نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 گروه زیست شناسی دانشگاه فردوسی مشهد
2 دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده علوم، گروه زیست شناسی
3 دانشگاه حکیم سبزواری، دانشکده علوم، گروه زیست شناسی
چکیده
گونه ها تحت تاثیر نوسانات اقلیمی عصر یخبندان به مناطق پناهگاهی وارد شده و جدایی دراز مدت آنها از جمعیت های همجوار سبب واگرایی ژنتیکی آنها می شود که با مطالعات فیلوجغرافیایی قابل تشخیص است. الگوهای پراکنش جغرافیایی شش گونه پستاندار کوچک در مناطق مختلف ایران با استنباط از دادههای حاصل از ژن سیتوکروم b و نشانگر دی لوپ مورد مقایسه قرار گرفته و سدهای ژنتیکی بین دودمانهای مختلف هر آرایه و گریزراههای احتمالی بین آنها با استفاده از نرم افزار Barrier مورد بررسی قرار گرفته است. مقایسه نتایج به دست آمده در این شش گونه، نشان میدهد که الگوهای پراکنشی در این آرایه ها همخوانی چندانی را با هم نشان نمیدهند که این از ویژگی های یک منطقه پناهگاهی است. به نظر میرسد هر آرایه طبق برنامهای متفاوت از سایر آرایهها، به دورههای سرد کواترنر پاسخ داده است. در پایان، سدها و گریزراههای احتمالی در فلات ایران مورد بررسی قرار گرفته است.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Different distributional patterns in some small mammals in the Central Iran inferred from mtDNA markers
نویسندگان [English]
1 Department of Biology, Ferdowsi University of Mashhad
2 Dept. of Biology, Faculty of Science, Ferdowsi University of Mashhad
3 Dept. of Biology, Faculty of Science,Hakim Sabzevari University
چکیده [English]
Quaternary climatic oscillations have influenced the species and forced them to habit in safe localities called refugees. Long time isolation has been resulted in genetic divergence that could be distinguished by phylogeographic studies. Geographic distributional patterns compared in six species using mtDNA markers in different localities mainly the Central Iran. Barrier software applied to revealing genetic barriers and probable corridors. In this case, sequences have been applied as an input data. At first, FST value for each clad was estimated and was visualized by Barrier Software. In addition, geographic coordinate data set was also imported in it. Then, Euclidean distances among each individual calculated and used to Principle component Analysis using statistical software. Comparison of geographic distributional patterns indicates incongruent models in these species that is one of features of refuge localities. It seems that each species has responded to climatic fluctuations in different ways. At the end, genetic barriers and probable corridors have investigated in the Central Iran.
کلیدواژهها [English]
مقایسه الگوهای پراکنش جغرافیایی حاصل از نوسانات اقلیمی در فلات ایران با تأکید بر ایران مرکزی با استفاده از دادههای مولکولی
حمید حدادیان شاد1*، جمشید درویش 2،1 و اسکندر رستگار پویانی3
1 مشهد، دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده علوم، گروه زیستشناسی
2مشهد، دانشگاه فردوسی مشهد، گروه پژوهشی جونده شناسی
3 سبزوار، دانشگاه حکیم سبزواری، گروه زیستشناسی
تاریخ دریافت: 14/4/95 تاریخ پذیرش: 1/8/95
چکیده
گونهها تحت تأثیر نوسانات اقلیمی عصر یخبندان به مناطق پناهگاهی واردشده و جدایی درازمدت آنها از جمعیتهای همجوار سبب واگرایی ژنتیکی آنها میشود که با مطالعات فیلوجغرافیایی قابلتشخیص است. الگوهای پراکنش جغرافیایی شش گونه پستاندار کوچک در مناطق مختلف ایران با استنباط از دادههای حاصل از ژن سیتوکروم b و نشانگر D-loop مورد مقایسه قرارگرفته و سدهای ژنتیکی بین دودمانهای مختلف هر آرایه و گریز راههای احتمالی بین آنها با استفاده از نرمافزار Barrier موردبررسی قرارگرفته است. مقایسه نتایج بهدستآمده در این شش گونه، نشان میدهد که الگوهای پراکنشی در این آرایهها همخوانی چندانی را باهم نشان نمیدهند که این از ویژگیهای یک منطقه پناهگاهی است. به نظر میرسد هر آرایه طبق برنامهای متفاوت از سایر آرایهها، به دورههای سرد کواترنر پاسخ داده است. در پایان، سدها و گریز راههای احتمالی در فلات ایران مورد بررسی قرارگرفته است.
واژههای کلیدی: پراکنش جغرافیایی، پستانداران، ایران مرکزی، پناهگاه،Barrier
* نویسنده مسئول، تلفن 09151006215، پست الکترونیکی: Hamid_shad20002001@yahoo.com
مقدمه
مقایسه توزیع جغرافیایی آرایههای امروزی میتواند منعکسکننده تأثیر پارامترهای تاریخی و اکولوژیکی آنها درگذشته باشد و وجود الگوهای فیلوجغرافیایی مشابه بین چند آرایه، ریشه در داشتن تاریخی مشترک درگذشته است (34). عدم همخوانی الگوها مبین این است که این آرایهها، پیشینه تاریخی متفاوتی را تجربه کردهاند. شکاف عمیق ژنتیکی بین دو ناحیه در سطوح درون گونه و بینگونهای نیز نشانه همین مساله است. تأثیر نوسانات اقلیمی بویژه در کواترنر که به دلیل چرخش محور زمین ایجادشده (23) اثر شگرفی بر جانداران نواحی معتدله داشته است. پوستههای یخی نیمکره شمالی در حدود 5/2 میلیون سال قبل گسترشیافته ولی نوسانات اقلیمی عمده از حدود 700 هزار سال قبل با دورههایی 100 هزارساله رخداده است (36). تغییرات اقلیمی کوتاهمدت نیز در اواخر پلئیستوسن از 130 هزارتا 10 هزار سال قبل بارها به وقوع پیوستهاند (33). این تغییرات اقلیمی باعث شدهاند جمعیتها به مناطقی موسوم به پناهگاه رفیوژیا پناه آورده و خود را از سرمای حاصل از عصر یخبندان برهانند. انقباض و انبساط جمعیتی حاصل از این نوسانات و جدا ماندگی آنها در پناهگاههای مختلف، باعث واگرایی ژنتیکی آنها میگردد (3). این واگرایی با مطالعات ژنتیک مولکولی بهسادگی قابلتشخیص خواهد بود (1). تنوع بالای ژنتیکی در این نواحی به دلیل حفظ تنوع جمعیت اجدادی یکی از مشخصات پناهگاهی است. این مناطق عمدتاً کوهها را شامل میگردند اما در نمونههای ساکن مناطق پست و کمارتفاع، این مناطق بهعنوان مناطق پناهگاهی عمل میکنند (25). نوسانات اقلیمی کواترنر ساختار ژنتیکی جانداران خشکیزی را در هولوآرکتیک (مجموع اوراسیا، امریکای شمالی و شمال افریقا) شکل داده است (25). دریاها و کوهها بهعنوان سدهای مهم، جمعیتها را در پناهگاهها محدود میکنند (24 ،34). تأثیر تغییرات اقلیمی حاصل از نوسانات آب و هوایی پلئیستوسن بر موجودات زنده در ایران بررسی چندانی نشده است (26). شرایط اقلیمی در دورههای یخبندان و LGM در 18 تا 21 هزار سال قبل، سردتر و خشکتر از امروزه بوده است که بهنوبه خود گسترش بیابانها و استپها را در پی داشته است درعینحال منجر به کاهش وسعت مناطق گرم و مرطوب گردیده است (9، 8، 26). این تغییرات آب و هوایی، پراکنش گونهها را در مناطق کوچک و پناهگاهی مانند دنا در زاگرس و کپهداغ در شمالشرق ایران (9) و شیرکوه در ایران مرکزی (5) محدود کرده است درحالیکه امروزه پراکنش جغرافیایی گونهها به نواحی بزرگی عمدتاً در مناطق کوهی گسترشیافته است. وضعیت توپوگرافی فلات ایران پناهگاههای متعددی را رقمزده است که تنوع ژنتیکی حاصل از چندین دوره یخبندان رویهم انباشتهشده و محدودیتهای پراکنشی با جدا کردن آنها از نواحی همجوار، منجر به ایجاد دودمانهای جدید در این پناهگاهها شده است. رشتهکوههای البرز در شمال ایران و زاگرس در غرب ایران دارای تنوع زیستی و گونههای اندمیکی است که وجود این مناطق پناهگاهی را نشان میدهد (29). بررسی راههای نفوذ زیا (فون) در یک منطقه مستلزم درک زیستشناختی صحیح آرایههای آن منطقه و سدهای جغرافیایی (کوه برای گونههای دشتی و دشت برای گونههای کوهزی) و فیزیولوژیکی مانند خشکی و یا آب (رطوبت، گرما و سرما) بهعنوان موانع پراکنش دارای اهمیت بسیار بالایی است. علاوه براین، سن و تاریخ تکاملی گونه و درک وقایع زمینشناختی و نوسانات اقلیمی منطقه در زمان نیز اهمیت دارد. بهزعم میزون دو عامل رطوبت و دما مهمترین عوامل تعیینکننده پراکنش در ایران هستند به این معنا که محدودیتهای مربوط به پراکنش در ایران اول به دما و بعد به رطوبت وابستهاند (29). در گونههای رطوبت دوست مانند موش کشتزار که در درههای رودخانهای هستند، رطوبت مهمترین فاکتور پراکنشی خواهد بود. انتشار اینگونهها احتمالاً در دورههای مرطوب همچون دورههای یخبندان بهویژه در کواترنر انجامشدهاند. عامل بعدی ناهمواریها هستند. برخی گونهها کوهزی بوده (مانند زیبا موش و جرد ایرانی) و برخی دیگر ساکن درهها (هامستر مهاجر) یا دشتها (دو پاها، سایر جردها و جربیلها) هستند. اینگونهها با عبور از گریزهای کوهی (برای گونههای کوهزی) و گریزهای کمارتفاع (برای نمونههای دشتی) دامنه پراکنشی خود را گسترش میدهند. جنس خاک عامل مهم بعدی در جوندگان بهویژه نمونههای حفار است. Allactaga دامنه خود را از طریق صحراهای رسی گسترش میدهد درحالیکه Jaculus و Meriones meridianus صحراهای شنی را ترجیح میدهند و وجود مو در کف اندامهای حرکتی این جوندگان بمنظور سازش با این نوع زیستگاه است (29).
وجود مناطق پناهگاهی در رشتهکوههای مرکزی ایران با محوریت شیرکوه نیاز به بررسی دارد و مطالعات چندانی در این ناحیه انجامنشده و مطالعات اولیه حاکی از آن است که شیرکوه یک ناحیه مستعد پناهگاهی برای برخی گونهها است (5). رشتهکوههای ایران مرکزی بهموازات زاگرس واقعشده و در جهت شمال غربی-جنوبشرقی از سهند در شمالغرب ایران شروع شده و تا جیرفت ادامه مییابد. آغاز رشتهکوههای مرکزی از شرق دشت رزن است. در فاصله دشت رزن تا قم، رشتهکوههای مرکزی از دو رشتهکوه شرقی و غربی تشکیلشده که توسط دشت ساوه از هم جدا میشوند. امتداد شرقی این رشتهکوهها در قم توسط چالهحوض سلطان قطعشده و دنباله آن در دشت کویر بصورت رشتهکوههای پراکنده ادامه مییابد. رشتهکوههای غربی از طریق چاله اراک به قم رسیده و ازآنجا در جهت شمال غربی-جنوبشرقی تا جنوب کرمان امتداد مییابد. این رشتهکوهها پیوسته بوده و فقط در دو محل قرهچای و قمرود باعث ایجاد شکاف شده که عبور از طریق گردنههای آن امکانپذیر است. در این رشتهکوهها، ارتفاعات کرکس، شیرکوه و هزار دیده میشود. رشتهکوههای مرکزی را میتوان به دو رشتهکوه متوالی تقسیم نمود که یکی در جهت شمالغربی از سهند تا جیرفت قرارگرفته و فاقد مخروط آتشفشانی است. این رشتهکوهها بدلیل برخورد دو صفحه قارهای ایجادشدهاند و دیگری در جهت جنوبشرقی از جیرفت تا بزمان (زنده) در بلوچستان که دارای ارتفاعات به شکل رشتهکوههای منفرد و یا پیوسته و دارای مخروط آتشفشانی است و دو چاله دشت کویر و جازموریان را از هم جدا میسازد. این رشتهکوهها از برخورد صفحه اقیانوسی و قارهای ایجادشدهاند و حاصل فرورانش پوسته دریای عمان بدلیل چگالتر بودن به زیر مکران بوده است که بانفوذ آن به عمق 100 کیلومتری ذوبشده و ماگما از شکافها و گسلها بیرون میآید. مخروطهای آتشفشانی کوههای این منطقه، حاصل همین واقعه فرورانشی است (8).
شیرکوه به لحاظ بیوجغرافیایی یکی از مهمترین ارتفاعات ایران مرکزی است و از اطراف توسط بیابانهای مختلفی احاطه میشود که نقش مهمی در ممانعت از پراکنش گونههایی دارد که در آن بدام افتادهاند. این منطقه از شمال توسط کویر مرکزی، از رشتهکوههای البرز جدا میشود. این کویر بهعنوان یکی از خشکترین و گرمترین بیابانهای جهان، سدی مهم در برابر عبور زیا میباشد. در بخش غربی شیرکوه، کویر ابرکوه واقع شده که درون دشت سنندج- سیرجان در امتداد شمالغربی- جنوبشرقی قرارگرفته و ارتفاعات ایران مرکزی را از ضلع شرقی زاگرس جدا میسازد. رشتهکوههای مرکزی در جهت جنوب شرق کشور نیز امتدادیافته و رشتهکوههایی را میسازد که دو کویر جازموریان را در جنوب از دشت لوت در شمال جدا میسازد. این بیابانها نیز سدی در برابر عبور زیا بین ارتفاعات مرکزی و ارتفاعات شرقی کشور عمل میکنند. درک نحوه نفوذ و مسیرهای نفوذ زیا به یک منطقه بدون توجه به ناهمواریها و جغرافیای طبیعی نقاط همجوار آن میسر نیست (24).
چندین مطالعه از گونههای مختلف در زمینه بررسی پناهگاهها و ایزولا های جغرافیایی انجامگرفته است که برخی از آنها آرایههایی است که تشکیل آنها مربوط به بیش از سه میلیون قبل بوده است بهعنوانمثال مطالعات مسی و همکاران نشان داده است ویکاریانس حاصل از شکلگیری بخشهای مختلف فلات ایران به دلیل فعالیتهای تکتونیک نقش مهمی در گونهزایی مارمولکهای جنس Laudakia داشته است (27). با بررسی دو گونه همجا از پروانههای جنس Gnopharmia به همراه گیاهان میزبان آنها یعنیfenzliana P. و Prunus scoparia ، حضور مناطق پناهگاهی در شمالغرب ایران، کپهداغ و جنوبغرب زاگرس شناساییشده است (32). مطالعات دیگری در ایران درزمینه مسیر مهاجرت و کلونیزاسیون موش مقدونیه یا Mus macedonicus با استفاده از توالی دیلوپ انجامشده است (6). مطالعات دیگری بر روی حشرهخوار دندان سفید در ایران حاکی از حضور احتمالی یک ناحیه تماس ثانوی در ایران مرکزی است (18).
هدف از این مطالعه مقایسه الگوهای پراکنش جغرافیایی چند نمونه پستاندار کوچک در ایران تحت تأثیر نوسانات اقلیمی کواترنر بوده و بررسی تأثیر این نوسانات بر میزان واگرایی آرایهها در مناطق پناهگاهی است و اینکه آیا الگوی مشترکی از واگرایی در آرایههای مختلفِ مناطق پناهگاهی دیده میشود؟ هدف دیگر، بررسی سدهای ژنتیکی بین دودمانهای مختلف هر آرایه و ارزیابی گریز راههای احتمالی بین آنها است. در این مطالعه از آرایههایی استفادهشده که زمان واگرایی آنها مربوط به عصر یخبندان کواترنر باشد تا بتوان واگرایی آنها را به دورههای سرد این دوره نسبت داد.
مواد و روشها
در این مطالعه الگوی پراکنش جغرافیایی چندگونه از جوندگان در مناطق شمالی، شمالشرق، شمالغرب، ایران مرکزی و جنوبشرق بررسیشده و مسیرهای نفوذ و سدهای بیوجغرافیایی بین این مناطق در اینگونهها بررسیشده است. انتخاب گونه براساس مطالعات انجامشده توسط مؤلف و همکاران و فراوانی و سهولت دسترسی به نمونهها بوده است. این الگوها بهطور عمده با استفاده از ژنتیک مولکولی بر پایه توالیهای ژن سیتوکروم b بررسیشدهاند. تنها در مطالعه گونه زیبا موش البرزی از توالیهای دی لوپ استفاده گردیده است.
روش استخراج DNA، واکنش زنجیرهای پلیمراز و تعیین توالی: تمام DNA های ژنومی از بافت ماهیچه یا کبدی نگهداری شده در اتانول 95 % و در دمای 20 درجه زیر صفر با استفاده از روش استاندارد نمکی استخراج شدند (11 و 14). ژن سیتوکروم b با استفاده از پرایمرهای (5′-ACT AAT GAC ATG AAA AATCAT CGT T-3′) و (5′-TCT TCA TTT TTG GTT TAC AAG AC-3′) تکثیر گردید. شرایط تکثیر شامل یک مرحله آغازی دودقیقهای در دمای 95 درجه است که با 30 دور تکثیر با شرایط 1 دقیقه در 92 درجه، 1 دقیقه در دمای 58 درجه و 1 دقیقه در دمای 72 درجه انجام شد و یک مرحله پایانی به مدت 10 دقیقه، در دمای 72 درجه تنظیم گردید (30).
علاوه براین، از نشانگر D-loop (با حدود 850 باز) با پرایمر رفتCACCACCAGCACCCAAAGCT-3` - 5` و پرایمر برگشتAGCATTTTCAGTGCTTTGCT-3` 5`- تکثیر گردید. شرایط تکثیر شامل مرحله آغازی به مدت 2 دقیقه در دمای 95 درجه سانتیگراد بهعنوان دمای واسرشت شدگی که با 30 دوره شامل 1 دقیقه در دمای 92 درجه، 1 دقیقه در دمای 58 درجه بهعنوان دمای جفتشدگی و 1 دقیقه در دمای 72 درجه بهعنوان دمای گسترش ادامه مییابد و درنهایت 10 دقیقه در دمای 72 درجه بهعنوان آخرین مرحله گسترش استفاده میگردد (31).
پس از دریافت توالیها ابتدا آنها بایستی با نرمافزارBioedit (21) فراخوانی شده و بمنظور مقایسه توالیها مرتب شوند. این عمل از طریق گزینه Accessory Application و ClustalW Multiple Alignment انجام میگیرد. با این عمل میتوان به حذف یا اضافه بودن توالیها و امکان مقایسه آنها دستیافت. سپس نوکلئوتیدهایی که باهم همخوانی ندارند میبایست بطور چشمی در توالی اصلی چک شوند. چنانچه ژن موردنظر مولد پروتئین باشد در برنامه Mega (35) ازنظر داشتن یا نداشتن کدونهای پایانی مورد بازبینی قرار میگیرند و در صورت صحت دادهها برای انجام تحلیلهای بعدی مورداستفاده قرار میگیرند. از نرمافزار Mega برای محاسبه فاصله ژنتیکی درون و بینگونهای استفاده گردید.
نرمافزار Barrier V2.2 (28) برای تعیین سدهای جغرافیایی استفادهشده است. در این نرمافزار ابتدا ماتریسهای فواصل جغرافیایی و فواصل ژنتیکی ازنظر آماری باهم مقایسه شده و در صورت وجود ارتباط معنادار باهم، ماتریس باقیماندهای (residual) شکل میگیرد و براساس آن سدهای بین دودمانهای حاصل از هر منطقه با عددی بین صفرتا یک مشخص میگردد. سدهای نزدیک به مقدار یک نشانه قویترین سدها خواهد بود. نمودار تحلیل مؤلفههای اصلی که بر روی فواصل ژنتیکی (FST) تکتک افراد که با نرمافزارArlequin 3.5.2 (19) محاسبهشده، با نرمافزار PAST 2.06 (22) انجام و جدایی جمعیتها در آن نیز میزان شدت سد بیوجغرافیایی را آشکار میسازد. این تحلیلها برای چندگونه منتخب از جوندگان بر اساس کفایت تعداد نمونهها و در دسترس بودن انجامگرفته است. تنها برخی نمونههای حشرهخوار دندان سفید و سنجابک درختی (Dryomys nitedula) از دادههای بانک ژن استفاده گردید که شماره دسترسی آنها در جدول 1 ذکرشده است.
جدول 1- شماره دسترسی نمونه های متعلق به حشره خوار دندان سفید و سنجابک درختی که در این مطالعه از بانک ژن دریافت شده است.
شماره |
نام منطقه |
شماره دسترسی در بانک ژن |
شماره |
نام منطقه |
شماره دسترسی در بانک ژن |
|
Crocidura sp. |
|
|
|
|
1 |
اسالم،استان گیلان |
DQ630055 |
15 |
نوکنده، استان مازندران |
DQ630063 |
2 |
چورتی،استان مازندران |
DQ630056 |
16 |
مشهد، استان خراسان رضوی |
DQ630062 |
3 |
اسالم،استان گیلان |
DQ630057 |
17 |
اسپیدان، استان اصفهان |
DQ630058 |
4 |
آستارا ، تالش، استان گیلان |
AY994368 |
18 |
کرمان، استان کرمان |
DQ630059 |
5 |
آستارا ، تالش، استان گیلان |
AY994369 |
19 |
Dryomys nitedulla |
|
6 |
بوردالالو، استان گیلان |
AY994370 |
20 |
قفقاز |
KF699219 |
7 |
محمد یار، آذربایجان غربی |
DQ630074 |
21 |
قفقاز |
KF699218 |
8 |
بسطام، آذربایجان غربی |
DQ630084 |
22 |
قفقاز |
KJ739700 |
9 |
بسطام، آذربایجان غربی |
DQ630091 |
23 |
قفقاز |
KJ739702 |
10 |
محمد یار، آذربایجان غربی |
DQ630094 |
24 |
قفقاز |
KJ739701 |
11 |
النجه، استان همدان |
DQ630073 |
25 |
قفقاز |
KJ739699 |
12 |
النجه، استان همدان |
DQ630092 |
26 |
قفقاز |
KJ739705 |
13 |
بیستون، استان کرمانشاه |
DQ630093 |
27 |
قفقاز |
KJ739704 |
14 |
بیستون، استان کرمانشاه |
DQ630080 |
28 |
قفقاز |
KJ739703 |
نتایج
زیرگونههای موش خانگی در ایران Mus musculus, House mouse : مطالعات ژنتیک مولکولی بر اساس ژن سیتوکروم b نشاندهنده وجود چهار دودمان در سطح زیرگونه در ایران است (شکل 1) (21). توزیع این چهار زیرگونه را در فلات ایران نشان میدهد.
M. m. bactrianus در جنوبشرق تا شمالشرق،
M. m. musculus در شمالشرق، M. m. isatissus در رشتهکوههای مرکزی از شیرکوه تا اصفهان و زنجان،
M. m. domesticus در غرب ایران در زاگرس دیده میشوند. فاصله ژنتیکی این دودمانها بین 8/1 و 5/3 متغیر است (شکل 1). تحلیل تعیین سد بیوجغرافیایی در شکل 2 نمایش دادهشده است. برطبق این تحلیل، سه سد این چهار دودمان را از هم متمایز میکند که عبارتند از: سد اول (دشت مرکزی ایران) خود با دو سد فرعی بترتیب زیرگونه M. m. musculus را از زیرگونههای M. m. isatissus و M. m. bactrianus با مقادیر 903/0 و 869/0 جدا میسازد. سد دوم (کویر ابرکوه) زیرگونههای
M. m. domesticus را از M. m. isatissusبا توان 892/0 جدا میکند. سد سوم (کویر لوت) جداکننده
M. m. bactrianus از M. m. isatissus باقدرت جداکنندگی 810/0 است.
تحلیل مؤلفههای اصلی در دو حالت بررسی گردید. در حالت اول بین زیرگونهها و حالت دوم بین جمعیتها (شکل2 الف). وجود ارتباط اعضای هر کلاد در نواحی جغرافیایی مختلف بیانگر نفوذ اعضای آن کلاد در آن نواحی است. بهعنوانمثال در موش خانگی، اعضای زیرگونه M. m. isatissus بدون وجود سدی بین نواحی شمالغرب (زنجان) و ایران مرکزی عبور کردهاند (شکل 2ب). چنین گریز راهی بین جنوبشرق و شمالشرق در زیرگونه M. m. bactrianus نیز دیده میشود.
شکل 1- الگوهای فیلوجغرافیایی ساده شده در موش خانگی، جرد ایرانی، حشره خوار، سنجابک درختی و موش کشتزار، از آنجا که هیچگونه واگرایی ژنتیکی در موش کشتزار مشاهده نگردید، درخت مربوطه نشان داده نشده است. از دودمان هایی که با حروف و اعداد مشخص شدهاند برای رسم درخت فیلوجغرافیایی استفاده شده است.
شکل 2- نمودار حاصل از تحلیل Barrier در موش خانگی (الف) و پراکنش هاپلوتایپ های مربوط به توالی های ژن سیتوکروم b در تحلیل مولفه های اصلی ( ب).
شکل 3- نمودار حاصل از تحلیل Barrier در جرد ایرانی (الف) و پراکنش هاپلوتایپ های مربوط به توالی های ژن سیتوکروم b در تحلیل مولفه های اصلی (ب). به جدایی نمونه های غربی با بیش از 95 درصد واریانس از نمونه های شرقی توجه نمایید.
در جرد ایرانی نیز همین گریز راه جمعیتهای جنوبشرق را به شمالشرق ارتباط میدهد (شکل 3).
جرد ایرانی Meriones persicus (Persian Jird) : مطالعات اولیه بر روی توالیهای ژن سیتوکروم b در جرد ایرانی در مناطق جغرافیایی مختلف حاکی از وجود چهار دودمان معتبر است (3 و 16). این دودمانها در ایران مرکزی، شرق و بخشهای غربی زاگرس پراکنش یافتهاند و فواصل ژنتیکی بین آنها بین 5/2 تا 1/10 متغیر است (شکل 1). مطالعات ریختسنجی نیز از وجود این چهار دودمان حمایت میکند (3 و 17 ).
تحلیل باریر روی توالیهای ژن سیتوکروم b آنها نشاندهنده وجود سه سد است که عامل گسستگی ژنتیکی بین این دودمانها است. سد اول که قویترین است خود از سه سد فرعی تشکیلشده که بترتیب نشانه جدایی نمونههای باغ شادی از نمونههای ساکن جنوبشرق با مقدار 998/0، جدایی نمونههای یزد و باغ شادی با مقدار 988/0 و جدایی نمونههای اصفهان و باغ شادی با مقدار 997/0 است. سد دوم بین اصفهان و شمالغرب قرارداشته و با مقدار عددی 994/0، آنها را از یکدیگر جدا میکند. سد سوم از دو سد فرعی تشکیلشده که یکی از آنها نمونههای یزد را ازیکطرف با مقدار 819/0 از جردهای جنوبشرق و از طرف دیگر با مقدار 792/0 از جردهای شمالشرق جدا میسازد. نکته جالب اینکه بین باغ شادی و نمونههای شمالغرب سدی ارائه نشده است که امری طبیعی است زیرا منطقه باغ شادی در امتداد رشتهکوههای زاگرس واقعشده است. همچنین بین نمونههای شمالشرق و جنوبشرق نیز سدی گزارش نشده است که این مساله نیز با توپولوژی درخت مولکولی و همگروه بودن جردهای این دو منطقه همخوانی دارد. اصفهان و یزد نیز بدون هیچگونه سدی باهم ارتباط دارند. به این معنی که مسیرهای اصفهان به یزد، شمالشرق به جنوبشرق و همچنین شمالغرب به سمت باغ شادی بهمثابه گریز راهی برای عبور اینگونه عمل کرده است. این مسیرهای نفوذ با تحلیل مؤلفههای اصلی و نزدیکی این مناطق جغرافیایی حمایت میگردد (شکل 3).
حشرهخوار دندان سفید کوچک Crocidura suaveolens (Lesser white-tooth shrew) : مطالعه توالیهای ژن سیتوکروم b با استفاده از دادههای بانک ژن و نمونههایی از مناطق مختلف حاکی از وجود چهار دودمان در ایران است. این دودمانها بین 2/5 تا 1/10 درصد واگرایی ژنتیکی نشان میدهند. این دودمانها در نواحی شمالشرق، سواحل غربی دریای خزر در اسالم، شمالغرب و نمونههایی از یزد، کرمان و اصفهان حضور دارند (شکل 1). نتیجه تحلیل باریر در این کلادها نشاندهنده حضور سه سد اصلی بین این کلادها میباشد. سد اول با دو سد فرعی بترتیب نمونههای شمال غرب را با مقادیر 927/0 و 867/0 از نمونههای یزد و سواحل غربی دریای خزر جدا میسازد. سد دوم نیز با دو سد فرعی با مقادیر 907/0 و 811/0 یزد را بترتیب از شمالشرق و سواحل غربی خزر مجزا میکند. سد سوم با مقدار 792/0 جداکننده شمالشرق از سواحل غربی دریای خزر است. سد سوم نشان میدهد شبیهترین کلاد به نمونههای شمالشرق، نمونههای سواحل خزر است. لذا تمام کلادها با این سدها از یکدیگر جدا میشوند. تحلیل مؤلفههای اصلی (شکل 4) نیز نشاندهنده دو کلاد اصلی است که خود به دو زیر کلاد متمایز میشوند.
شکل 4- نمودار حاصل از تحلیل Barrier حشره خوار (الف) و پراکنش هاپلوتایپ های مربوط به توالی های ژن سیتوکروم b در تحلیل مولفه های اصلی (ب). به جدایی نمونه های سواحل غربی دریای خزر با بیش از 82 درصد واریانس از سایر هاپلوتایپ ها توجه نمایید.
این تحلیل نشان میدهد هاپلوتایپهای یزد، اصفهان و کرمان در تحلیل مؤلفههای اصلی فاصلهدارند که میتواند نشانه نوعی گسستگی بین آنها باشد. چنین مشاهدهای در نمونههای شمالشرق تا استان گلستان نیز مشاهده میشود.
سنجابک درختی Dryomys sp. Forest dormouse : مطالعه توالیهای متعلق به ژن سیتوکروم b در این آرایه نشاندهنده وجود پنج کلاد است که سه دودمان ساکن ایران هستند. این سه دودمان در قالب دو کلاد اصلی دیده میشوند که یکی مربوط به نمونههای ایران مرکزی در شیرکوه یزد و یاسوج است و کلاد دوم خود از دو زیرکلاد معتبر یکی شمالغرب و دیگری شمالشرق را اشغال میکند. واگرایی ژنتیکی این کلاد ها بترتیب 4/14 و 2/6 درصد است (شکل 1). مطالعات نشان میدهند نمونههای توصیفشده در کرمان ازنظر ریختی به نمونههای شیرکوه بسیار نزدیک هستند (1 و 3). تحلیل باریر روی این توالیها در دو حالت با احتساب نمونههای قفقاز و بدون در نظر گرفتن آنها در شکل 5 نشان دادهشده است. براساس این تحلیل، پنج سد با احتساب نمونههای قفقاز، تشخیص دادهشده است. علت تعدد سدها وجود نمونههای قفقاز است که این مناطق در تحلیل نواحی ایرانی در نظر گرفته نشدهاند. سد اول که مهمترین سد است سه سد فرعی را شامل میشود که دو سد آن بترتیب با مقادیر974/0 و 973/0 نمونههای شمالغرب را از نمونههای یزد و یاسوج جدا نموده و سد فرعی سوم با مقدار عددی 964/0 نمونههای یزد را از شمالشرق مجزا میسازد. سد اصلی دوم با سه سد فرعی بهطور عمده نمونههای قفقاز را بترتیب از شمالغرب (958/0) و شمالشرق (933/0) جدا میسازد. سد سوم جداکننده دو جمعیت قفقاز با مقدار عددی 940/0 است. سد چهارم با رقم 922/0 جمعیتهای شمالغرب را از شمالشرق جدا نموده و سرانجام سد پنجم که عدد 641/0 را نشان میدهد نمونههای یزد و یاسوج را جدا میکند. مقدار پایین سد آخر نشانه اخیر بودن جدایی نمونههای یزد از یاسوج احتمالاً به دلیل تشکیل کویر ابرکوه بین آنها است. این تحلیل وجود سدهای بیوجغرافیایی بین تمام نواحی را نشان میدهد. تحلیل مؤلفههای اصلی بهوضوح جدایی نمونههای یزد را در امتداد محور اول با حدود 73 % از واریانس جداشده درحالیکه سایر جمعیتها بطور عمده در طول محور اول متمایز میشوند.
شکل 5 - نمودار حاصل از تحلیل Barrier در سنجابک درختی (الف) و پراکنش هاپلوتایپ های مربوط به توالی های ژن سیتوکروم b در تحلیل مولفه های اصلی (ب). تحلیل در دوحالت یکی با احتساب نمونه های قفقاز و دیگری بدون احتساب آنها انجام شده است.
گونههای زیبا موش (Brush tailed- mouse) Calomyscus sp.: زیبا موش البرزی به همراه سایر گونههای آن در ایران توسط مؤلفان متعددی موردمطالعه قرارگرفته است (10 ،2 و 3). براساس این مطالعات، دامنه پراکنشی چهار گونه از این جنس در شکل 1 نشان دادهشده است. مطالعات ژنتیک مولکولی بر روی گونه البرزی براساس توالی دی لوپ حکایت از وجود سه دودمان در اینگونه در نواحی شمالشرق و ایران مرکزی است که تا شمالغرب در ناحیه زنجان نیز پیش رفته است. این تحلیل نشان میدهد نمونههای یزد در دو کلاد گروهبندیشدهاند. یزد1 که با نمونههای شمالشرق و یزد 2 که با نمونههای شمالغرب همگروه شدهاند.
تحلیل باریر و مؤلفههای اصلی بر روی این توالیهای دی لوپ و فقط بر روی زیبا موش البرزی انجام گرفت. تحلیل مولکولی این توالیها حاکی از وجود سه سد اصلی بین دودمانهای اینگونه است (شکل 6). اولین سد، با سه سد فرعی نمونههای تندوره در شمالشرق (کپهداغ) از سایر نمونههای شمالشرق، زنجان و یزد 1 را با توان 966/0 ، 923/0 و 882/0 مجزا میسازد. سد دوم نمونههای یزد 2 را بترتیب با مقادیر 954/0 و 738/0 از یزد 1 و شمالشرق جدا میکند. سومین سد نمونههای یزد 1 را از نمونههای زنجان با مقدار 874/0 جدا میسازد. نکته جالب اینکه بین نمونههای شمالشرق و یزد 1 سدی ارائه نشده است. این میتواند به دلیل وجود گریز راهی باشد که اعضای کلاد شمالشرقی توانستهاند خود را از شمال شرق به ارتفاعات یزد برسانند. همچنین سدی بین زنجان و شیرکوه نیز ارائه نشده که میتوان علت آن را به وجود گریز راه ارتباطی بین این دو ناحیه، نسبت داد.
موش کشتزار Apodemus witherbyi, Field mouse : مطالعه جمعیتهای اینگونه در ایران براساس توالیهای ژن سیتوکروم b مورد مطالعه قرارگرفت و علیرغم تمایز ژنتیکی بین جمعیتهای آن، واگرایی مشخصی به شکل کلادهای معتبر مشخص نشده است.
شکل 6- نمودار حاصل از تحلیل Barrier در زیبا موش البرزی (الف) و پراکنش هاپلوتایپ های مربوط به توالی های ژن سیتوکروم b در تحلیل مولفه های اصلی (ب).
اینگونه بیشترین دامنه پراکنشی را در ایران بین گونههای مختلف جنس Apodemus دارد ولی در سواحل دریاها و جنوبشرق ایران وجود ندارد (18). شکل 1 دامنه پراکنشی اینگونه را در ایران نشان میدهد. علاوه براین، تحلیلهای باریر و مؤلفههای اصلی بر روی آن جمعیتهای اینگونه در شکل 7 نشان دادهشده است.
شکل 7- نمودار حاصل از تحلیل Barrier در موش کشتزار A. witherbyi ( الف) و پراکنش هاپلوتایپ های مربوط به توالی های ژن سیتوکروم b در تحلیل مولفه های اصلی (ب).
برطبق این تحلیل جمعیتهای یاسوج و شیرکوه جدایی نسبی را از سایر جمعیتها با دو سد با توانهای 937/0 و 917/0 بترتیب از جمعیتهای شمالغرب و شمالشرق، نشان میدهند و تحلیل مؤلفههای اصلی نیز این جدایی را در طول اولین مؤلفه با بیش از 99% واریانس تایید میکند. با توجه به حضور چهار گونه از این جنس و نظر به اینکه کمترین زمان واگرایی بین آنها را به 2/5 میلیون سال تعیین سن شده (18)، لذا وقایع تاریخی منتج به واگرایی گونههای دیگر این جنس خارج از دوره کواترنر بوده و در این بخش بررسی نشدهاند.
بحث
الگوهای پراکنشی دودمانهای مطالعه شده همخوانی چندانی را نشان نمیدهند که این از ویژگیهای مناطق پناهگاهی است. این الگوی متفاوت پراکنشی حکایت از وجود پیشینه تاریخی متفاوت است. به نظر میرسد هر آرایه طبق برنامهای متفاوت از آرایههای دیگر، به دورههای سرد کواترنر پاسخ داده است و لذا نشاندهنده تاریخ گذشته منحصربهفرد در آنها است. بهعنوان مثال اشغال نواحی شمالشرق، شمالغرب و ایران مرکزی در زیبا موش البرزی منجر به ایجاد فاصله مولکولی 5/6 % شده است حال آن که اشغال همین سه ناحیه توسط سنجابک درختی، منجر به درصد واگرایی ژنتیکی 4/14 % شده است (شکل 1). این موضوع، به الگوهای فیلوجغرافیایی مختلف در دودمانهای مختلف را تأیید می کند. یک دلیل این ناهمخوانی سرعت اشغال شدن یک پناهگاه توسط یک آرایه است که با پرکردن سریع زیستگاهها، ورود آرایههای جدید به آن ناحیه را محدود نموده یا به تأخیر میاندازد. دلیل دیگر این ناهمخوانی (با فرض همزمانی ورود دو آرایه) ممکن است انقراض جمعیت اجدادی یک پناهگاه به دلیل سرمای شدید باشد که با خالی شدن آن زیستگاه، آرایه جدیدی به آن ناحیه وارد و دودمان جدیدی را در آن پایهگذاری کرده باشد (34).
نتایج این مطالعات نشان میدهد علیرغم ناهمخوانی الگوهای فیلوجغرافیایی، جدایی دودمانهای مختلف بهخوبی با ساختار ناهمواریهای فلات ایران در انطباق است. یکی از مهمترین ویژگیهای فلات ایران وجود سدهای بیابانی و کویری است که انتشار بسیاری از آرایهها را محدود میسازد. این سدها در تحلیل باریر نیز بین دودمانها نشان دادهشدهاند. یکی از این سدها کویر ابرکوه بین شیرکوه و ضلع شرقی زاگرس است که جداکننده نمونههای ایران مرکزی از شمالغرب در گونههایی همچون جرد ایرانی، موش خانگی، زیباموش و حشرهخوار کوچک است. کویر لوت و جازموریان در جنوبشرق ایران سد مهم بعدی است که جداکننده نمونههای ایران مرکزی از نمونههای جنوبشرق مانند زیبا موش، موش کشتزار شیرازی، سنجابک درختی و جرد ایرانی است. کویر مرکزی ایران، یکی از خشکترین و گرمترین بیابانهای جهان، جداکننده نمونههای ایران مرکزی از شمالشرقی ایران همچون جرد ایرانی، سنجابک، حشرهخوار و موش خانگی یزد است. دو دودمان از زیبا موش البرزی برای رسیدن به ایران مرکزی مجبور به دور زدن آن شدهاند.
این سدها برای نمونههای مطالعه شده جوندگان که اغلب کوهزیاند میتوانند مانعی مهم تلقی شوند درحالیکه در نمونههای ساکن مناطق کمارتفاع، کوهها نقش سدهای بیوجغرافیایی را ایفا میکنند. الگوی پراکنشی خاصی در حشرهخوار کوچک دیده میشود که در مناطق پست و کمارتفاع ساکن بوده و بدلیل حساسیت به سرما و رطوبت دوست بودن (18 و 12)، قادر به زندگی در عرضهای جغرافیایی بالا و یا ارتفاعات نیست. کوههای مرکزی ایران، البرز و زاگرس و بیابانهای حاشیه آنها، سدهای فیزیولوژیکی مهمی در برابر پراکنش این حشرهخواران برعهده داشتهاند. تالش در بخشهای جنوبغربی دریای خزر که زیستگاه مناسب C. caspicus است، بهعنوان ناحیه پناهگاهی عصر یخبندان برای این پستانداران کوچک معرفیشده است (18). مسیرهای نفوذ (گریز راهها) بین نواحی بسته به نوع آرایه و تواناییهای فیزیولوژیکی، توان مقاومت بومشناختی و یا محدودیتهای پراکنشی آن آرایه، متفاوتاند. بهعنوانمثال ارتباط بین جمعیتهای جرد ایرانی جنوبشرق و شمالشرق ایران از طریق چنین گریز راهی انجامگرفته است بهطوریکه نمونههای این دو منطقه تمایزی ازنظر ریختسنجی و کروموزومی نشان نمیدهند (17). این گریز راه بین این دو ناحیه بدون معرفی سدی در تحلیل باریر نیز قابلمشاهده است (شکل 3). زیبا موش هاتسونی نیز از طریق همین گریز راه، توانسته دامنه انتشاری خود را از مناطق جنوبشرقی به بخشهای شمالیتر گسترش دهد بطوری که دامنه انتشاری آن به جنوبیترین محدوده حضور زیبا موش البرزی رسیده و احتمالاً به دلیل رقابت بینگونهای در آن ناحیه متوقفشده است (2). گریز راه دیگری بین شمالشرق به سمت ایران مرکزی دیده میشود که زیبا موش البرزی بهواسطه آن خود را به شیرکوه رسانده است. این گریز راه نیز بدون ارائه سدی در تحلیل باریر انجامگرفته روی توالیهای نمونههای البرزی غرب کویر مرکزی نیز قابلمشاهده است (شکل 6). گریز راه بعدی بین ارتفاعات نواحی شرقی شمالغرب در جنوب زنجان شروعشده و تا بخشهای جنوبشرقی ایران مرکزی امتدادیافته است. عبور جوندگانی مانند زیرگونه موش خانگی ایساتیسوس، جرد ایرانی، حشرهخوار دندان سفید کوچک و زیبا موش البرزی در طول این مسیر جابجا شدهاند.
رشتهکوههای ایران مرکزی با مرکزیت شیرکوه، بهعنوان یک ناحیه پناهگاهی و جداشده توسط سدهای گوناگون از سایر نواحی، مأمن دودمانهای زیادی است که کموبیش توانستهاند با جدا شدن از نواحی همجوار واگرایی ژنتیکی یابند. برخی از آرایههای بدام افتاده در این منطقه جدا افتاده به دلیل توان مقاومتی بالا نسبت به تغییرات اقلیمی نتوانستهاند واگرایی ژنتیکی لازم جهت اطلاق یک رتبه آرایهشناختی را کسب نمایند درعینحال جمعیتهای این منطقه نوعی تمایز ژنتیکی بین جمعیتی را نسبت به جمعیتهای مناطق همجوار نشان میدهند که این موضوع در موش کشتزار یزد دیده میشود (3). اعضای اینگونه احتمالاً از شمالغرب وارد ایران شده و خود را به ایران مرکزی رساندهاند. گفتهشده اینگونه در جنوبشرق ایران حضور ندارد (18) لذا به نظر میرسد رشتهکوههای مرکزی منتهیالیه جنوبشرقی اینگونه باشد. برخی دیگر از آرایهها با داشتن الگوی فیلوجغرافیایی خاص از مسیرهای مختلف دامنه پراکنشی خود را به سمت شیرکوه گسترش دادهاند و این منطقه محل تماس دوباره آنها شده است زیبا موش البرزی چنین الگویی را ارائه میدهد و نمونههای هریک از این مسیرها به زیرگونه خاصی تعلق دارند. اینگونه توسط دو گریز راه یکی بین شمالشرق به سمت شیرکوه منجر به ایجاد زیرگونه
C . elburzensis elburzensis و دیگری بین شمالغرب و شیرکوه سبب ایجاد زیرگونه C. elburzensis isatissus شده است (3). تمایز ژنتیکی زیبا موشهای شیرکوه نسبت به سایر نواحی پیشازاین نیز با روشهای مولکولی و استفاده از ژن میتوکندری نشان دادهشده است (7). وجود این گریزراهها با تحلیل باریر نیز نشان دادهشدهاند. گروه سوم آرایههایی هستند که توانستهاند در شیرکوه به درجهای از واگرایی دست یابند که بتوان به آنها رتبه آرایه شناختی خاصی اطلاق نمود. این آرایهها شامل زیرگونه موش خانگی شیرکوه (21) و حشرهخوار دندان سفید کوچک در ایران مرکزی است (3). واگرایی ژنتیکی محاسبهشده برحسب فاصله کیمورا 2 پارامتری در این آرایهها، رتبه آرایهشناسی زیرگونه را برای آنها نشان میدهد. با توجه به خاستگاه احتمالی موش خانگی در شبهقاره هند، جمعیتهای اجدادی از طریق جنوبشرق واردشده و واگرایی زیرگونه شیرکوه و M. m. bactrianus از این محل آغازشده است و موش خانگی از این طریق خود را به ایران مرکزی رسانیده است (4 و 13). ایجاد سد بیوجغرافیایی بعداً موجب واگرایی نمونههای ایران مرکزی و زیرگونه M. m. bactrianus شده که در تحلیل باریر نیز به آن اشاره شده است. سرانجام سنجابک درختی در شیرکوه و یاسوج بافاصله ژنتیکی بیش از 14% (3)، داوطلب کسب رتبه آرایه شناختی در سطح گونه است. این واگرایی بالا نشانه خاستگاه آنها از یک جمعیت اولیه و بازمانده و قدیمی است ولی ورود آنها به ایران مرکزی نیاز به مطالعه بیشتری دارد. مقایسه این دادهها نشان میدهد که این بخش از فلات ایران بایستی بهعنوان ناحیهای با غنای زیستی متنوع نگریسته شود. این مطالعه نشان میدهد دادههای مولکولی ابزار مناسبی برای نشان دادن مسیرهای مهاجرت و کلونیزاسیون بوده (6) و مطالعات آرایههای دیگر بویژه گروههای جانوری مهرهدار و غیرمهرهدار با استفاده از دادههای مولکولی میتواند نقش جدا افتادگی این ناحیه را در جایگاه آرایهشناسی آنها بیشازپیش آشکار سازد.
تشکر و قدردانی
این مطالعه با همکاری اداره کل حفاظت محیطزیست استان یزد در قالب طرح پژوهشی مطالعه جوندگان استان یزد (قرارداد شماره 121-32217) انجامگرفته است. جهت انجام تحلیل رایانهای، از خدمات مرکز محاسبات سنگین دانشگاه فردوسی مشهد استفادهشده که بدینوسیله تشکر و قدردانی میگردد.