Сравнительный фенетический анализ популяций двух видов грызунов (Apodemus, Mus) в условиях Центрального Кавказа

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке гранта РФФИ №15-04-03981.

Изучение состояния природных популяций живых организмов, находящихся под воздействием комплекса естественных и антропогенных факторов среды является одной из важнейших задач экологии. Во многих регионах Центрального Кавказа основной формой антропогенной деятельности выступает сельскохозяйственная трансформация территорий, связанная с интенсивным применением минеральных удобрений, ядохимикатов и т.д. В связи с этим исследование особенностей морфологической изменчивости мелких млекопитающих, обитающих на антропогенных территориях весьма актуально и представляет интерес для понимания адаптивных стратегий организма в меняющихся условиях среды.

Для оценки состояния популяций животных широко используются методы феногенетического мониторинга, основанные на изучении эпигенетических и феногенетических особенностей сравниваемых групп, индивидуальных и групповых характеристик морфогенеза. Как отмечают А.Г. Васильев и И.А. Васильева [1], феногенетический мониторинг включает в себя оценку состояния среды как в пространстве (выявление размаха феногенетических различий

между населением различных местообитаний), так и во времени (определение изменений в состоянии населения животных в одном местообитании в течение ряда лет.

Цель – на основе анализа неметрических признаков черепа провести сравнительную оценку влияния двух факторов – антропогенного загрязнения и высоты местности на популяции широко распространенных видов грызунов A. uralensis и М. musculus .

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Материал по обоим видам собирался одновременно в одни и те же годы в предгорьях Центрального Кавказа: окр. г. Нальчик – 500 м над ур. м.; окр. с. Псынадаха – 700 м над ур. м.; окр. с. Бедык – 1000 м над ур. м. Первая точка относится к естественным биотопам, а последние две к антропогенным (агроценозы). Для оценки влияния фактора высоты местности в анализ включена дополнительная выборка из среднегорий Центрального Кавказа – п. Эльбрус – 1800 м над ур. м. Объем изученного материала составил по малой лесной мыши –197, а по домовой мыши – 204 экз. черепов зверьков.

При проведении фенетического анализа (выделении, описании фенов, обработке результатов) использовали методы, разработанные и предложенные А.Г. Васильевым [2, 3]. Поиск и учет фенов проводили для каждого вида отдельно с помощью микроскопа Carl Zeiss (Stemi

2000C). Большая часть фенов, используемых в работе, взята из литературных источников [2, 4, 5]. За основу принята латинизированная система кодировки фенов, разработанная И.А. Васильевой [6]. Связь проявления фенов с полом, возрастом, друг с другом оценивали на основе расчета непараметрических коэффициентов корреляции Спирмена. Признаки, проявившие сильную значимую корреляцию с указанными факторами, исключили из дальнейшего анализа, что уменьшает вероятность получения артефактов за счет смещения оценок, обусловленных названными причинами, и повышает надежность косвенной генетической интерпретации фенетических различий [3].

Учитывая, что часть признаков, характерных для малой лесной мыши, имела иное состояние признака у домовой мыши, с целью сопоставимости данных фенетический анализ проводили по 20 неметрическим признакам черепа, встречающимся у обоих видов. Перечень 20 признаков, оставшихся после первичной выбраковки, приведен в таблицах 1, 3, а их расположение показано на рисунке 1.

Фенетические дистанции (MMD) между выборками и их средние стандартные отклонения (MSD) рассчитывали по формулам, предложенным С. Хартманом [7]. Различия статистически значимы на уровне р < 0.05 при MMD > 2 MSD. Меры средней фенетической уникальности (MMU) для

Рис. 1. Расположение фенов неметрических признаков на черепе малой лесной мыши:

1 – отсутствие лобного отверстия FFracan; 2 – одиночное нижнеглазничное отверстие FIO; 3 – одиночное переднее отверстие чешуйчатой кости FTmacan; 4 – одиночное отверстие височного хода MeTm; 5 – отсутствие окна на сосцевидной кости FeMs; 6 – одиночное подъязычное отверстие FHg; 7 – утроенное подъязычное отверстие FHgrt; 8 – одиночное отверстие в основании крыловидного отростка FPT; 9 – удвоенное отверстие на перегородке между овальным и круглым отверстиями FLTIdu; 10 – переднее вентральное предчелюстное отверстие FPmvean; 11 – удвоенное отверстие с лингвальной стороны альвеолы М1 FMtlgdu; 12 – одиночное дополнительное небное отверстие FPl; 13 – удвоенное отверстие с лингвальной стороны альвеолы М3 FPCdu;

14 – дополнительное отверстие в крыловидной ямке нижней челюсти (в сочленовно-угловой вырезке) FMbmst; 15 – боковые отверстия на вентральной поверхности основной клиновидной кости FBsla;

16 – дополнительные отверстия в области овального отверстия с вентральной стороны в крыловидной ямке Fasac; 17 – боковое верхнечелюстное отверстие на скуловом отростке FMxzmla; 18 – переднее боковое верхнечелюстное отверстие FPmla; 19 – множественные отверстия на затылочной кости в сочленовной ямке FFsOC (mx);

20 – наличие мыщелкового отверстия FCS

каждой выборки подсчитывали как сумму MMD данной выборки со всеми остальными, отнесенную к числу сравниваемых пар выборок [8].

Уровень внутрипопуляционного разнообразия оценивали с помощью показателя μ по Л.А. Животовскому [9].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Первым этапом было проведено сравнение предгорных выборок малой лесной мыши из антропогенных и естественных биотопов. При сравнении контрольной (г. Нальчик) и антропогенной выборок (с. Псынадаха) различия выявлены по трем неметрическим признакам черепа: FIO, Fasac, FPmvean, из которых встречаемость первых двух выше в псынадахской выборке.

Аналогичное сравнение зверьков из контрольной и загрязненной территории (Наль-чик–Бедык) выявило достоверные различия по семи признакам, из которых четыре – FTmacan, FPT, FPmvean, FBsla значимо чаще встречаются в нальчикской, а три – FMbmst, Fasac и FFsOc(mx) в бедыкской выборке. Между парой выборок Псы-надаха–Бедык достоверные различия выявлены по частоте встречаемости 4 признаков из 20, что составляет 20% от изученного числа признаков (табл.1). Частота встречаемости отмеченных признаков в большинстве случаев выше в псы-надахской выборке, за исключением признака – дополнительное отверстие в крыловидной ямке нижней челюсти FMbmst, встречающегося с высокой частотой в бедыкской выборке.

В таблице 2 приведены фенетические дистанции, рассчитанные для отмеченных пар выборок малой лесной мыши. Дистанции между всеми сравниваемыми парами: Нальчик – Псынадаха, Нальчик – Бедык, Бедык – Псынадаха, оказываются статистически высоко достоверными.

При этом максимальная дистанция получена между выборками Бедык – Нальчик (0,056±0,007; d.f.=19; p<0,001), промежуточное положение занимают значения MMD между выборками Бедык – Псынадаха (0,040±0,006; d.f.=19; p<0,001) и минимальные значения отмечены между выборками Псынадаха – Нальчик (0,021±0,007; d.f.=19; p<0,01).

Результаты сравнения антропогенных и контрольных выборок домовой мыши в условиях предгорий отличны от полученных при сравнении таковых малой лесной мыши. Так, выборки домовой мыши из Бедыка и Нальчика различаются только по 1 признаку (табл.3).

Между псынадахской и бедыкской выборками достоверные различия выявлены по трем признакам – FHg, FBsla, Fasac, из которых

Таблица 1. Частота встречаемости фенов неметрических признаков черепа в выборках малой лесной мыши Центрального Кавказа, %

Номер и код признака	1	2	3	4	1-2	1-3	2-3	1-4	2-4	3-4
	N=82	N=94	N=10 8	N=11 0	Хи - квадрат
1. FFracan (-)	1,22	2,1	1	1,8
2. FIO	65,9	84,0	60,2	75,2
3. FTmacan	9,8	6,4	2,8	9,1
4. MeTm	14,6	24,5	16,7	11,8					*
5. FeMs (-)	7,3	10,6	12,0	29,4
6. FHg	40,2	50,0	52,9	41,8
7. FHgtr	2,44	5,3	5,7	4,6
8. FPT	28,1	32,3	7,4	10,9		***	***	**	***
9. FLTIdu	18,3	28,7	27,8	42,7
10. FPmvean	14,6	5,3	1	12,0
11. FMtlgdu	0	2,1	0	2,7
12. FPl	46,3	36,2	40,7	31,5
13. FPCdu (M 3 )	40,2	28,7	26,9	33,3
14. FMbmst	0	1,1	6,5	7,41
15. FBsla	53,7	54,3	33,3	41,8
16. Fasac	23,2	39,4	39,8	60,9
17. FMxzmla	0	0	0	1
18. FPmla	26,8	33,3	26,9	25,5
19. FFsOc(mx)	15,9	27,7	29,6	46,4
20. FCS	55,6	59,6	54,7	64,6

Примечание: 1 – г. Нальчик, 2 – с. Псынадаха, 3 – с. Бедык, 4 – п. Эльбрус; N-число изученных сторон черепа. Уровень значимости межгрупповых различий по отдельным признакам: * p<0,05; **p<0,01; *** p<0,001

Таблица 2. Фенетические дистанции (MMD±MSD) между популяциями малой лесной и домовой мыши. Верхняя треугольная матрица - данные по малой лесной мыши, а нижняя треугольная матрица по домовой мыши

Выборки	г. Нальчик	с. Псынадаха	с. Бедык	п. Эльбрус	MMU
					малая лесная мышь	домовая мышь
1		0,021±0,007	0,056±0,007	0,099±0,007	0,059	0,020
2	0,016±0,007		0,040±0,006	0,050±0,006	0,037	0,027
3	0,004±0,006	0,023±0,006		0,046±0,006	0,047	0,028
4	0,041±0,007	0,041±0,006	0,057±0,006		0,065	0,046

Таблица 3. Частота встречаемости фенов неметрических признаков черепа в выборках домовой мыши Центрального Кавказа, %

Номер и код признака	1	2	3	4	1-2	1-3	2-3	1-4	2-4	3-4
	N=90	N=98	N=118	N=102	Хи - квадрат
1. FFracan (-)	2,2	5,1	6,78	0
2. FIO	71,1	66,3	63,6	70,6
3. FTmacan	4,4	10,2	9,32	17,7				**
4. MeTm	73,3	57,1	63,6	71,6
5. FeMs (-)	4,4	3,1	8,5	0
6. FHg	55,2	64,2	46,6	54,0			**
7. FHgtr	5,8	3,1	1,7	8,8						*
8. FPT	31,1	37,8	35,6	38,2
9. FLTIdu	1,1	2,04	1,0	3,9
10. FPmvean	52,2	68,1	56,8	78,4	*			***		***
11. FMtlgdu	5,6	9,4	6,8	1,96
12. FPl	21,4	24,5	20,3	27,5
13. FPCdu (M 2 )	30,1	22,9	28,0	23,5
14. FMbmst	25,0	27,1	18,8	8,8
15. FBsla	21,1	32,7	20,3	37,3
16. Fasac	68,9	52,0	77,8	74,5	*		***		***
17. FMxzmla	24,4	31,6	40,7	21,6		*				**
18. FPmla	0	1,0	0	2,9
19. FFsOc(mx)	4,6	2,0	6	7,0
20. FCS	3,4	0	1,7	1,0	*

Примечание: 1 - г. Нальчик, 2 - с. Псынадаха, 3 - с. Бедык, 4 - п. Эльбрус; N-число изученных сторон черепа. Уровень значимости межгрупповых различий по отдельным признакам: * p<0,05; **p<0,01; *** p<0,001

первые два значимо чаще встречаются в псы-надахской, а последний в бедыкской выборке (табл. 3). По частоте встречаемости 4 признаков выявлены различия между выборками Псынадаха - Нальчик. Фенетические дистанции, полученные между всеми парами выборок домовой мыши ниже, чем у лесной, а в некоторых случаях даже статистически недостоверны. Недостоверной оказалась дистанция между бедык-ской и нальчикской выборками (0,004±0,006; d.f.=19; p>0,05) , статистически значимой, но небольшой между псынадахской и нальчикской (0,016±0,007; d.f.=19; p<0,05), а величина MMD между псынадахской и бедыкской выборками домовой мыши в 1,7 раз ниже, чем у малой лесной мыши (0,023±0,006; d.f.=19; p<0,01). Таким образом, уровень фенетического обособления предгорных антропогенных и контрольной выборок лесной мыши выше, чем у домовой.

Учитывая, что раннее проведенные на Центральном Кавказе исследования [10], показали, что высота над уровнем моря и связанные с ней условия среды (высокая ультрафиолетовая радиация, низкое атмосферное давление, разреженность воздуха, недостаток тепла, резкие суточные и сезонные перепады температур и влажности и т.д.) оказывают на организм малой лесной мыши более неблагоприятные воздействия, чем условия загрязнения отходами Тыр-ныаузского вольфрамо-молибденового комбината представляло интерес оценить влияние высоты местности на выборки исследуемых ви- дов. С этой целью в анализ включена выборка из среднегорий Центрального Кавказа – п. Эльбрус – 1800 м над ур. м.

Результаты сравнения выборок с учетом высоты местности демонстрируют следующую картину. При сравнении среднегорной выборки (п. Эльбрус) с предгорной (г. Нальчик) у малой лесной мыши различия выявлены по частоте встречаемости 7 признаков из 20, что составляет 35% от изученного числа признаков. Частота встречаемости отмеченных признаков в большинстве случаев выше в эльбрусской выборке, за исключением двух признаков – отверстие в основании крыловидного отростка (FPT) и одиночное отверстие на небной кости (FPl), отмечающихся с высокой частотой в нальчикской выборке. Фенетическая дистанция оказывается статистически высоко достоверной: MMD= 0,099±0,007 ( χ ²= 113,5; d.f.=19; p<0,001). Почти в 2 и более раза ниже фенетическая дистанция, полученная между среднегорной (п. Эльбрус) и предгорными (Псынадаха, Бедык) выборками из агроценозов: 0,050±0,006 ( χ ²=71,23; d.f.=19; p<0,001) и 0,046±0,006 ( χ ²=70,11; d.f.=19; p<0,001) соответственно. Аналогичное сравнение выборок домовой мыши, происходящих с разных высотных уровней (Эльбрус – Нальчик) выявило значимые различия по 5 признакам (25%). Также как и у лесной мыши, частота встречаемости большинства признаков (3 из 5) выше у зверьков среднегорья. Однако, у домовой мыши фенетическая дистанция, полученная между среднегорной и предгорной выборками уступает таковой малой лесной мыши в 2 и более раза: MMD=0,041±0,007 ( χ ²=58,9; d.f.=19;

p<0,001). У обоих видов в большей степени дифференцированной и наиболее уникальной оказывается эльбрусская выборка. Из полученных результатов можно предположить, что высота выступает в качестве существенного фактора, усиливающего уровень дифференциации между выборками, что наиболее ярко проявляется на выборках малой лесной мыши.

С целью оценки уровня внутрипопуляци-онного фенетического разнообразия антропогенных и контрольной выборок малой лесной и домовой мыши использовали показатель Л.А. Животовского (1980) – μ. Выявлено, что у малой лесной мыши фенетическое разнообразие достоверно выше в псынадахской выборке, тогда как бедыкская и нальчикская выборки характеризуются практически близкими значениями данного показателя и не отличаются. У домовой мыши величина фенетического разнообразия также выше в псынадахской выборке. Достоверные различия отмечены между бедык-ской и нальчикской, псынадахской и нальчикской выборками, между двумя антропогенными выборками по данному показателю различий не выявлено.

При включении в анализ среднегорной выборки (п. Эльбрус) отмечается, что у малой лесной мыши величина фенетического разнообразия достоверно выше в выборке с наибольшей высоты местности, чем во всех остальных. Интересно, что у домовой мыши среднегорная выборка напротив, отличается от всех остальных достоверно низкими значениями данного показателя.

Таким образом, выявлена видоспецифическая реакция на действие, как фактора вы-

Малая лесная мышь

Домовая мышь

Рис. 2. Характеристика степени фенетического разнообразия выборок двух видов грызунов

соты, так и антропогенного загрязнения, что проявляется в несходной картине изменения частот фенов у исследуемых видов грызунов. У лесной мыши при сравнении всех выборок, включая и антропогенные, отмечены определенные закономерности в изменениях частот фенов. Так в направлении от равнин к горам увеличивается частота признаков – отсутствие окна на сосцевидной кости (FeMs (-)), дополнительное отверстие в области овального отверстия (Fasac) и множественные отверстия на затылочной кости в сочленовной ямке (FFsOc(mx)). Можно предположить, что данные признаки маркируют выборку с наибольшей высоты местности. У домовой мыши каких-либо закономерностей в изменениях частот фенов не выявлено.

В целом, параллельный анализ позволил выявить различия в частотах встречаемости признаков, выявленных у обоих видов. Так, все выборки малой лесной мыши характеризуются высокой частотой встречаемости особей, имеющих мыщелковые отверстия (55,6%, 59,6%, 54,7% и 64,6%), двойное отверстие на перегородке между овальным и круглым отверстием (18,3%, 28,7%, 27,8% и 42,7%), боковое предчелюстное отверстие (26,8, 33,3%, 26,9%, и 25,5%) тогда как в выборках домовой мыши данные признаки встречаются с очень низкой частотой (3,4%, 0%, 1,7%, 1%,), (1,1%, 2,0%, 1%, 3,9%), (0%, 1,0%, 0%, 2,9%) соответственно. У домовых мышей к числу таковых относятся признаки: наличие височного хода (73,3%, 57,1%, 63,6% и 71,6%), переднее вентральное предчелюстное отверстие (52,2%, 68,1%, 56,8% и 78,4%), боковое предчелюстное отверстие на скуловом отростке (24,4%, 31,6%, 40,7% и 21,6%) (табл. 1, 3).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты, проведенного фенетическо-го анализа двух видов показали, что различия между выборками из агроценозов и контрольными по величине MMD выше у малой лесной мыши по сравнению с домовой. Так, достоверные сдвиги частот при сравнении выборок малой лесной мыши из биотопов с разной антропогенной нагрузкой отмечаются по 3-7 признакам. Что касается домовой мыши, отмеченные выборки слабо отличаются по частотам фенов неметрических признаков, достоверные различия выявлены по одному, трем и четырем признакам. При этом у малой лесной мыши в большей степени дифференцированными оказываются бедыкская и нальчикская (табл. 2), тогда как у домовой псынадахская и бедыкская выборки, т.е. выборки из антропогенных биотопов. Фенети-ческая дистанция между бедыкской и наль- чикской выборками домовой мыши напротив, оказывается статистически недостоверной. В целом, полученные результаты указывают на разнонаправленное действие антропогенного фактора и высоты местности на изучаемые виды грызунов, что вероятно связано с особенностями исследуемых видов. Так, домовая мышь, обитая в постройках человека в меньшей степени подвержена влиянию средовых факторов, чем малая лесная мышь. Возможно, в качестве второй причины может быть и то, что популяции домовой мыши периодически пополняются за счет завоза зверьков из других районов, следствием чего может быть нивелировка эпигенетических различий.