Contribution to the systematics and nomenclature of the checkerspots of the group Melitaea minerva Staudinger, 1881 (Lepidoptera, Nymphalidae)

Abstract

Wing pattern, male genitalia armatures and the COI-gene sequence within the checkerspots of the group Melitaea minerva are examined. The lectotypes of M. asteroida variegata and M. asteroida maculata are designated, it is shown that both taxa belong to M. minerva (subspecies of it), but not to M. asteroida. Basing on the DNA investigation (COI sequence) I made an assumption that the taxa M. minerva and M. pallas are conspecific. M. solona is not a separate species but forms a group of phenotypes characteristic for both M. minerva and M. asteroida. The male genitalia features are inapplicable for the species identification within the group M. minerva.

Research ARTICLE UDC 595.789

________________________________

К систематике и номенклатуре шашечниц группы Melitaea minerva Staudinger, 1881 (Lepidoptera, Nymphalidae)

С.К. Корб

Исследованы крыловой рисунок, строение гениталий самцов и последовательности COI шашечниц группы Melitae minerva. Обозначены лектотипы M. asteroida variegata и M. asteroida maculata, показано, что оба таксона относятся к M. minerva как его подвиды, а не к M. asteroida. На основании исследования ДНК (последовательность COI) делается предположение о конспецифичности таксонов M. minerva и M. pallas. Таксон M. solona не является самостоятельным видом, а представляет сборную группу фенотипов, характерных как для M. minerva, так и для M. asteroida. Для идентификации видов внутри группы M. minerva признаки гениталий самцов непригодны.

Ключевые слова: нимфалиды, шашечницы, номенклатура, систематика, лектотипы, Melitae minerva, Melitaea asteroida.

_____________________________________________________________________________________________________

Введение

Шашечницы (Melitaea Fabricius, 1807) – один из наиболее обширных родов палеарктических нимфалид, состоящий, согласно новейшей ревизии (van Oorschot, Coutsis, 2014) и вышедших после нее работ (Korb, 2013, 2016; Korb et al., 2017; Lukhtanov, 2017; Pazhenkova et al., 2015), из 98 видов. Центром видового разнообразия рода является Средняя Азия – здесь зарегистрировано 32 представителя Melitaea (Korb, Bolshakov, 2016).

Внутри рода выделяется несколько групп видов (Higgins, 1941; van Oorschot, Coutsis, 2014). Hаиболее сложными в таксономическом отношении считаются группы M. didyma (Esper, 1778) и M. phoebe (Denis et Schiffermüller, 1775) (van Oorschot, Coutsis, 2014). Виды группы M. minerva Staudinger 1881, которая, согласно H. Van Oorschot и J.G. Coutsis (2014) разделяется на две подгруппы: подгруппа M. minerva, включающая 4 вида, и подгруппа M. sultanensis Staudinger, 1886, также состоящая из 4 видов, встречаются в высокогорьях Средней Азии. В понимании К.А. Колесниченко, В.К. Тузова и С.В. Чуркина (Churkin et al., 2000; Kolesnichenko, Churkin, 2003), M. minerva и M. asteroida – отдельные группы видов шашечниц.

В системе С.В. Чуркина с соавторами (Churkin et al., 2000) группа M. asteroida состоит из 3 видов: M. asteroida, M. solona (Alphéraky, 1881) и M. ludmilla Churkin, Kolesnichenko et Tuzov, 2000. В 2013 г. систематика группы была ревизована (Korb, 2013); был сделан вывод о том, что в горах Средней Азии эта группа представлена единственным полиморфным видом, характерным отличием которого является небольшой шиповидный отросток на вентральной поверхности вальвы; старейшим пригодным названием для этого вида является M. asteroida. Однако статус некоторых описанных внутри этой группы таксонов до сих пор остается неясным; прояснению статуса этих таксонов посвящена настоящая работа.

Цель исследования

Дать оценку таксономического статуса и определить положение в системе описанных в составе M. asteroida в качестве вариаций таксонов M. asteroida var. variegata Staudinger, 1901 и M. asteroida var. maculata Staudinger, 1901. Провести оценку изменчивости внешних признаков и гениталий самцов внутри группы M. minerva, оценить статус установленных внутри группы видов, сделать предварительную оценку таксономического объема группы по внешним признакам, гениталиям самцов и анализу последовательности COI.

Материалы и методы исследований

С целью изучения индивидуальной изменчивости исследовано более 500 экземпляров из группы M. minerva из различных районов Тянь-Шаня; наиболее обширные серии – из Киргизского хр. (ущ. Чон-Куурчак) (102 экз., включающие M. minerva и M. asteroida в равных пропорциях) и с Таласского хр. (пер. Алабель, 98 экз., M. asteroida).

Изучен типовой материал всех таксонов группы M. minerva. Типовой материал таксонов этой группы хранится в следующих музеях: Museum für Naturkunde Leibniz-Institut für Evolutions- und Biodiversitätsforschung, Берлин, Германия (далее – ZMHU); Зоологический институт РАН, С.-Петербург, Россия (далее – ЗИН); Государственный Дарвиновский Музей, Москва, Россия (далее – ГДМ); Зоологический Музей Московского Университета, Москва, Россия (далее – ЗММУ).

Произведено секвенирование ДНК (последовательность COI) пяти экземпляров, определенных нами как M. asteroida (GWOTS544, GWOTS545) и M. minerva (KU358913, GWOTS555, GWOTS556). Использованы следующие последовательности гена COI из базы данных GenBank: FJ462270, FJ462268, FJ663802, FJ663803, FJ462263, FJ462284, FJ663804, FJ663805, FJ663806, относящиеся к таксонам M. pallas, M. minerva, M. ludmilla, M. solona, M. sultanensis Staudinger, 1886. Секвенирование производилось на базе проекта BOLD (Ratnasingham, Hebert, 2007) в University of Guelph, Канада.

Номенклатурная справка

[Melitaea] asteroida var. variegata Staudinger, 1901: 33. Типовое местонахождение: «Kuldja» (по лектотипу, см. ниже), «Thian. c. s. (Boro Choro)» (по оригинальному описанию).

Типовой материал. Лектотип ♂, обозначается здесь, с этикетками: рукописная (черной тушью) на белой бумаге «v. Variegata», печатная на фиолетовой бумаге «Origin.», рукописная (черной тушью) на коричневой бумаге «Kuldja | Rhbl. 84». Паралектотипы: 2 ♂, первый без географической этикетки, второй с этикеткой «Thibet | Boro Choro | 90 Gr. Gr.».

Место хранения типового материала: ZMHU.

[Melitaea] asteroida var. maculata Staudinger, 1901: 33. Типовое местонахождение: «Thian. or. (alpes prope Chamyl)» (по оригинальному описанию).

Типовой материал. Лектотип ♂, обозначается здесь, с этикетками: рукописная (черной тушью) на белой бумаге «v. Maculata | Stgr.», печатная на фиолетовой бумаге «Origin.», рукописная (черной тушью) на коричневой бумаге «Than. or. | 96. Hbhr.». Паралектотипы: 2 ♀, без географических этикеток.

Место хранения типового материала: ZMHU.

Результаты и их обсуждение

Выяснено, что изменчивости подвержены все признаки крылового рисунка: размеры и конфигурация пятен и перевязей, их наличие или отсутствие. Внутри одной популяции обитают особи с крайними фенотипами и имеется весь спектр переходов между ними, например, черные перевязи на верхней стороне крыльев могут почти полностью отсутствовать (рисунок будет представлен только напылением из темных чешуек по жилкам), могут быть выражены полностью (полные ряды пятен в перевязях), могут быть выражены частично (выражены не все перевязи и не все пятна в них; наиболее часто встречающийся тип рисунка). Выделение подвидов по признакам крылового рисунка, с учетом его широкой вариабельности, выглядит неубедительно.

Гениталии самцов внутри группы M. minerva в целом весьма схожи (Figure 1–6), различаясь лишь длиной каудальных отростков вальвы: внутри подгруппы M. minerva каудальный отросток вальвы в целом длиннее и более тонкий (Figure 1–3), чем внутри подгруппы M. asteroida (Figure 1, 4–6). По признакам гениталий самцов обе подгруппы скорее являются самостоятельными видами, чем подгруппами близких видов, поскольку других стабильных различий в строении гениталий, кроме обозначенной длины каудального отростка, нет. Отмечавшиеся некоторыми авторами небольшие различия в строении гениталий самцов (Churkin et al., 2000), послужившие диагностическими для описания M. ludmilla, не подтверждаются на серийном материале (исследованы гениталии 23 самцов).

Анализ последовательности COI (Figure 2, рис. 7) внутри группы M. minerva показывает, что все таксоны группы четко группируются в два кластера: кластер M. minerva, в который попадают таксоны M. minerva, M. pallas, M. palamedes, часть M. solona; кластер M. asteroida, в который попадают таксоны M. asteroida, M. ludmilla и часть M. solona; кластер M. sultanensis находится в базальном положении по отношению к двум другим кластерам, тем самым подтверждая правоту Л.Дж. Хиггинса (Higgins, 1941), включавшего M. sultanensis в общую с M. minerva группу, и опровергая выводы Х. ван Ооршота и Дж. Г. Кутсиса (van Oorschot, Coutsis, 2014), выделивших близкие к M. sultanensis виды в отдельную группу (здесь статус и положение группы M. sultanensis не рассматривается). Любопытно что вид, ранее идентифицировавшийся как M. solona, относится на кладограмме к двум видам: M. minerva и M. asteroidan, не формируя собственного кластера. Очевидно, что определить статус истинной M. solona можно только с привлечением типового материала и исследованием ДНК близкого к типовому материала; в тематику этого исследования данная проблема не входит, поэтому обсуждать мы ее не будем. Однако важно отметить, что из ДНК-тестирования следует, что таксон M. solona не является самостоятельным видом, а представляет сборную группу фенотипов, характерных как для M. minerva, так и для M. asteroida.

На кладограмме обращают на себя внимание большие дистанции между отдельными ветвями, явно относящимися к одному виду. Так, внутри клады M. minerva только между последовательностями FJ462270 (M. pallas), KU358913 (M. minerva palamedes) и FJ462268 (M. minerva) дистанции меньше «традиционных» для трактовки как отдельные виды 2% (Lambert et al., 2005); остальные дистанции составляют 3 и более процентов. Такая же ситуация наблюдается и в кладе M. asteroida: только дистанция между FJ462284 (M. solona) и FJ462263 (M. ludmilla) укладывается в 2%, остальные дистанции существенно больше (Table 1).

Table 1.Попарное сходство последовательностей COI внутри группы M. *minerva*, рассчитанное на основе выровненной матрицы из 600 оснований
№	Проба ДНК	Значение меры сходства, р-дистанции, %
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	FJ462263_ludmilla_Suusamyr
2	FJ462268_minerva_Kyrgyzstan	0,050
3	FJ462270_pallas_Suusamyr	0,068	0,019
4	FJ462284_solona_Kyrgyzstan	0,016	0,047	0,064
5	FJ663802_solona_Kyrgyzstan	0,040	0,023	0,040	0,030
6	FJ663803_solona_Kyrgyzstan	0,040	0,023	0,040	0,030	0,000
7	FJ663804_sultanensis_Kyrgyzstan	0,043	0,053	0,057	0,040	0,043	0,043
8	FJ663805_sultanensis_Kyrgyzstan	0,043	0,053	0,057	0,040	0,043	0,043	0,000
9	FJ663806_sultanensis_Kyrgyzstan	0,043	0,053	0,057	0,040	0,043	0,043	0,000	0,000
10	GWOTS544_asteroida_Taldyk	0,030	0,061	0,071	0,013	0,043	0,043	0,043	0,043	0,043
11	GWOTS545_asteroida_Taldyk	0,030	0,061	0,071	0,013	0,043	0,043	0,043	0,043	0,043	0,000
12	GWOTS555_minerva_Taldyk	0,036	0,033	0,050	0,033	0,036	0,036	0,054	0,054	0,054	0,047	0,047
13	GWOTS556_minerva_Taldyk	0,036	0,033	0,050	0,033	0,036	0,036	0,054	0,054	0,054	0,047	0,047	0,000
14	KU358913_minerva_palamedes_Kyrgyzstan	0,061	0,013	0,006	0,057	0,033	0,033	0,050	0,050	0,050	0,064	0,064	0,043	0,043

Учитывая результаты ДНК-тестирования, можно заключить, что внутри группы M. minerva дистанции между пробами COI, достаточные для разграничения таксонов на уровне видов, должны составлять не менее 4%. Ранее (Pazhenkova et al., 2015) для группы Melitaea didyma уже отмечалось, что значения дистанций для видов этого рода достаточно велики (Е.А. Паженкова с соавторами вывели значение 3,9%, что очень близко к нашим 4,0%).

Исходя из исследования ДНК (последовательность COI), статус таксона palamedes ранее был установлен как подвид M. minerva (Korb et al., 2017); на основании исследования морфологии было доказано, что выделяемые внутри группы M. asteroida виды являются подвидами полиморфного M. asteroida (Korb, 2013). Последнее утверждение подтверждается результатами ДНК-тестирования, проведенными в настоящей работе (Figure 2, рис. 7). Статус таксона M. pallas нуждается в дополнительной проверке. Типовой материал M. pallas мало отличается от M. minerva, внешние различия видны только на серийном материале; различия в гениталиях самцов не выходят за границы изменчивости внутри M. minerva. Мы не располагаем достаточным количеством последовательностей COI надежно идентифицированной M. pallas для того, чтобы уверенно утверждать, что отмеченный уровень различий (менее 2%) реален, так как разброс р-дистанций (Table 1) внутри одного вида достаточно велик. Для определения статуса и положения в системе этого таксона требуются дополнительные исследования.

Исходя из нашего исследования гениталий самцов внутри группы M. minerva, делаем заключение, что для видовой дифференциации гениталии внутри этой группы непригодны, или пригодны только с применением статистических методов, поскольку наше заключение «каудальный отросток вида M. minerva длиннее и тоньше, чем M. asteroida» требует статистического обоснования. Использование этого признака для идентификации видов, с учетом большого количества описанных форм, видится нам как минимум проблематичным.

Виды внутри группы M. minerva хорошо различаются по крыловому рисунку. M. asteroida на нижней поверхности переднего крыла в апикальной области не имеет белого, белесого или желтоватого поля (Figure 3, рис. 14–24), хорошо выраженного у M. minerva (Figure 3, рис. 8–13, 26–28).

По белому полю в апикальной области нижней поверхности переднего крыла Figure 3, рис. 8–13) оба рассматриваемых таксона, не смотря на внешнее сходство с M. asteroida, относятся к M. minerva. ДНК-пробы FJ663802 и FJ462268 представляют оба фенотипа (maculata и variegata) и ложатся в кластер M. minerva. На этом основании эти таксоны относятся к M. minerva.

Учитывая уровень различий по последовательности COI, считаем обоснованным выделение обоих этих таксонов в качестве самостоятельных подвидов M. minerva: M. minerva variegata, stat.rev., M. minervamaculata, stat.rev.

Таким образом, предположительно, на территории гор Средней Азии в группе M. minerva имеется только два широко распространенных полиморфных вида: M. minerva и M. asteroida.

Благодарности

Автор сердечно признателен В. Маю (Dr W. Mey, ZMHU), А.Л. Львовскому и С.Ю. Синеву (ЗИН), А.В. Свиридову (ЗММУ) за предоставление доступа к курируемым ими коллекциям. Автор благодарен коллективу лаборатории BOLD Systems (Guelph, Канада) за секвенирование проб ДНК.

Выводы

Обозначены лектотипы M. asteroida variegata и M. asteroida maculata.
Показано, что гениталии самца не являются надежным признаком для разделения видов внутри группы M. minerva.
Таксоны M. asteroida variegata и M. asteroida damaculata переподчинены в качестве самостоятельных подвидов M. minerva: M. minerva variegata, stat.rev., M. minerva maculata, stat.rev.
Предполагается, что таксон M. pallas является подвидом или формой M. minerva; для проверки этого предположения требуется дополнительное исследование.
Установлено, что в группе M. minerva для разделения на видовом уровне требуется значение р-дистанции по последовательности COI не менее 4%; это подтверждает аналогичные выводы, сделанные Е.А. Паженковой с соавторами.
Из ДНК-тестирования следует, что таксон M. solona не является самостоятельным видом, а представляет сборную группу фенотипов, характерных как для M. minerva, так и для M. asteroida.
Гениталии самцов внутри группы M. minerva не являются надежным признаком для идентификации видов.
Предполагается, что на территории гор Средней Азии в группе M. minerva имеется только два широко распространенных полиморфных вида: M. minerva и M. asteroida.

References

Churkin, S.V., Kolesnichenko, K.A., Tuzov, V.K. (2000). A review of the Melitaeaasteroida species-group (Lepidoptera, Nymphalidae) with new taxa descriptions. Helios, 1, 61-87.

Higgins, L.G. (1941). An illustrated catalogue of the Palaearctic Melitaea (Lep. Rhopalocera). Transactions of the Royal Entomological Society of London, 91, 175-354. https://doi.org/10.1111/j.1365-2311.1941.tb01045.x

Kolesnichenko, K.A., Churkin, S.V. (2003). A review of the Melitaeaminerva (Staudinger, 1881) species-group (Lepidoptera, Nymphalidae). Helios, 4, 301-341.

Korb, S.K. (2013). Butterflies (Lepidoptera: Papilionoformes) of North Tian-Shan. Part 2. Nymphalidae, Riodinidae, Lycaenidae. Eversmannia, Suppl. 4.

Korb, S.K. (2016). On the status of Melitaea ala kotshubeji Sheljuzhko, 1929, Melitaeadidyma enarea Fruhstorfer, 1916 and Melitaeaenarea gromenkoi Kolesnichenko, 1999 and the questions of the subspecies systematics inside of this group (Lepidoptera, Nymphalidae). Amurian zoological Journal, 8, 64-72.

Korb, S.K., Bolshakov, L.V. (2016). A systematic catalogue of butterflies of the former Soviet Union (Armenia, Azerbaijan, Belarus, Estonia, Georgia, Kyrgyzstan, Kazakhstan, Latvia, Lituania, Moldova, Russia, Tajikistan, Turkmenistan, Ukraine, Uzbekistan) with special account to their type specimens (Lepidoptera: Hesperioidea, Papilionoidea). Zootaxa, 4160, 324 p. https://doi.org/10.11646/zootaxa.4160.1.1

Korb, S.K., Fric, Z.F., Bartonova, A. (2017). On the status and position of Melitaeaminerva var. palamedes Groum-Grshimaïlo, 1890 (Lepidoptera: Nymphalidae). SHILAP Revista de Lepidopterología, 45, 17-22.

Lambert, D.M., Baker, A., Huynen, L., Haddrath, O., Hebert, P.D.N., Millar, C.D. (2005). Is a largescale DNA-based inventory of ancient life possible? Journal of Heredity, 96, 279-284. https://doi.org/10.1093/jhered/esi035

Lukhtanov, V.A. (2017). A new species of Melitaea from Israel, with notes on taxonomy, cytogenetics, phylogeography and interspecific hybridization in the Melitaeapersea complex (Lepidoptera, Nymphalidae). Comparative Cytogenetics, 11, 325-357.https://doi.org/10.3897/CompCytogen.v11i2.12370

Pazhenkova, E.A., Zakharov, E.V., Lukhtanov, V.A. (2015). DNA barcoding reveals twelve lineages with properties of phylogenetic and biological species within Melitaeadidymasensu lato (Lepidoptera, Nymphalidae). ZooKeys, 538, 35-46. https://doi.org/10.3897/zookeys.538.6605

Ratnasingham, S., Hebert, P.D.N. (2007). BOLD: The Barcode of Life Data System (www.barcodinglife.org). Molecular Ecology Notes, 7, 355-364.https://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2007.01678.x

Van Oorschot, H., Coutsis, J.G. (2014). The genus MelitaeaFabricius, 1807 (Lepidoptera: Nymphalidae, Nymphalinae) Taxonomy and systematics with special reference to the male genitalia. Pardubice: Tshikolovets Publications.

Citation:

Korb S.K. (2019). Contribution to the systematics and nomenclature of the checkerspots of the group Melitaea minerva Staudinger, 1881 (Lepidoptera, Nymphalidae).ActaBiologicaSibirica, 5 (3), 139-145.

Submitted: 10.08.2019. Accepted: 10.09.2019

http://dx.doi.org/10.14258/abs.v5.i3.6535