45
М - среднее, SD — среднеквадратичное отклонение.
pallescens. Птицы обоих полов из Японии и Кореи имеют относительно короткие крылья, близкие к значениям для птиц из Испании.
Напротив, различия между голубыми сороками азиатских подвидов в большинстве случаев незначимы. Только japónica значимо отличается от большинства других азиатских подвидов по длине крыла и расстоянию между крайними и средними маховыми у самцов. Самки же japónica отличаются от самок остальных азиатских подвидов по длине крыла (P < 0.05). Интересно отметить, что в Парижском музее естественной истории мы обнаружили необычную серию голубых сорок с острова Хонсю, собранную Н.Куродой и состоящую из 1 самца и 3 самок. У всех них отсутствовали белые пятна на концах рулевых, но в остальных отношениях они соответствовали japónica.
Для более полноценного представления морфометрических данных мы предприняли множественный канонический анализ. Из 7 канонических переменных, были подсчитаны две наиболее статистически значимых. Соответствующие скаттер-диаграммы представлены на рисунках 2 и 3. На обеих диаграммах можно видеть, что выборки из Испании отличаются от всех остальных, занимающих практически одну область. Исключение составляет выборка из Японии, не перекрывающаяся с другими для самцов и незначительно перекрывающаяся для самок.
Рис. 2. Скаттер-диаграмма для 8 размерных признаков самцов Cyanopica cyanus. Сокращения : Spa - Испания, Tbm - Забайкалье и Монголия, Man - Маньчжурия, Pri - Приморье, Chi - Китай, Kor - Корея, Jap - Япония.
Рис. 3. Скаттер-диаграмма для 8 размерных признаков самок Cyanopica cyanus. Сокращения : Spa - Испания, Tbm - Забайкалье и Монголия, Man - Маньчжурия, Pri - Приморье, Chi - Китай, Kor - Корея, Jap - Япония.
В целом, морфометрический анализ выявил явные различия между пиренейской популяцией и азиатскими популяциями голубой сороки и не обнаружил различий внутри группы азиатских подвидов, за исключением отклоняющегося японского подвида japónica.
Филогенетический анализ
Результаты молекулярно-генетического анализа дают однозначный ответ по поводу группирования гаплотипов особей из изолированных европейского и азиатского частей ареала голубой сороки. Рисунок 4 представляет дендрограмму, рассчитанную по первичным последовательностям участка Д-петли мтДНК. Популяции Европы представлены образцами из Испании и Португалии, а азиатские происходят из Забайкалья, Приморского и Хабаровского краёв, восточного Китая, Кореи и Японии. Построенное по методу объединения соседей (NJ) древо показывает отчётливую статистически значимую кластеризацию, соответствующую европейской и азиатской группам подвидов. Подразделение этих групп оказалось высоко значимым, поскольку поддерживается 100% уровнем бутстрепа. Различия между обеими группами достигает 32-40 нуклеотидных замен что соответствует 5.3% различий по р- дистанции. В то же время внутри кластеров дивергенция мини-
Рис. 4. Филогенетическое древо для подвидов Cyanopica cyanus и Pica pica, построенное методом NJ на основании последовательностей контрольного региона мтДНК.
Рис. 5. Филогенетическое древо для подвидов Cyanopica cyanus и Pica pica, построенное методом NJ на основании последовательностей гена цитохрома b мтДНК.
мальна и не превышает 9 замен (в среднем 0.5%). Различия между представителями азиатских подвидов находятся на уровне индивидуальных различий внутри C. c. cyanus и C. c. pallescens. Такова же ситуация внутри западного кластера. Деревья, построенные по методам MP и ML (не показаны), имеют такую же топологию, как и NJ-древо.
Аналогичные результаты получены и при анализе гена цитохрома b мтДНК (рис. 5). Несмотря на меньшее количество проанализированных образцов, представляющих только 3 подвида, картина совершенно идентична описанной выше. Различие между кластерами (группами гаплотипов) высоко достоверно, р-дистанция составила 6.3%, внутри кластеров дивергенция минимальна. В этой статье мы опускаем рассмотрение других, специфических деталей молекулярной филогенети-ки.
Таким образом, пиренейские популяции голубой сороки существенно отличаются от азиатских по обоим молекулярным маркерам.
Уровень дивергенции между двумя изолятами и подвидами голубой сороки сопоставлен с таковым между подвидами обыкновенной сороки Pica pica. Использование молекулярного маркера Д-петли мтДНК в соответствующем филогенетическом анализе показало, что дальневосточные подвиды P. p. jankowskii и P. p. sericea образуют единый кластер, существенно отличающийся от другого кластера, в который входят сибирский подвид P. p. leucoptera и более западные P. p. hemileuco-ptera, P. p. bactriana и P. p. pica (рис. 4). Уровень различий между кластерами достигает 40-50 замен нуклеотидов, или 6.6%. При этом дивергенция как между подвидами каждого кластера, так и между особями одного подвида предельно низка.
При использовании другого маркера — cyt b — сопоставлены только P. p. pica, P. p. bactriana и P. p. jankowskii. Получен тождественный результат: древо демонстрирует существенные отличия гаплотипов птиц, принадлежащих к P. p. jankowskii, от P. p. pica и P. p. bactriana, кластеризующихся вместе (рис. 5). Уровень различий сопоставим с таковым между кластерами голубой сороки.
Обсуждение Характер дивергенции и таксономия
В предыдущих исследованиях голубой сороки сопоставление европейских и азиатских популяций базировалось лишь на окрасочных признаках, а подробные морфометрические исследования не проводились. Некоторые измерения голубых сорок приведены для C. c. cooki (Dos Santos 1968), C. c. pallescens (Нечаев 1974), C. c. pallescens и C. c. cyanus (Рустамов, 1954). Наш множественный морфометрический анализ показал явную дифференциацию между пиренейскими и азиат-
скими популяциями C. cyanus, о чём свидетельствуют значимые различия по нескольким измерениям и в пространстве двух канонических переменных. Эти морфологические данные оказались в полном соответствии с генетическими результатами (Fok et al. 2002; наст. работа): дивергенция последовательностей между западными и восточными изолятами оказалась гораздо больше, чем между разными азиатскими популяциями. Оба набора данных заставляют отказаться от представления о недавней интродукции голубой сороки в Европу (Dos Santos 1968).
Обычно таксономическая оценка аллопатрических популяций затруднена и субъективна; она должна опираться на комплексный анализ ситуации. При сопоставлении результатов молекулярно-генетиче-ского и морфометрического анализа обычно подразумевается, что морфологические данные находятся под влиянием естественного отбора, тогда как последовательности нуклеотидов изменяются случайно. В данном случае генетические данные касаются исключительно мито-хондриального генома. Поскольку морфологические данные отражают в основном ядерный геном, его дивергенция может расцениваться как важное дополнение к генетическим результатам, на основании которых было предложено разделить голубых сорок на два вида - Cyanopica cyanus (Pallas, 1776) и Cyanopica cooki Bonaparte, 1850 (Fok et al. 2002). Наши результаты полностью поддерживают это предложение.
При существовании столь явных различий между западными и восточными изолятами, почти не обнаружено дифференциации между азиатскими популяциями. В этом отношении также налицо соответствие между морфологическими и генетическими данными. Только японский подвид оказался морфологически несколько дифференцированным, что подтверждает его таксономический статус. Интересно отметить, что голубые сороки Японии отличаются наименьшей длиной крыла и хвоста из всех азиатских подвидов. Это может быть связано с незначительными миграционными перемещениями островных сорок. С другой стороны, их дивергенция может быть обусловлена дрейфом генов при островной изоляции.
Таким образом, ни морфометрические, ни молекулярно-генетичес-кие данные не поддерживают подразделение голубой сороки на подвиды в Азии, за исключением японского подвида. Возможно, это обусловлено существованием обмена особями между популяциями на континенте во время кочёвок и репродуктивной изолированностью японских голубых сорок.
В предшествующем нашему молекулярно-генетическом исследовании голубых сорок (Fok et al. 2002) было показано, что голубые сороки Азии разделяются на две генетически различающиеся группы: прибрежную тихоокеанскую (japonica, koreensis, stegmanni и pallescens)
и материковую (cyanus, swinhoe, interposita и kansuensis). Это подразделение не соответствует ни нашему морфометрическому и генетическому анализу, ни зоогеографическим соображениям, поскольку ареал cyanus соседствует с pallescens, но отделён от южнокитайских подвидов.
Вместе с голубой сорокой мы включили в анализ обыкновенную сороку Pica pica для сопоставления уровня внутривидовой дивергенции последовательностей их ДНК. Оказалось, что несмотря на разный характер распространения этих двух видов (разорванный ареал у C. cyanus и непрерывный у P. pica), характер их генетической изменчивости очень схож. У обоих видов мы обнаружили по две сильно дивер-гировавшие географические группы: западную и восточную. Внутри каждой группы генетической дифференциации подвидов не отмечено.
При анализе другого участка мтДНК обнаружено большое сходство Pica pica camtschatica и P. p. pica из Европы, тогда как подвид P. p. sericea из Кореи существенно отличается (Lee et al. 2003). В упомянутой работе не были использованы подвиды, локализованные между P. p. camtschatica и P. p. pica. Согласно нашему исследованию, широко распространённая западная группа гаплотипов включает не только P. p. pica, но и P. p. bactriana (запад России), P. p. hemileucoptera (выборка из Тувы) и P. p. leucoptera (Забайкалье), тогда как P. p. jankowskii (Приморье и Хабаровский край) и P. p. sericea (Корея) принадлежат к восточной гаплогруппе. Это означает, что граница между двумя этими митохондриальными линиями расположена где-то между ареалами P. p. leucoptera и P. p. jankowski - возможно, в бассейне Амура, который считают важным биогеографическим рубежом.
Полученные нами генетические данные пока не позволяют обосновать разделение Pica pica на два вида. Даже Ли с соавторами не решились высказать такое предложение, хотя на их древе P. pica оказалась парафилетической по отношению к P. hudsonia и P. nattalli. Они выбрали более консервативное решение, включив обеих американских сорок в качестве подвидов в вид P. pica (Lee et al. 2003). Для окончательного решения вопроса необходимы детальные морфологические исследования по всему ареалу сороки, данные об обмене генов между популяциями и т. д.
История ареалов
Ареал голубой сороки - редкий, но не единственный пример разорванного ареала. Исследования происхождения широко распространённых видов на современном методическом уровне ещё только начинаются. В последнее время на это направлены усилия молодой отрасли генетики - филогеографии. Из целого ряда исследованных палеарк-тических видов птиц в этом плане наиболее примечательны два примера. Для чёрной вороны Corvus (corone) orientalis и большого пёстрого
дятла Dendrocopos major показана значительная генетическая дивергенция между западными и юго-восточными группами популяций (Крюков, Сузуки 2000; Zink et al. 2002). Наиболее просто данный феномен можно объяснить широким распространением этих птиц к началу плейстоцена и их географическим разделением в течение ледни-ковья. Однако нельзя исключить и того, что их дивергенция в пределах обширных ареалов началась ещё до плейстоцена.
Ареал голубой сороки достаточно динамичен. В южном Предбайка-лье он расширяется в западном направлении. Ранее граница ареала проходила по югу Байкала (Рустамов 1954), теперь голубая сорока гнездится в пределах Иркутска, по реке Белой и в Кимильтее, а во внегнездовое время встречается до западной границы Иркутской области и даже в Кузнецком Алатау (Дурнев и др. 1996; И.В.Фефелов, устн. сообщ.). В Западной Монголии, у Улястая, в 400 км к западу от основной части ареала обнаружено небольшое изолированное поселение (Банников, Скалон 1948). Его следует рассматривать скорее как результат недавнего вселения, чем в качестве реликтовой популяции. В Японии численность голубой сороки растёт на острове Хонсю, хотя на острове Кюсю птица исчезла после 1950 г. (Madge, Burn 1999). В свете этих данных вызывает удивление, почему в Испании и Португалии голубая сорока не показывает стремления распространяться на восток. На Пиренеях она занимает лишь небольшой фрагментирован-ный ареал. Голубую сороку там интенсивно преследуют фермеры, считая вредителем садов. Возможно, это отчасти объясняет ограниченное распространение вида в западной части ареала.
Исходя из наших данных, можно предположить, что ареалы C. cyanus и P. pica имеют сходную историю. Для обоих видов предполагается существование западных и восточных рефугиумов. В отличие от C. cyanus, P. pica после плейстоцена распространялась по антропогенным ландшафтам достаточно быстро, что соответствует гомогенной генетической структуре населения на большей части её ареала. Более детально это вопрос будет рассмотрен в специальной работе.
Время дивергенции
Не вступая в дискуссию о гипотезе молекулярных часов, считаем возможным применить этот подход для оценки дивергенции близкородственных форм, для которых можно предположить одинаковые скорости мутирования в гомологичных участках ДНК. Во многих случаях, когда костные остатки отсутствуют, молекулярные часы остаются единственной возможностью объяснить генетические данные во временном контексте.
В контрольном регионе мтДНК разные участки отличаются по скорости накопления мутаций. Поэтому времена дивергенции, рас-
считываемые по участкам контрольного региона разной протяжённости и расположения, существенно различаются. Ряд других ограничений в использовании этого молекулярного маркера изложены в другой работе (Kryukov et al. 2004). В нашем случае можно условно принять скорость дивергенции в 5% различий за 1 млн. лет для достаточно длинных участков Д-петли мтДНК птиц, как это было посчитано для дарвиновых вьюрков Geospizinae (Freeland, Boag 1999). При этом допущении азиатский и европейский изоляты голубой сороки могли ди-вергировать примерно 1.04 млн. лет назад. На более протяжённом участке мтДНК получена близкая оценка расхождения обеих популяций в 1.2 млн. лет (Fok et al. 2002).
Ген цитохрома b по ряду причин более подходит для оценок скорости дивергенции. Наиболее общепринята калибровка, подтверждённая некоторыми палеонтологическими находками, в 2% дивергенции нук-леотидного состава ДНК за 1 млн. лет (см. обзор: Klicka, Zink 1997). Исходя из этого, расхождение азиатского и европейского изолятов голубой сороки могло произойти гораздо раньше - 3.3 млн. лет назад, а подвидов P. pica — 2.7 млн. лет. Эти цифры не достигают среднего времени межвидовой дивергенции птиц, достаточно спорного, оценённого по гену cyt b в 3.9 млн. лет, а межродовой дивергенции — в 6.2 млн. лет (Johns, Avise 1998).
Расхождение оценок, полученных по разным молекулярным маркерам, отражает несовершенство применяемых подходов. С другой стороны, более обоснованная ранняя оценка дивергенции по цитохро-му b может свидетельствовать о более раннем расхождении рассмотренных подвидов, чем средний плейстоцен. Это подтверждает последние представления, относящие основные видообразовательные события к плиоцену или раннему плейстоцену, тогда как ледниковым процессам отводится роль их завершения и формирования современной филогеографической структуры вида (Klicka, Zink 1997; Avise, Walker 1998). Следуя этой гипотезе, можно, в частности, предположить, что фенотипическая и генотипическая дифференциация голубой сороки (на востоке и западе ареала) могла произойти ещё в плиоцене, а повторяющиеся ледниковые сжатия и экспансии в плейстоцене лишь завершили этот процесс и усилили различия между восточной и западной группами популяций.
Таким образом, полученные результаты однозначно опровергают гипотезу недавнего переселения голубой сороки из Азии в Европу. Уровень различий между азиатским и европейским изолятами по молекулярным маркерам существенно больше, чем между отдельными подвидами азиатской группы. Эти данные почти полностью соответствуют морфологической дивергенции (за исключением обособленного японского подвида). И молекулярно-генетические, и морфометрические
данные свидетельствуют о видовом статусе обоих изолятов — Cyanopica cyanus (Pallas, 1776) и Cyanopica cooki Bonaparte, 185G. Дифференциация и голубой сороки, и сороки на западные и восточные генетические линии могла происходить в одни сроки по сходным сценариям, предполагающим её начало ещё в плиоцене и формирование после плейстоцена.
Авторы благодарят Я.А.Редькина и В.Н.Сотникова за предоставление образцов тканей, J.Martinez и C.Cruz за образцы ДНК из Испании, A.Gamauf за перья из Испании и Китая, D.Radford, W.Scheres, B.Wylie за перья из Португалии, T.Hiraoka за образец из Японии, H.Park, J.T.Kim за образцы из Южной Кореи, хранившиеся в Банке геномных ресурсов (CGBR), R.Kothbauer за образцы из Турции, S.Weigl, S.Wegleitner за образцы из Забайкалья. Авторы признательны сотрудникам всех упомянутых орнитологических хранилищ - П.С.Томковичу, В.А.Нечаеву, A.Gamauf, R.Kakizawa и E.Pasquet - за предоставление возможности работы с коллекциями. Неоценимую помощь в проведении и обеспечении анализов оказали B.Daubl, R.Kakizawa, H.Suzuki, а W.Pinsker, А.А.Назаренко, A.Gamauf и W.Mayer помогли в обсуждении результатов. Работа поддержана грантом РФФИ N 01-04-02006.
Литература Бабенко В.Г. 2GGG. Птицы Нижнего Приамурья. М.: 1-724.
Банников А.Г., Скалон В.Н. 1948. Орнитологические заметки о Монголии //
Охрана природы б: 17-31. Дементьев Г.П. 194G. Руководство по зоологии. Т. 6. Позвоночные. Птицы. М.-Л.: 1-856.
Дурнев Ю.А., Мельников Ю.И., Бояркин И.В. и др. 1996. Редкие и малоизученные позвоночные животные Предбайкалья: распространение, экология, охрана. Иркутск: 1-288. Крюков А.П., Сузуки Х. 2GGG. Филогеография чёрной, серой и большеклювой ворон (Aves, Corvidae) по данным частичного секвенирования гена цитохрома b митохондриальной ДНК // Генетика 36, 8: 1111-1118. Нечаев В.А. 1974. К биологии голубой сороки — Cyanopica cyanus (Pall.) в Приморье // Фауна и экология наземных позвоночных юга Дальнего Востока СССР. Владивосток: 12G-135. Рустамов А.К. 1954. Семейство врановые // Птицы Советского Союза. М., б: 13-1G4.
Степанян Л.С. 2GG3. Конспект орнитологической фауны России и сопредельных
территорий (в границах СССР как исторической области). М.: 1-8G8. Фомин В.Е., Болд А. 1991. Каталог птиц Монгольской Народной Республики. М.: 1-125.
Avise J.C., Walker D. 1998. Pleistocene phylogeographic effects on avian populations and the speciation process // Proc. R. Soc. Lond. B 265: 457-463. Cheng Tso-hsin. 1987. A Synopsis of the Avifauna of China. Beijing: Science Press,
Hamburg, Berlin: P. Parey: 1-1222. Cooper J.H. 2GGG. First fossil record of Azure-winged magpie Cyanopica cyanus in Europe // Ibis 142: 15G-151.
Cramp S., Perrins C.M. 1994. Handbook of the Birds of Europe, the Middle East and North Africa. The Birds of the Western Palearctic. Vol. 8. Crows to finches. Oxford, Oxford Univ. Press.
Dickinson E.C. (ed.). 2003. The Howard & Moore Complete Checklist of the Birds of the World. 3rd ed. London, C. Helm: 1-1039.
Dos Santos J.R. 1968. The colony of azure-winged magpies in the Barca d'Alava region // Cyanopica 1: 1-28.
Ebels E.B. 2003. Speciation in Pica magpies // Dutch Birding 25: 103-116.
Fok K.W., Wade C.M., Parkin D.T. 2002. Inferring the phylogeny of disjunct populations of the azure-winged magpie Cyanopica cyanus from mitochondrial control region sequences // Proc. R. Soc. Lond. B 269: 1671-1679.
Freeland J.R., Boag P.T. 1999. Phylogenetics of Darwin's finches: paraphyly in the tree-finches, and two divergent lineages in the warbler finch //Auk 116: 577-588.
Goodwin D. 1986. Crows of the World. 2nd ed. Seattle: Univ. Washington Press.
Hall T.A. 1999. BioEdit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT // Nuclear Acids Symp. Ser. 41: 95-98.
Haring E., Riesing M.J., Pinsker W., Gamauf A. 1999. Evolution of a pseudo-control region in the mitochondrial genome of Palearctic buzzards (genus Buteo) // J. Zool. Syst. Evol. Research 37: 185-194.
Helm-Bychowski K., Cracraft J. 1993. Recovering phylogenetic signal from DNA sequences: relationships within the Corvine assemblage (class Aves) as inferred from complete sequences of mitochondrial cytochrome-b gene // Mol. Biol. Evol. 10: 1196-1214.
Iwasa M., Kryukov A., Kakizawa R., Suzuki H. 2002. Differentiation of mitochondrial gene of Jungle crow Corvus macrorhynchos (Corvidae) in East and South Asia // J. Yamashina Inst. for Ornithology 34: 66-72.
Johns G.C., Avise J.C. 1998. A comparative summary of genetic distances in the vertebrates from the mitochondrial cytochrome B gene // Mol. Biol. Evol. 15: 1481-1490.
Klicka J., Zink R.M. 1997. The importance of recent ice ages in speciation: a failed paradigm // Science 277: 1666-1669.
Kryukov A., Iwasa M.A., Kakizawa R., Suzuki H., Pinsker W., Haring E. 2004. Synchronic east-west divergence in azure-winged magpies (Cyanopica cyanus) and magpies (Picapica) // J. Zool. Syst. Evol. Research 42: 342-351.
Lee S., Parr C.S., Hwang Y., Mindell D.P., Choe J.C. 2003. Phylogeny of magpies (genus Pica) inferred from mtDNA data //Mol. Phyl. Evol. 29: 250-257.
Madge S., Burn H. 1999. Crows and Jays. London: C. Helm.
StatSoft, Inc. 1995. STATISTICA for Windows (Computer program manual). Tulsa, OK: StatSoft, Inc.
Swofford D.L. 2002. PAUP* - Phylogenetic Analysis Using Parsimony (*and other methods). Vers. 4.0b6-10. Sunderland, MA: Sinauer.
Vaurie C. 1959. The Birds of the Palearctic Fauna: Order Passeriformes. London, Witherby: 1-762.
Zink R.M., Drovetski S.V., Rohwer S. 2002. Phylogeographic patterns in the great spotted woodpecker Dendrocopos major across Eurasia // J. Avian Biol. 33: 175-178.
