A Magyar Tudományos Akadémia folyóirata. Alapítva: 1840
 

KEZDŐLAP    ARCHÍVUM    IMPRESSZUM    KERESÉS


 A LUMBRICIDAE CSALÁD FOLOGENEZISE.

    MORFOLÓGIAI ÉS MOLEKULÁRIS FILOGENETIKAI ÁTTAKINTÉS

X

Cech Gábor

PhD, tudományos munkatárs, MTA  Agrártudományi Kutatóközpont Állatorvos-tudományi Intézet • cechg(kukac)vivri.hu

Szederjesi Timea

PhD-hallgató, ELTE Állatrendszertani és Ökológiai Tanszék

Csuzdi Csaba

az MTA doktora, docens, Eszterházy Károly Főiskola Állattani Tanszék

 

 

Bevezetés


A gyűrűsférgek törzse (Annelida) több mint 17 000 fajjal az állatok országának fajokban egyik gazdag törzse. Nevüket a testükön végighúzódó homonóm szelvényekről kapták. A törzsbe tartozó fajok széles körben terjedtek el az egész földön a mélytengerektől kezdve a parti zónákon át a szárazföldi, illetve édesvízi élőhelyekig.

A földigiliszták (Lumbricidae) a nyeregképző gyűrűsférgek (Clitellata) jellegzetes, holarktikus elterjedésű családja. Az ide tartozó fajok a talaj megafaunájának tagjai, méretük 1–100 cm között változhat. Szelvényeiken nyolc-nyolc serte található, amelyek elhelyezkedhetnek egyenként vagy párosával, gyakran szoros párokat alkotva. A hím ivarnyílás legtöbbször a 15. szelvényen van, emögött húzódik a többrétegű nyereg (clitellum), amely gyakran párzási időszaktól függetlenül megtalálható. Hermafroditák, de önmegtermékenyítésre nem ismerünk adatokat. Szaprofág állatok, a talajban, illetve a talaj felszínén lévő elhalt növényi részekkel táplálkoznak, így a talajban lejátszódó dekomponálás fontos résztvevői.


A gyűrűsférgek rendszerezése:
történeti áttekintés


A Lumbricidae család osztályozása hosszú idő óta komoly kihívás elé állítja a kutatókat. Az 1900-as évek közepéig a családon belüli rendszerezésekor főként ivari bélyegeket használtak (az ondóhólyagok száma, az ondótartók száma és nyílásának vertikális helyzete) kiegészítve néhány szomatikus bélyeggel, mint például a pigmentáció vagy a serték állása.

Wilhelm Michaelsen 1900-ban közzétett monográfiája volt az első teljességre törekvő munka, amelyben a Lumbricidae család addig leírt mintegy 250 fajtát öt nembe (Eiseniella Michaelsen, 1900, Eisenia Malm, 1877, Octolasium Örley, 1885, Lumbricus L. 1758, Helodrilus Hoffmeister, 1845) sorolta, továbbá a Helodrilus nemen belül négy alnemet különböztetett meg (Helodrilus [Helodrilus] Hoffmeister, 1845, Helodrilus [Allolobophora] Eisen, 1874, Helodrilus [Dendrobaena] Eisen, 1874, Helodrilus [Bimastus] Moore, 1894). Néhány kisebb változtatással a negyvenes évek elejéig széles körűen használták ezt a filogenetikai alapokon nyugvónak tűnő rendszert, hiszen az időközben génusz rangra emelt algénuszokkal együtt (Svetlov, 1924) a nyolc nem világosan elhatárolódott egymástól.

A giliszták anatómiai felépítésére vonatkozó ismeretek bővülésével egyre inkább tarthatatlanná vált ez a főként ivari bélyegekre alapuló rendszer. Georg Pool (1937) vizsgálataiban megállapította, hogy a hosszanti izomzat felépítését vizsgálva két nagy csoportot lehet elkülöníteni: a tollas, illetve a nyalábos szerkezettel rendelkező fajokat. Victor Pop (1941) kimutatta, hogy az ondóhólyagok szá-ma a közeli rokon fajoknál, de akár fajon belül is variálhat, s ezért részletes revízió alá vetette a Michaelsen rendszerében használt egyes nemeket és fajokat. Munkájában a Lumbricidae családot két fő csoportra osztotta a bíborvörös (porphyrin) alapú pigment megléte, illetve hiánya alapján. Az előbbi csoportban a tág serteállással rendelkező fajokat a Dendrobaena, a szűk serteállású, tanylobikus fejformájúakat a Lumbricus, míg az epilobikus fejjel rendelkezőket az Eisenia nembe sorolta. A pigment nélküli tág serteállásúak az Octolasium, a szűk serteállásúak pedig az Allolobophora, valamint az Eiseniella nemekbe kerültek. Ez utóbbi génusz megkülönböztethető volt a tetraedrikus testvég, továbbá az egy szelvényre kiterjedő izmos gyomor segítségével. A hosszanti izomzat felépítése szerint csupán az Octolasium és a Lumbricus nemek bizonyultak homogénnek (tollas), a többi génuszban mindkét típus fellelhető volt. Popnak csak a fajok töredékének izomzatáról voltak ismeretei, ezért nem vállalkozott rá, hogy filogenetikailag értelmezze a tollas és nyalábos típust.

A Pop (1941) rendszerét követő időkben a leírt nemek száma ugrásszerűen megnőtt, s az osztályozásnál olyan újabb bélyegek kerültek előtérbe, melyeket több más földigiliszta családnál is sikeresen alkalmaztak a génuszok elkülönítésére. Így például Gordon E. Gates (1975) a nefridiális hólyagok alkalmazására hívta fel a figyelmet, amit Tamara S. Perel (1979) kiterjesztett az addig leírt fajokra, feltételezve, hogy az evolúció folyamán egyre komplikáltabb hólyagtípusok jelentek meg. Az általa felállított rendszerben csupán a Lumbricus, az Eisenia, és az Allolobophora (Svetlovia) Perel alnem mutatkozott monofiletikusnak, az Allolobophora (Allolobophora) és a Dendrobaena nemek továbbra is igen heterogének maradtak. Revíziójának másik hibája volt, hogy csupán egy szűkebb terület, a volt Szovjetunió faunája alapján próbált megállapításokat tenni, így sok európai, illetve észak-amerikai faj kimaradt a vizsgálatokból.

A 80-as évek elején a szisztematikában a kladisztika térnyerése hozott változást, amely a földigiliszták rendszerezésére is kifejtette hatását, igényt teremtve egy filogenetikai alapú rendszer felállítására. Ezzel összefüggésben a leginkább zavaros Allolobophora és Dendrobaena génuszok revíziójára számos lépés irányult (Zicsi, 1978, 1981, 1985), de összességében a problémát nem sikerült megoldani.

Narcis Mršić (1991) vállalkozott az egész család újragondolására, azonban ő is elkövette elődei hibáját, és megint egy szűkebb régió, a Balkán fajai alapján végzett átfogó családrevíziót, ezt azzal is súlyosbítva, hogy nem foglalkozott a bélyegek súlyozásával, és teljesen mellőzte az akkor már szélesen elterjedt modern szisztematikai módszereket, aminek következtében para- és polifiletikus taxonok sorát hozta létre.

Ezt a rendszert vette át és alakította tovább Jian-Ping Qiu és Marcel Bouché (1998) egy újabb családrevízióban, amelyben a nemek közötti rokonsági viszonyok tisztázására is kísérletet tettek. A fenetikus klasszifikáció módszereit felhasználva a felsorolt mintegy 700 földigiliszta fajt három alcsaládba és 63 génuszba osztották be (16 új nemet és alnemet leírva), s munkájukban mintegy 70 új faj, alfaj és varietas (!!!) tűnik fel.

Sajnálatos módon ez a rendszer is bővelkedik a poli- és parafiletikus csoportokban, ami a fenetikus módszerek hibájának, így például a súlyozás mellőzésének tudható be. Emellett az egész családot felölelő revíziójuk szintén egy szűkebb földrajzi terület, Franciaország földigiliszta-faunáján alapult, s ennek eredményeiből kiindulva próbáltak következtetéseket levonni az egész Holarktiszban elterjedt család rokonsági kapcsolataira.


Új eredmények a földigiliszták
molekuláris alapú rendszerezésében
és filogenetikájában


A Lumbricidae családban az első molekuláris vizsgálatok meglepően későn láttak napvilágot. Antonia Pop és munkatársai (2003) három génszakaszra fókuszáltak, a nukleáris 18S rDNS-re, valamint a mitokondriális 16S RNS és a citokróm c oxidáz I génjére (COI). Bár ez a dolgozat kizárólag Románia területéről származó mintákat vizsgált, több figyelemre méltó megállapítást tett. A COI-n alapuló analízis alátámasztotta az Octodrilus génusz monofiletikus voltát, ugyanakkor az Allolobophora nem erősen heterogénnek mutatkozott. Ezzel szemben a 16S rDNS-szekvenciák kizárólagos vizsgálata több kláduszra szakította az Octodrilus nemet. A Lumbricus terrestris és az Eisenia nembe

 

 

tartozó fajok helye a 16S rDNS-fán megfelelt a klasszikus koncepciónak. A 18S rDNS-t dolgozatukban részletesen nem elemezték, mivel csak három (+ három, génbankból letöltött) faj esetében állt rendelkezésre szekvencia, ám megállapították, hogy a 1818 bázispárból 43% mutat variabilitást.

Vizsgálatainkkal ezen a ponton kapcsolódtunk be a kutatásokba. Az ELTE Mikrobiológia Tanszékének molekuláris laboratóriumában folytattuk a 18S RNS-gén szekvenciaanalízisét, s csatlakoztunk a Heidelbergben folyó 16S- és COI-vizsgálatokhoz.

A 18S rDNS-szekvenciák az előzetesen vártnál jóval alacsonyabb variabilitást eredményeztek. Az 1806 bázispár hosszúságú illesztésben csak 139 nukleotidpozíció volt variábilis, ebből negyvenhárom parszimóniailag informatív. Így a 18S rDNS-szekvenciavizsgálatok során a fajok rokonsági kapcsolatainak nagy része feloldatlan maradt, amiből leszűrhető, hogy a 18S rDNS nem elégséges egyedül a családon belüli filogenetikai kapcsolatok feltárására. Ezt a megfigyelést erősítik a fákon látható mérsékelt bootstrap-értékek is, ami nyilvánvaló következménye a tapasztalt alacsony variabilitásnak. Ezért kutatásainkat kiterjesztettük a sejtmagi 5,8S rDNS–ITS2-szakasz vizsgálatára is. E szakaszok vizsgálatakor a 685 bázispár hosszúságú illesztésben 285 bázispár volt konzervatív, amelyek főként az 5,8S rDNS-szakaszra koncentrálódtak, 351 nukleotidpozíció volt variábilis, ebből 228 parszimónialag informatív. A lókusz nagyobb variabilitása tükröződött a kapott fákon is, a bootstrap-értékek jóval magasabbak lettek, mint amit a 18S rDNS esetében kaptunk. A legjobb feloldást azonban a három szakasz (18S, 5,8S–ITS2) együttes vizsgálata eredményezte (1. ábra). Az Eisenia fajok, ahogy az a 18S rDNS- és az 5,8S rDNS–ITS2-régió önálló vizsgálatakor is látható volt, egyértelműen monofiletikusnak bizonyultak, tehát valószínűleg ténylegesen egy érvényes génuszt alkotnak. Ugyanígy, az észak-amerikai Bimastosok és a Dendrodrilus fajok is egy kláduszt formálnak, amely azonban a közel-keleti B. syriacust nem foglalja magában. Az Allolobophora és a belőle leválasztott Aporrectodea génusz számos faja egy közös nagy kláduszt alkot, aminek közepes a támogatottsága. Csak az Aporrectodea sineporis és az Ap. handlirschi található kívül ezen az elágazáson. Érdekes, hogy korábban Pietro Omodeo (1956) ezen fajokat az Eiseniona nembe javasolta elkülöníteni.

Az „Allolobophora” kláduszon belül feltűnik egy monofiletikus csoport, melyet az A. robusta, A. mehadiensis, A. sturanyi, A. hrabei, C. opisthocystis, C. rebeli alkot. Ezeket a nagytestű Allolobophora fajokat korábban Mršić (1991) a Serbiona génuszba különítette el, azonban ez magába foglalja a két Cernosvitovia fajt is, így ebben az esetben a klád érvényes neve a Cernosvitovia. Szintén közös kláduszt alkot az A. chlorotica, A. molleri, A. nematogena és az Ap. limicola, noha ennek a csoportnak meglehetősen alacsony a támogatottsága. Stabilnak látszik az Ap. caliginosa és az Ap. longa kapcsolata, továbbá megfigyelhető még az A. leoni, Ap. georgii és a P. tuberculatus csoportosulása a nagy „Allolobophora” kládon belül.

Szemben az eddigiekkel a Dendrobaena fajok vizsgálata azt mutatja, hogy a vizsgált fajok többsége a típusfaj D. octaedrával együtt egyetlen monofiletikus kláduszba tömörült, magas támogatottság mellett. A kláduszon kívül maradó két faj közül a D. cognettii nemcsak a nemen belül, de az egész családon belül is meglehetősen egyedi bélyegekkel bír, így vörös pigmentáció és tág serteállás jellemzi, ugyanakkor kétkarú nefridiális hólyagokkal rendelkezik. Így nem meglepő, hogy a többi Dendrobaena fajtól távol találhatjuk. A D. ganglbaueri a D. byblica testvérfaja. Eristo Kvavadze (1993) a D. byblica és rokon fajai számára felállított egy új génuszt, Omodeoia néven különítve el az ide tartozó fajokat a klasszikus értelemben vett Dendrobaenától, s ezt a D. ganglbaueri pozíciója is alátámasztja.

COI-vizsgálatainkkal elsősorban a balkáni-alpi-kárpáti elterjedésű Octodrilus-Octodriloides génuszpár és a széles elterjedésű Octolasion nem filogenetikai viszonyait kívántuk tisztázni. A 625 bázispár hosszúságú illesztésben 276 pozíció volt variábilis, ebből 222 parszimóniailag informatív. Az Octolasion fajok jól elkülönült monofiletikus kláduszt alkottak, ám az Octodrilus csak az Octodriloides-szel együtt bizonyult monofiletikusnak.

Az Octodrilus-Octodriloides fajok jól elkülönült csoportba rendeződtek egy kárpáti Kárpát-medencei (fekete) és egy balkáni-alpi (szürke) kláduszt alkotva. A három Octodriloides faj a földrajzi elterjedésének megfelelő kláduszban foglalt helyet. Így valószínűleg a generikus bélyegnek tekintett hátratolódott hím ivarnyílás a két csoportban (hasonlóan a Cernosvitovia nem esetéhez) párhuzamosan alakult ki, s az Octodriloides génusz érvénytelen.
 



Kulcsszavak: nyeregképző gyűrűsférgek, hermafroditizmus, izomszerkezet, porphyrin pigment, filogenetikus rendszer, nukleáris 18S rDNS, mitokondriális 16S RNS, citokróm c oxidáz I (COI) gén
 


 

IRODALOM

Gates, Gordon E. (1975): Contibutions to a Revision of the Earthworm Family Lumbricidae XII. Enterion mammale Savigny, 1826 and Its Position in the Family. Megadrilogica. 2, 1–5.

Kvavadze, Eristo (1993): A New Genus of Eartworms Omodeoia gen. nov. (Oligochaeta: Lumbricidae). Soobshcheniya Akademii Nauk Gruzii / Bulletin of the Academy of Sciences of Georgia. 148, 129−134.

Michaelsen, Wilhelm (1900): Oligochaeta. Friedländer & Sohn, Berlin • WEBCÍM

Mršić, Narcis (1991): Monographs on Earthworms (Lumbricidae) of the Balkans. SAZU, Ljubljana

Omodeo, Pietro (1956): Contributo alla revisone dei Lumbricidae. Archivio Zoologico Italiano. 41, 129–242.

Perel, Tamara S. (1979): Range and Regularities in the Distribution of Earthworms of the USSR Fauna. Nauka, Moscow

Pool, Georg (1937): Eiseniella tetraedra (Sav.) Ein Beitrag zur vergleichenden Anatomie und Systematik der Lumbriciden. Acta Zoologica Stockholm. 18, 1−110. DOI: 10.1111/j.1463-6395.1937.tb00678.x

Pop, Victor (1941): Zur Phylogenie und Systematik der Lumbriciden. Zoologische Jahrbücher. Abteilung für Systematik, Ökologie und Geographie der Tiere. 74, 487–522.

Pop, Antonia A. – Wink, M. – Pop, V. V. (2003): Use 18S, 16S rDNA and Cytochrome c Oxidase Sequences in Earthworm Taxonomy (Oligochaeta, Lumbricidae). Pedobiologia. 47, 428–433.

Qiu, Jian-Ping – Bouché, Marcel B. (1998) Revison des taxons supraspecifiques de Lumbricoidea. Documents Pédozoologiques et Integrologiques. 3, 6, 179–216.

Svetlov, P. G. (1924): Beobachtungen über Oligochaeten des Gouvernat Perm. I. Zur Systematik, Fauna und Ökologie der Regenwürmer. Bulletin of the Institute of Biological Reseach Perm University. 2, 313–328.

Zicsi András (1978): Revision der Art Dendrobaena platyura (Fitzinger,1833) (Oligochaeta: Lumbricidae). Acta Zoologica Hungarica. 24, 439–449.

Zicsi András (1981): Probleme der Lumbriciden-Systematik sowie die revision zweier Gattungen (Oligochaeta). Acta Zoologica Hungarica. 27, 431–442.

Zicsi András (1985): Über die Gattungen Helodrilus Hoffmeister, 1845 und Proctodrilus gen. n. (Oligochaeta, Lumbricidae). Acta Zool. Hung. 31, 275–289.

 


 

 

1. ábra • A Lumbricidae család filogenetikai rekonstrukciója maximum likelihood módszerrel

(18S rDNS- és 5,8S rDNS-ITS2-lókuszok). Az elágazásokban a ML-bootstrap és a BI posterior

probabilities értékek találhatók • : Nem támogatott elágazások. <
 


 

 

2. ábra • Az Octodrilus génusz csoport filogenetikai rekonstrukciója szomszéd-összevonó

(NJ) módszerrel (COI-lókusz). Az elágazásokban a bootstrap értékek találhatók.