Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Показатели геномной и онтогенетической нестабильности (литературный обзор) 8
1.1. Геномная нестабильность в природных популяциях млекопитающих: влияние популяционно-демографических факторов, видовой принадлежности, инфекционных агентов 9
1.2. Использование показателей геномной нестабильности как индикаторов антропогенного воздействия на природные популяции животных 16
1.3. Флуктуирующая асимметрия как показатель онтогенетического гомеостаза 19
Глава 2. Материал и методы 25
2.1. Характеристика мест отлова грызунов. Определение степени антропогенной нагрузки на изучаемые популяции - анализ содержания тяжелых металлов, радионуклидов и ДДТ в тканях животных 25
2.2. Цитогенетический анализ и статистическая обработка полученных результатов 35
2.3. Иммуногематологические методы 36
2.4. Анализ уровней флуктуирующей асимметрии краниометрических признаков 37
2.5. Анализ асимметрии формы нижней челюсти у обыкновенных слепушонок разных цветовых морф 40
Глава 3. Хромосомная нестабильность у грызунов из природных популяций: меж- и внутрипопуляционные сравнения 43
3.1. Влияние пола и возраста на частоту цитогенетических нарушений в природных популяциях грызунов 43
3.2. Хронографическая изменчивость показателей хромосомной нестабильности 45
3.3. Хромосомный полиморфизм у обыкновенной полевки на Урале 48
Глава 4. Межвидовые сравнения геномной нестабильности у грызунов из природных популяций при разных уровнях антропогенного стресса 55
4.1. Хромосомные виды-двойники группы М. arvalis в условиях совместного обитания. Цитогенетические нарушения. Межвидовая гибридизация 55
4.2. Частота хромосомных нарушений и иммуногематологические показатели у обыкновенной и восточноевропейской полевок с урбанизированных территорий 60
4.3. Реакция генома обыкновенной полевки и обыкновенной слепушонки с территории ВУРСа на хроническое радиационное воздействие 69
Глава 5. Онтогенетическая нестабильность в природных популяциях грызунов 77
5.1. Сопоставление результатов измерений повторно оцифрованных краниальных структур 77
5.2. Флуктуирующая асимметрия и ошибка измерения 79
5.3. Возраст и флуктуирующая асимметрия 82
5.4. Межпопуляционные и межвидовые сравнения флуктуирующей асимметрии 87
Глава 6. Хромосомная нестабильность и асимметрия черепа у полиморфной по окраске меха обыкновенной слепушонки . 92
Выводы 98
Литература 100
Приложение 127
- Геномная нестабильность в природных популяциях млекопитающих: влияние популяционно-демографических факторов, видовой принадлежности, инфекционных агентов
- Цитогенетический анализ и статистическая обработка полученных результатов
- Влияние пола и возраста на частоту цитогенетических нарушений в природных популяциях грызунов
Введение к работе
Одна из центральных проблем эволюционной экологии - изучение устойчивости экосистем и популяций в меняющихся условиях среды. Анализ интенсивности мутагенеза и стабильности онтогенетических процессов при воздействии стрессирующих факторов различной природы и силы является важным подходом к исследованию этой проблемы. Поскольку одной из главных причин трансформации окружающей среды является глобальное загрязнение биосферы химическими или радиоактивными веществами, а иногда и комплексное воздействие техногенных поллютантов, на первый план выходят исследования, связанные с эколого-генетическим мониторингом. В качестве тест-объектов для его проведения ряд исследователей предлагает использовать мелких грызунов из природных популяций (Безель, 1987; Бочков, 1989; Гилева, 1997; Зайнуллин, 1998; Здоровье среды ..., 2000; Шевченко, 1985; Chromosomal aberrations ..., 1987). Характеристикой интенсивности мутационного процесса могут выступать хромосомные нарушения в клетках костного мозга, частота которых коррелирует с частотой возникновения точковых мутаций в герминативной ткани (Бужиевская, 1986). Успех протекания онтогенеза может быть оценен с помощью изучения флуктуирующей асимметрии - незначительных ненаправленных отклонений билатеральных структур от строгой симметрии (Захаров, 1987; Leamy, 1984; Palmer, 1986).
Несмотря на многочисленные работы, посвященные изучению геномной и онтогенетической нестабильности, малоизученными остаются вопросы о существовании межвидовых различий в реакции генома и процессов онтогенеза на различные стрессирующие воздействия, а также о влиянии на нее экологической специализации животных, используемых в качестве тест-объектов при эколого-генетическом мониторинге. Применение цитогенетического анализа и изучение флуктуирующей асимметрии в качестве двух независимых показателей средового стресса может дать более полную картину процессов, протекающих в популяциях грызунов.
Цель работы: изучить уровни геномной и онтогенетической нестабильности в популяциях грызунов, обитающих на территориях с разной степенью антропогенной нагрузки, в связи с их систематической принадлежностью и экологической специализацией.
Задачи исследования:
Оценить возможное влияние пола, возраста и хронографической изменчивости на частоту хромосомных нарушений в клетках костного мозга у грызунов из природных популяций.
Изучить распространение внутрипопуляционного хромосомного полиморфизма у обыкновенной полевки на Урале.
Сравнить уровни геномной и онтогенетической нестабильности у хромосомных видов-двойников группы Microtus arvalis при их совместном обитании.
Сопоставить реакцию генома грызунов с различной экологической специализацией (Ellobius talpinus, Microtus arvalis) на обитание в условиях хронического радиационного воздействия.
5. Исследовать флуктуирующую асимметрию краниометрических
признаков у Е. talpinus, М. arvalis, М. rossiarmeridionalis, Mus muscslus в
связи с техногенным стрессом.
На примере обыкновенной слепушонки оценить связь полиморфизма по окраске меха с хромосомной и онтогенетической нестабильностью.
Оценить рассматриваемые виды как возможные тест-объекты для проведения эколого-генетического мониторинга.
Научная новизна. Впервые у обыкновенной полевки на Урале и прилегающих территориях показано широкое распространение стабильного внутрипопуляционного полиморфизма по перицентрической инверсии. Впервые обнаружены межвидовые различия по уровню цитогенетической нестабильности у хромосомных видов-двойников группы М. arvalis в условиях совместного обитания. Впервые описана гибридизация обыкновенной и восточноевропейской полевок в природе. Впервые
продемонстрирована устойчивость генома обыкновенной слепушонки к кластогенному действию ионизирующей радиации. На примере четырех видов грызунов впервые показано, что показатели ФА черепа (комплекс сросшихся костей лицевого и мозгового отделов, включая верхнюю челюсть) и нижней челюсти обнаруживают разную степень видоспецифичности. Впервые у разных цветовых морф обыкновенной слепушонки продемонстрированы различия по асимметричности формы нижней челюсти.
Теоретическое и практическое значение. Полученные данные могут быть использованы для оценки устойчивости отдельных компонентов экосистем к стрессирующим воздействиям различной природы, а также позволяют охарактеризовать особенности мутационного процесса в природных популяциях грызунов, различающихся по экологическим и популяционно-демографическим характеристикам. Результаты работы представляют интерес с точки зрения эволюционной экологии, в частности, в связи с проблемой хромосомных видов-двойников. На основе обнаруженных у грызунов межвидовых различий в реакции генома и процессов онтогенеза на стрессирующее воздействие предложены методические рекомендации, которые необходимо учитывать при проведении эколого-генетического мониторинга и прогнозировании отдаленных генетических последствий радиационных аварий.
Основные положения, выносимые на защиту:
У изученных видов грызунов, в том числе хромосомных видов-двойников группы М. arvalis, при разной степени стрессированности популяций наблюдается видовая специфика уровней геномного и онтогенетического гомеостаза.
Экологически контрастные Е. talpinus и М. arvalis обнаруживают различную реакцию генома на продолжительный радиационный стресс.
3. Обыкновенная и восточноевропейская полевки в природных
условиях способны к гибридизации.
7 Благодарности. Выражаю искреннюю благодарность научному руководителю - доктору биологических наук, профессору Эмилии Абрамовне Гилевой за квалифицированное руководство, помощь и поддержку на всех этапах работы. Большую признательность выражаю сотрудникам группы популяционной цитогенетики ИЭРиЖ УрО РАН - к.б.н. Ольге Валентиновне Полявиной, м.н.с. Сергею Борисовичу Ракитину, к.б.н. Михаилу Ивановичу Чепракову, вед. инженеру Марте Сергеевне Шляпниковой, вед. инженеру Екатерине Александровне Анохиной за помощь на всех этапах работы, поддержку, заботу и внимание. Искренне благодарю заведующего лабораторией экологических основ изменчивости и биоразнообразия животных ИЭРиЖ УрО РАН д.б.н. Алексея Геннадьевича Васильева и всех её сотрудников. Выражаю свою признательность к.б.н. Николаю Григорьевичу Евдокимову и м.н.с. Наталии Викторовне Синевой за отлов и определение возраста обыкновенных слепушонок. Я благодарю за постоянную помощь администрацию ИЭРиЖ УрО РАН во главе с академиком Владимиром Николаевичем Большаковым и лично ученого секретаря Татьяну Вячеславовну Струкову. За помощь и поддержку благодарю сотрудников лаборатории исторической экологии ИЭРиЖ УрО РАН - к.б.н. Александра Васильевича Бородина, м.н.с. Евгению Анатольевну Маркову, аспиранта Сергея Викторовича Зыкова. Выражаю свою признательность всем, кто оказал помощь на разных этапах работы: сотрудникам лаборатории популяционной экотоксикологии ИЭРиЖ УрО РАН, к.б.н. Ирине Александровне Пашниной, к.б.н. Ивану Александровичу Кшнясеву, к.ф-м.н. УГТУ-УПИ Е.И. Денисову.
Геномная нестабильность в природных популяциях млекопитающих: влияние популяционно-демографических факторов, видовой принадлежности, инфекционных агентов
Изучение геномной нестабильности предполагает знание спонтанных уровней хромосомных нарушений. Спонтанный мутационный процесс действует на протяжении всей истории существования вида, поставляя исходный материал для эволюции, и играет важную роль при старении и канцерогенезе (Smith, 1992). Определение его уровней является также основой для правильной оценки индуцированных мутагенных эффектов (Бочков, 1989).
Работы по изучению уровней спонтанного мутационного процесса у млекопитающих in vivo, в том числе и у грызунов, выполнены в основном на лабораторных животных (Лильп, 1981; Сравнительный ..., 1967; Frequency ..., 1999). В качестве своеобразного ориентира можно также рассматривать данные, полученные в контроле на линейных и беспородных мышах в ходе различных лабораторных экспериментов. Согласно им частота спонтанных хромосомных аберраций в клетках костного мозга у Mus musculus колеблется от 0,53% до 5,1% (Бариляк, 1996; Болонина, 1993; Лильп, 1981; Львова, 1981; Маленченко, 1995; Михеев, 1993; Степанова, 1990; Чопикашвили, 1989, 1991), а анеуплоидных клеток от 0,2% до 1,2% (Комплексное ..., 1981; Лильп, 1981). В определенной степени такая изменчивость показателей спонтанного мутагенеза у линейных мышей зависит от генотипа животных. Для других видов грызунов данные по спонтанному уровню хромосомных нарушений не столь многочисленны. Так, например, для лабораторных крыс они колеблются в пределах 0,50 % - 3,87 (Ляпкало, 1973; К вопросу ..., 1984; Кирюшин, 1975), у морских свинок эта частота оставляет 1,81% (Сравнительный ..., 1967). Для спонтанных нарушений генома характерны такие аберрации хромосом, как одиночные и, в меньшей степени, парные фрагменты. При изучении спонтанного мутационного процесса в природных популяциях нужно учитывать, что из-за глобального загрязнения биосферы исключить влияние антропогенного фактора практически невозможно. Поэтому, вместо термина «спонтанный», корректнее использовать термин «фоновый» уровень (Гилева, 1997).
Приведем данные по фоновым уровням хромосомных аберраций в клетках костного мозга, полученные разными авторами для некоторых видов мелких грызунов. Так, для рыжей полевки (Clethrionomys glareolus) фоновые частоты клеток с хромосомными нарушениями составили 0,40%-0,70% (Вирусные инфекции ..., 2001; Гончарова, 1996; Хромосомные аберрации ..., 1996); для красных полевок {Clethrionomys rutilis) - 0,08% (О генетических ..., 1972); для водяной полевки {Arvicola terrestris) - 0,7% (Скорова, 1986). Для представителей рода Microtus величина данного показателя была равна у полевки-экономки (М оесопотш) 0,6% (Зайнуллин, 1997), у обыкновенной полевки (М arvalis) -0,44%-0,84% (Гилева, 2001с; Наследуемая ..., 1996) и у восточноевропейской полевки (М rossiaemeridionalis) - 1,42% (Гилева, 2001с). У колючего хлопкового хомячка (Sigmodon hispidus) фоновый уровень хромосомных нарушений составил 2,2%, у белоногого хомячка (Peromyscus leucopus) - 2,8-3,6% (Chromosomal aberrations ..., 1987). Для малой лесной мыши (Sylvaemus uralensis) величина данного показателя составила 0,30% (Полявина, 1998), а для домовой мыши (Mus musculus) -0,76%-1,30% (Гилева, 1997; Крюков, 1993; О соотношении ..., 1999). В ряде работ также рассматриваются фоновые частоты анеуплоидных и полиплоидных клеток. Так, у рыжей полевки этот показатель варьировал от 0% до 3,5% (Вирусные ..., 2001; Рябоконь, 1999), у красной он составил 2,47% (О генетических ..., 1972), у полевки-экономки - 0% (Зайнуллин, 1997), у обыкновенной полевки - 0,28%-0,67% (Гилева, 2001с; Наследуемая ..., 1996), у восточноевропейской полевки 1,33%) (Гилева, 2001с). Для домовой мыши, по данным разных авторов, фоновая частота геномных нарушений изменялась от 0% до 0,63% (Влияние..., 1995; Косарева, 1995; О соотношении ..., 1999).
На изменчивость геномной нестабильности в природных популяциях грызунов могут оказывать влияние популяционно-демографические факторы, такие как пол, возраст, динамика численности.
ВЛИЯНИЕ ВОЗРАСТА
В настоящее время накоплен большой научный материал по влиянию возраста на стабильность генома млекопитающих и человека. Согласно теории соматических мутаций, старение организма сопровождается нарушением стабильности генетических структур (Curtis, 1963), что на клеточном уровне может проявляться в повышении спонтанного и индуцированного уровня хромосомных нарушений с возрастом. Такой эффект был обнаружен в ряде работ, проведенных на клетках млекопитающих и человека (Бочков, 1969, 1971, 1989; Генетическая ..., 2003; Джамилев, 1973; Лильп, 1981; Микроядра ..., 2002; Накопление ..., 1999; О причинах ..., 1967; Evolution..., 2003; Fenech, 1985; Frequency ..., 1999; Spontaneous ..., 1978). Одна из причин увеличения с возрастом частоты спонтанных хромосомных повреждений - накопление в клетке повреждений ДНК в результате нарушения работы метаболических ферментов и ферментов репарации (ДНК-белковые ..., 2004; Лильп, 1982; Микроядра и старение ..., 2002; Fenech, 1985), что может быть следствием усиления гетерохроматинизации хромосом при старении (Лежава, 1980, 2001). Увеличение частоты анеуплоидных клеток с возрастом (Aging ..., 1998), по-видимому, связано с изменением митотической активности и с удлинением периода, в котором существует возможность преждевременного расхождения центромер гомологов в процессе деления ядра (Бужиевская, 1990; Кузнецова, 1986). Причинами возрастной зависимости нестабильности генома могут служить также укорочение теломер, комплексы двуцепочечных разрывов ДНК, активация мобильных генетических элементов (Зайнуллин, 2000; Осивац, 1997), деградация Т-систем иммунного контроля над генетическим постоянством организма (Ильинских, 1981; Chakravarti, 2001). В ряде работ показано увеличение частоты хромосомных нарушений (структурных и числовых) не только у старых, но и очень молодых особей (Бочаров, 1966; Ильинских, 1981; Ракитин, 2002; Differences ..., 2001), связанное, вероятно, с несовершенством репарационных процессов и системы иммунного контроля. По-видимому, в процессе онтогенеза млекопитающих существуют два периода, характеризуемые высоким уровнем геномной нестабильности -ранний и завершающий этапы жизни. В это время у особей также повышается чувствительность хромосомного аппарата к индуцирующему воздействию (Ильинских, 1981,1986; Сысоева, 1964).
Цитогенетический анализ и статистическая обработка полученных результатов
Для изучения геномной нестабильности были приготовлены препараты метафазных хромосом из костного мозга грызунов стандартным способом и окрашены азур-эозином по Романовскому (Макгрегор, 1986; Орлов, 1983).
Анализ препаратов хромосом проводился методом световой микроскопии при увеличении в 1600 раз на микроскопе "Ergaval" (Германия). Методика цитогенетического анализа препаратов хромосом подробно изложена в работе Э.А. Гилевой (1997). В главах 3 и 4, кроме собственных данных, были использованы результаты приготовления и цитогенетического анализа хромосомных препаратов от обыкновенных и восточноевропейских полевок, выполненных руководителем группы популяционной цитогенетики ИЭРиЖ УрО РАН д.б.н., профессором Э.А. Гилевой и сотрудниками группы к.б.н. Д.Ю. Нохриным, к.б.н. О.В. Полявиной, студенткой О.В. Кручининой в период с 1994 по 2003 гг. От каждого животного анализировалось по 50-100 метафазных клеток. В общей сложности было кариотипировано 915 животных; автором лично кариотипировано 673 животных и проанализировано 35240 клеток. Основными цитогенетическими показателями служили частота клеток с хромосомными аберрациями, суммарная частота анеуплоидных и полиплоидных клеток и клеток с пробелами.
При статистической обработке данных были использованы факторный, лог-линейный и корреляционный анализ, дисперсионный анализ с угловым преобразованием долей (ф-преобразование), критерий х2, непараметрические критерии Краскела-Уоллиса (Н) и Манна-Уитни (U). Математический анализ был проведен с помощью пакета прикладных программ Statistica 5.5 для Windows (лицензионный номер AXXR003A622407FAN8). При проверке статистических гипотез был принят 5%-ный уровень значимости.
Работа по сопоставлению геномной нестабильности и иммуногематологических показателей была проведена на примере видов-двойников группы М. arvalis, отловленных на окраинах крупных городов -Йошкар-Ола (республика Марий Эл) и Екатеринбург (Юго-Западный микрорайон). Также были изучены обыкновенные полевки из заказника «Предуралье» и 24 особи М. arvalis из лабораторной колонии (основатели были пойманы в Свердловской области в окрестностях биостанции УрГУ). Помимо хромосомного анализа у животных определяли морфофизиологические показатели: индекс (отношение массы органа к массе тела) селезенки и тимуса, состояние генеративной системы. Количество кариоцитов селезенки, тимуса и красного костного мозга, число эритроцитов и лейкоцитов подсчитывали в камере Горяева по общепринятой методике (Лабораторные ..., 1987). Лейкоцитарная формула была определена к.б.н. И.А. Пашниной по стандартной методике в мазках крови, окрашенных по Романовскому-Гимзе. При статистической обработке были использованы факторный анализ, непараметрический критерий Краскелла-Уоллеса (Н 37 критерий) и Манна-Уитни (U-критерий).
У животных была изучена величина флуктуирующей асимметрии 21 билатерально-симметричного краниометрического признака (рис. 2.1). Поскольку череп грызунов представлен двумя морфологическими структурами: комплекс костей мозгового и лицевого отдела, включающий верхние челюсти, и нижней челюстью (парная кость), все признаки были разделены на две группы - 13 признаков собственно черепа (в дальнейшем "череп") и 8 нижней челюсти.Во время съемки особое внимание уделялось унификации установки черепа и нижней челюсти на предметном столике по отношении к оптической оси. На первых этапах работы материал оцифровывали трижды, но после сопоставления результатов измерений повторно оцифрованных краниальных структур, показавшего, что при проведении съемки достигается необходимая стандартизация установки объектов (раздел 5.1), оцифровку проводили однократно. Каждый промер был выполнен трижды на правой и левой стороне оцифрованного изображения на экране компьютера (разрешение 300 точек/дюйм) в программе TPS.dig (Rolf, 2003). Таким образом, величина признака определялась на основании усреднения 6 промеров.
При анализе результатов измерений следовали методологии, рекомендованной Палмером (Palmer, 1986, 1994). Во избежание ошибок I рода при серийном оценивании вероятностей была применена последовательная процедура Бонферрони.
Для каждого признака внутри выборки был проведен двухфакторный дисперсионный анализ (смешанная модель: особь - случайный фактор, сторона - фиксированный, повторные измерения признака рассматривались как наблюдения в ячейке плана). По его результатам судили о наличии направленной асимметрии (значимость эффекта фактора «сторона») и значимости флуктуирующей асимметрии по сравнению с ошибкой измерения (значимость взаимодействия «особь» х «сторона»).
Поскольку внутригрупповые отличия по размерам тела животных могут влиять на оценки флуктуирующей асимметрии, то в качестве показателя был использован индекс ФА2 по терминологии Палмера (разность между размерами признака на правой и левой стороне без учета знака, отнесенная к среднему размеру признака), который в меньшей степени зависит от общих размеров. Расчет индекса для каждого признака в выборке производился по данным, усредненным для трех измерений на каждой стороне. Проверка на нормальность распределения ФА2 признаков с учетом знака для каждой выборки методом Колмогорова-Смирнова, рекомендованного Палмером для мерных признаков в небольших выборках, позволила исключить наличие антисимметрии (Р 0,20).
Влияние пола и возраста на частоту цитогенетических нарушений в природных популяциях грызунов
Изучению сходства и различия хромосомных видов-двойников обыкновенной и восточноевропейской полевки посвящено большое количество работ. Несмотря на то, что их видовая самостоятельность подтверждена цитогенетическими, гибридологическими и молекулярными методами, они обнаруживают большое фенотипическое и экологическое сходство (Зыбина, 1972; Малыгин, 1970, 1983; Мейер, 1968, 1969; Обыкновенная полевка..., 1994; Орлов, 1983; Comparative ..., 2001). Общий ареал М. arvalis и М. rossiaemeridionalis занимает значительную часть Евразии. На многих территориях эти виды обитают совместно, часто встречаясь в одних и тех же стациях, что существенно затрудняет их идентификацию и изучение без применения кариологического или молекулярно-генетического анализа, поскольку морфологические отличия обнаруживаются только по комплексу признаков с применением многомерного подхода (Зыков, 2005; Малыгин, 1996; Маркова, 2003; Мейер, 1989). Тем не менее, исследования обыкновенной и восточноевропейской полевок из одних и тех же местообитаний позволяет обнаружить именно межвидовые различия, не затушеванные влиянием различных условий обитания.
С этой целью была изучена частота хромосомных нарушений у М. arvalis и М. rossiaemeridionalis из природных популяций в условиях совместного обитания.
Исследование проводили в четырех местностях Среднего и Южного Урала и в одном локалитете Среднего Поволжья. Отлов животных обоих видов производился на одних и тех же участках одновременно, т.е. влияние мутагенных факторов в каждом местообитании на оба вида было сходным. Результаты цитогенетического анализа представлены в таблице 4.1. Во всех пяти локалитетах частоты хромосомных нарушений у восточноевропейской полевки были выше, чем у обыкновенной. Трехфакторный лог-линейный анализ с факторами «вид», «место отлова» и «доля клеток с хромосомными нарушениями» показал высокую достоверность межвидовых различий по аберрациям и пробелам.
Значимы и различия по этим показателям между животными одного вида из разных популяций. Размах межпопуляционных отличий для обыкновенной и восточноевропейской полевки составил 3,7 и 3,3 раза соответственно. Анализ печени, костной и мышечной ткани животных на содержание тяжелых металлов и радионуклидов показал, что их концентрации не превышали глобальных уровней (Гилева, 1997; Соколов, 1989) и были сходными у зверьков обоих видов из всех исследованных местностей ( см. табл. 2.4, 2.5). Тем не менее, нельзя исключать возможное присутствие в среде некоторых локалитетов других мутагенов. Так, деревня Кристалка находится в зоне влияния Тоцкого радиоактивного следа, в ее окрестностях обнаружено повышенное содержание плутония в почве (Молчанова, 2000). Место отлова полевок в г. Йошкар-Ола находится в непосредственной близости от автобазы, что подразумевает воздействие химических поллютантов органической природы, известных как мощные мутагены. Кроме того, в этой местности, по всей вероятности, важным кластогенним агентом являются инфекционные патогены, что более подробно будет рассмотрено в разделе 4.2.
Возвращаясь к обнаруженным межвидовым отличиям, следует отметить, что ранее Э.А. Гилевой и Д.Ю. Нохриным (Гилева, 20016) также были обнаружены различия обыкновенной и восточноевропейской полевок из зон радиационных инцидентов. У обоих видов наблюдалась сходная реакция генома на радиационное воздействие, но уровни цитогенетических нарушений у М. rossiaemeridionalis был выше, как на фоновой, так и на загрязненной территориях. Кроме того, авторы показали, что в зонах радиационного неблагополучия у восточноевропейской полевки в большей степени, чем у обыкновенной, были выражены нарушения онтогенетического гомеостаза, проявляющиеся в возрастании флуктуирующей асимметрии краниометрических признаков. По-видимому, М. rossiaemeridionalis более чувствительна к стрессовым воздействиям различной природы на геномном и онтогенетическом уровнях.
Таким образом, в условиях совместного обитания на территориях с различным мутагенным потенциалом среды у восточноевропейской полевки по сравнению с М. arvalis наблюдаются более высокие уровни хромосомной нестабильности, что, вероятно, связано со значительной эволюционной дивергенцией этих видов-двойников.
Как уже было отмечено выше, несмотря на подтверждение видовой самостоятельности хромосомных видов-двойников М. arvalis и М. rossiaemeridionalis гибридологическими экспериментами и цитогенетическим анализом, филогенетические отношения между ними во многом остаются неясными. До недавних пор в природных популяциях в условиях симпатрии у этих видов не было обнаружено ни одного межвидового гибрида, хотя разными исследователями было кариотипировано более тысячи особей из разных частей ареала (Быстракова, 2003; Малыгин, 1983; Обыкновенная полевка ..., 1994; Серые ..., 1996; Цитогенетическая ..., 2005). Таким образом, степень репродуктивной изоляции обыкновенной и восточноевропейской полевок весьма высока, но есть основания считать, что скрещиваемость близких видов может варьировать в зависимости от биотических и абиотических условий (Hatfield, 1999).
Промышленная развитость Уральского региона приводит к тому, что на некоторых территориях совместного обитания М. arvalis и М. rossiaemeridionalis подвергаются сильному антропогенному стрессу. Кроме того, на Урале проходит восточная граница ареала восточноевропейской полевки (Обыкновенная полевка ..., 1994), что также повышает вероятность экологической стрессированности животных. По-видимому, именно этими факторами объясняется обнаружение в симпатрирующих популяциях М. arvalis и М. rossiaemeridionalis Среднего Урала двух случаев межвидовой гибридизации. Впервые самка с гибридным кариотипом была обнаружена в окрестностях п. Озерный (Режевской район Свердловской обасти, 5719 с.ш., 6114 в.д.), на территории с исключительно неблагоприятными условиями обитания, что, вероятно, и привело к нарушению механизмов репродуктивной изоляции видов-двойников (Обыкновенная и восточноевропейская ..., 2000). Второй межвидовой гибрид был найден нами в 2001 году в окрестностях с. Байны (см. табл. 2.2). Как и в первом случае, это была самка с кариотипом, состоявшим из 50 хромосом (Приложение 7). Однако в отличие от п. Озерный, где животные находятся под влиянием радиационного и биотического стресса, в окрестностях с. Байны природные условия благоприятны. Загрязнение тяжелыми металлами не обнаружено, их содержание в печени полевок не превышало региональных уровней (см. табл. 2.4). Следует отметить, что исследуемая территория находится в хвостовой части Восточно-Уральского радиоактивного следа, возникшего в результате аварии на ПО «Маяк» в 1957 году, однако первоначальное загрязнение 90Sr было относительно невысоким и в настоящее время составляет в среднем 0,3 Ки/км2 (Восточно-Уральский ..., 2000). Концентрации радионуклидов в костно-мышечной ткани полевок были сопоставимы с фоновыми значениями для этих видов на Урале (см. табл 2.5). Однако нельзя исключать, что в результате воздействия ионизирующей радиации несколько десятилетий назад в популяциях могли возникнуть мутации, ослабляющие генетический контроль за механизмами репродуктивной изоляции обыкновенной и восточноевропейской полевок.
Необходимо также отметить разницу в состоянии генеративных органов у обнаруженных в природе межвидовых гибридов. Так, самка из п. Озерный, будучи фенотипически нормальной, имела недоразвитые яичники и матку и, скорее всего, была стерильной (Обыкновенная и восточноевропейская ..., 2000). У гибридной полевки из с. Байны в яичниках были обнаружены шесть деградировавших желтых тел, а в матке, стенки которой были заметно утолщены, имелись два плацентарных пятна. Осталось неизвестным, закончилась ли беременность родами или имплантированные эмбрионы были резорбированы; тем не менее, можно говорить о том, что у гибридных самок возможно полное созревание яйцеклеток вплоть до овуляции и дальнейшей имплантации.
