Использование GLS логгеров для выяснения точности водного теста при определении возраста эмбриона у обыкновенной гаги Somateria mollissima

Информация о начале откладки яиц и ожидаемой дате вылупления птенцов необходима для выявления пространственных и межгодовых различий фенологии размножения видов и отдельных популяций. Для определения сроков инкубации яиц используются разные методы, но наиболее простой и распространённый в полевых условиях – метод флотации, или водный тест, который основан на изменении удельного веса яйца в процессе инкубации. По мере развития эмбриона воздушная камера увеличивается, а вес яйца уменьшается за счёт потери влаги. В результате меняется положение яйца в воде: в самом начале инкубации оно горизонтально лежит на дне, а затем принимает вертикальное положение и всплывает. По изменению угла наклона яйца до всплытия и диаметру выступающей части плавающего яйца определяется степень развития эмбриона. Эйнари Мерикаллио (Einari Merikallio) начал использовать этот метод более ста лет назад (Vaisanen 1974), но основополагающая статья, в которой сравнивался возраст эмбрионов в днях в яйцах фазана Phasianus colchicus и серой куропатки Perdix perdix , находящихся в инкубаторе, с рассчитанным по флотации была опубликована в 1950 году (Westerskov 1950) После чего водный тест стали использовать для разных групп птиц по всему миру (Меднис 1972; Бианки и др. 1979; Alberico 1995; Walter, Rusch 1997; Mabee et al . 2006; Liebezeit et al . 2007). Большинство исследователей разбивает весь период инкубации на временны ́ е отрезки – от 2 до 4-5 дней, то есть определяет срок инкубации в определённом интервале (Меднис 1972; Недзинкас 1972).

При использовании данного метода возникает вопрос о его точности для видов с разной продолжительностью инкубации и при его применении на разных стадиях развития эмбриона. В большинстве исследова- ний, оценивающих точность водного теста, сравнивался возраст эмбриона, рассчитанный по шкалам, предложенным другими авторами, с возрастом в днях, рассчитанным по дате завершения кладки и предположением, что инкубация начинается в день откладывания последнего яйца, или путём обратного расчёта из наблюдаемых дат вылупления и предположения о средней продолжительности инкубационного периода (Mabee et al. 2006; Liebezeit et al. 2007; Reiter, Anderson 2008). Кроме того, для разработки своих шкал водного теста оценивалось состояние эмбриона при вскрытии яйца (Ackerman, Eagles-Smith 2010) или использовались яйца из инкубатора (Brua, Machin 2000).

Для обыкновенной гаги Somateria mollissima разработка шкалы водного теста проведена В.В.Бианки с соавторами (1979), которые на основе веса эмбриона по известным данным (Белопольский и др. 1972) построили график изменения положения яйца в воде на протяжении всего периода инкубации. Авторы считают, что точность определения даты вылупления составляет в лучшем случае ±1 день. Однако специальные исследования определили, что точность водного теста может меняться на протяжении инкубационного периода (Mabee et al . 2006; Ackerman, Eag-les-Smith 2010).

Наши исследования проведены на островах Белого моря в заливе Долгая губа Большого Соловецкого острова в 2015-2023 годах. Мы сравнили возраст эмбрионов обыкновенной гаги, определённый с помощью водного теста, с данными GLS-логгеров. В эксперименте использовались GLS логгеры двух типов: Mk3006 (16×14×6 мм, 2.5 г) и C250 (17× 18×6 мм, 2.6 г). Обе модели имеют датчики, определяющие и записывающие освещённость и факт нахождения в морской воде через короткие интервалы времени (1-5 мин). Датчик крепится на пластиковое кольцо на ноге птицы и во время инкубации записывает разницу в освещённости при разной активности птицы. Наиболее полные и точные данные можно получить в северных районах, где летом полярный день и значения освещённости сенсора зависят от поведения птицы круглосуточно. Более подробно методика изложена в работе Е.В.Семашко с соавторами (2019). Данные логгеров позволяют определить день начала инкубации и день вылупления птенцов. Цель данной работы – определить точность водного теста для оценки возраста эмбрионов на основе инструментальных данных логгеров.

Для водного теста брали по одному яйцу из кладки, а самок метили GLS логгерами. В нашем эксперименте использованы данные для 75 яиц обыкновенной гаги. Даты начала и окончания (в случае успешного гнездования) насиживания кладки определялись после повторной поимки самки через 1-2 года и скачивания данных с логгера. Продолжительность инкубации у обыкновенной гаги на Белом море составляет 2527 сут. По данным логгеров началом инкубации считались сутки, когда самка сокращала время пребывания на воде до ≤200 мин (среднее вне периода размножения – около 1000 мин) и проводила в условиях яркой освещённости ≤40 десятиминутных интервалов в сутки (среднее вне периода размножения – около 140 интервалов). Окончанием инкубации считались сутки, в которые самка находилась в морской воде >120 мин, а показатели освещённости фиксировали нахождение в темноте менее чем в 90 десятиминутных интервалах.

Чтобы минимизировать возможность оставления гнёзд самками в результате нашего беспокойства, работы начинались, когда большинство гаг насиживали кладку уже более двух недель, поэтому по данным логгеров эмбрионы в 73% гнёзд были старше 14 дней. Следует отметить, что водный тест определяет возраст развития эмбриона, а не количество дней с момента откладки яйца.

По мере развития эмбриона масса яйца, а значит и его удельный вес уменьшаются за счёт потери влаги и дыхания. В начале инкубации плотность яйца несколько выше, чем у воды, и оно лежит на дне вдоль своей длинной оси. Затем, по мере развития эмбриона и роста воздушной камеры, плотность яйца снижается, и оно постепенно поднимается и всплывает к поверхности тупым концом.

Характер положения яйца во время флотации определяет две условные фазы водного теста, которые зависят от положения яйца. В первую мы измеряли угол наклона яйца относительно дна сосуда с округлением до 15° (максимальное значение – 90°). В выборке зафиксировано 11 яиц на этой стадии (30° – 2 наблюдения; 60° – 1; 90° – 8). Для обеспечения корректности аппроксимации к данным добавлена техническая точка 0° на 0-й день инкубации, соответствующая флотации свежих яиц.

Вторая фаза начинается при отрыве яйца от дна и всплытии. В этом случае нами фиксировался диаметр части яйца, выступающей над поверхностью воды, с округлением до 5 мм. Для яиц, находящихся в промежуточном положении (начало всплытия, нахождение в толще воды и движение к поверхности), значение диаметра принималось равным -5 и 0 мм соответственно. На данной стадии было протестировано 55 яиц. Следует отметить, что морфологические различия формы яиц вносят дополнительную вариабельность в размеры диаметра всплывающей части. В последние 2-3 сут инкубации, когда на скорлупе появляются трещины, а затем проклёв, вызванные действием птенца изнутри, водный тест не проводили. В выборке было 7 яиц на данной стадии, они отображены на графике в правой верхней части и выделены оранжевым цветом.

Для первой и второй фазы водного теста изменение показателей аппроксимировано квадратичным полиномом. Дополнительно построены 95%-доверительные границы, отражающие уровень неопределённости модели (см. рисунок). Из-за существенно меньшего числа яиц на первой стадии флотации в сравнении со второй (11 против 55) доверительный интервал в этом случае значительно шире: это отражает меньшую достоверность нашей модели при работе с яйцами в первые 8-10 сут инкубации.

Дни инкубации

Регрессии угла наклона яйца и диаметра выступающей над водой части. Изменения положения яйца в воде представлены над графиком

Положение яйца гаги в воде (угол наклона в градусах и диаметр выступающей части) и шкалы водных тестов, разработанных на основе веса эмбрионов и данных логгеров

Сравнение шкал водных тестов, разработанных на основе веса эмб -рионов (Бианки и др. 1979) и показаний логгеров для определения дня инкубации яиц обыкновенной гаги показало, что для 80% яиц расхож -дение в сроках не превышает 3 сут. Водный тест на основе веса эмбрио - нов занижает день инкубации, и эта ошибка не зависит от возраста эмбриона (см. таблицу). В среднем данные, рассчитанные по показаниям логгеров, отличаются от водного теста на основе веса эмбрионов не более чем на 1.19±2.58 сут (SD). Сравнение шкалы водного теста в популяции гаг на Балтике, разработанной с использованием инкубатора путём наблюдения за реальной датой откладки яиц, выявило незначительное занижение срока инкубации (Kilpi, Lindström 1997).

Для большей точности необходимо тестировать более 1 яйца, чтобы исключить из выборки неоплодотворённое яйца и подкинутые другими самками. Особенно важно это при величине кладки более 4 яиц (выше средней).