Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Гибридные зоны животных: результаты и перспективы популяционных исследований 8
1.1. Межвидовая гибридизация у животных 8
1.2. Гибридные зоны животных 14
ГЛАВА 2. Методологические основы исследований гибридных зон и гибридных поселений млекопитающих: факторы гибридизации и изоляции 18
ГЛАВА 3. Материал и методы 24
3.1. Характеристика материала исследований 24
3.2. Методика полевых исследований и методы обработки материала 32
3.3. Методика молекулярно-генетических исследований 39
ГЛАВА 4. Биотопичесісие основы симпатрии близкородственных видов млекопитающих: первый уровень факторов гибридизации 48
4.1. Видоспецифичность биотопических предпочтений как фактор межвидовой изоляция 50
4.2. Биотопические особенности смешанных и гибридных поселений как условие устойчивой симбиотопии и пространственной интеграции видов 61
4.3. Пространственно-временная роль биотопа в процессе межвидовой гибридизации 69
ГЛАВА 5. Струїстура смешанных и гибридных поселений: второй уровень факторов гибридизации 72
5.1. Видоспецифичесность пространственной структуры поселений как фактор межвидовой изоляция 73
5.2. Сравнительный анализ пространственной структуры чистовидовых поселений сусликов 82
5.3. Демографическая структура смешанных популяций: стабильная изоляция и состояние половой депривации 87
5.4. Пространственная струїстура смешанных поселений, ее динамика и роль в межвидовых взаимоотношениях 96
ГЛАВА 6. Поведенчесісие аспекты межвидовой гибридизации: третий уровень факторов межвидовых отношений близких видов млекопитающих в смешанных и гибридных поселениях 114
6.1. Морфо-фенотипические особенности гибридов и поведение распознавания «свой-чужой» 114
6.2. Видовые особенности репродуктивного поведения как фактор изоляции видов 125
6.3. Видовая специфичность агрессивного поведения гетероспецификов в условиях симбиотопии 146
6.4. Пластичность репродуктивной стратегии видов как основа сексуальных контактов гетероспецификов 159
6.5. Значение акустической активности в процессах изоляции и интеграции видов в условиях симбиотопии 161
6.6. Роль особи в процессе межвидовой гибридизации 169
ГЛАВА 7. Генетическая структура гибридных популяций млекопитающих как фактор их устойчивости и жизнеспособности динамика 171
7.1. Популяционная генетическая структура гибридных поселений... 172
7.2. Динамика генетической структуры гибридных популяций: соотношение материнских (мтДНК) и отцовских (Y-хромосома) линий и гетерозиготность 175
7.3. Родственные отношения в гибридных популяциях: репродуктивный успех, множественное отцовство ассортативность спариваний 180
7.4. Оценка интрогрессивных процессов в гибридных популяциях по силе потока генов из родительских популяций 184
7.5. Повышение гетерогенности гибридных популяций как основа их устойчивости 186
ГЛАВА 8. Гибридные поселения млекопитающих: структура и пути развития 191
8.1. Две модели формирования гибридных и смешанных поселений: территориальная экспансия и слияние симпатрических популяций 191
8.2. Структурные особенности гибридных поселений млекопитающих 194
Заключение. Популяционные аспекты межвидовой гибридизации млекопитающих 198
Выводы 207
Список литературы
- Гибридные зоны животных
- Методика молекулярно-генетических исследований
- Сравнительный анализ пространственной структуры чистовидовых поселений сусликов
- Видовая специфичность агрессивного поведения гетероспецификов в условиях симбиотопии
Введение к работе
Долгое время широким кругом биологов межвидовая гибридизация животных считалась исюпочительным явлением, а сам факт образования гибридов рассматривался как событие негативное, связанное с «напрасной тратой гамет» и
(или) с разрушением высоко интегрированных генных кo^шлeкcoв (Майр, 1968). В течение последних сорока лет прошлого века был накоплен большой фактический материл о роли гибридизации, как источника эволюционных новообразований, по крайней мере, в таких группах животных как рыбы, амфибии и рептилии (Bopicnn, Даревский, 1980; Васильев, 1985; Даревский 1986; Darevsky, 1983). У высших позвоночных - птиц и млекопитающих - столь неожиданного и впечатляющего события, как быстрое гибридогенное видообразование на основе аллополиплоидии, не наблюдалось. Однако тот фатсг, что естественная гибридизация не представляет редкости и в этих таксонах," заставляет с большим вниманием отнестись к возникающим у этих животных потенциальным возлюжпостям гибридогенного формообразования (Панов, 1986).
Во второй половине прошлого века основная роль в процессе эволюции высших таксонов животных отводилась аллопатрическому видообразованию, как полностью соответствующему дарвинской теории дивергентной эволюции (Майр, 1974). Изучению межвидовых отношений в зонах перекрывания ареалов млекопитающих не уделялось должного внимание, а знания по этому вопросу были ограничены в основном описанием изменчивости в зонах контакта.
В конце прошлого века с развитием методов современной генетики значительно возрос интерес к симпатрическому механизму видообразования (Via, 2001), При этом благодаря полученным новым данным о генетических особенностях межвидовой гибридизации стало очевидным, что симпатрическое видообразование, основанное на формировагши репродуктивной изоляции или становлении экологического разобщения видов, по своим механизмам не столь сильно отличается от аллопатрического. Среди ученых постепенно крепло убеждение, что те многочисленные примеры видообразования, которые приводятся для подтверждения его аллопатрического характера, люгут оказаться результатами симпатрического видообразования (Schulter, 2001; Turelli et а!., 2001). Применение современных методов цито- и люлекулярно-генетического анализа позволит успешно разрешить эту проблему эволюционной теории, получить качественно новую информацию о характере взaи^юoтнoшeний симпатрических видов, данные о струюуре гибридных зон, оценить потоки генов через зоны конта1сгов между видами, а таюке примерно определить время дивергенции таксонов (Огг, 2001; Barraclough, Nee, 2001).
Очевидно, что мемсвидовая гибридизация, повышает изменчивость природных популяций и поставляет обширный материал для естественного отбора (Крюков и др., 2001). Гибридные зоны по этой причине могут и должны рассматриваться как «естественные лаборатории для эволюционных исследований» (Hewitt, 1988; Barton, Hewitt, 1989; Hewitt, 2001) и как «oicHa в процесс эволюции» (liarrison, 1990; Barton, 2001). Кроме того, сами гибридные популяции имеют достаточно неоднозначную эволюционную судьбу. В зависимости от внешних и внутренних условий они люгут стабилизироваться или быстро исчезнуть, сохранив информацию о былых событиях в фатстах интрогрессии генов одного из родительских видов.
Несмотря на более чем 80-летние изучение гибридизации животных, вопросы выявления основных генетических и популяционных закономерностей существования гибридных зон до сих пор остаются открытыми (Howard et al, 2003). Не совсем ясны причины появления гибридных популяций, механизмы их стабилизации и причины пространственной обособленности. Особое место занимают вопросы выяснения причин и механизлюв сохранения жизнеспособрюсти и эволюционного потенциала гибридных популяций. Применение современных методов популяционных исследований, с использованием маркеров молетсулярной генетики позволяет получать качественно новую информацию об их струюуре, силе потоков генов через гибридные зоны, время дивергенции таксонов и эволюционном потенциале гибридных популяций, позволяют прогнозировать их дальнейшее развитие и судьбу. К сожалению, подобные исследования затрагивают небольшое число гибридных зон видов млекопитающих, а имеющиеся в научной литературе работы посвящены в основном изучению материнских линий по структуре мтДНК, а также направлению и степени и1ггрогрессия ядерных и митохондриальиых генов (см. обзор Funk, Omland, 2003).
В этой связи исследования гибридных популяций в пространстве и времени являются аюуальньвш и необходимы для понимания механизма процесса естественной межвидовой гибридизации. При этом изучение влияния на популяционную структуру гибридных поселений фатсгоров среды (экологических и
социальных), ^юpфo-фeнoтипичecкиx признаков особей через их репродугсгивный успех и особенностей жизненного цикла позволит понять масштабы и определить цену последствий межвидовой гибридизации для особи, популяции и вида в целом.
Использования в популяционных исследованиях молекулярно-генетических маркеров ядерной и митохондриальной ДНК (диагностирующих гибридное происхождение, а таюке направление и силу интрогрессии), а таюке микросателлитной ДНК (выявляющих индивидуальный полилюрфизм, родство и родственные линии особей) в исследованиях такого рода поднимает решение указанных проблем на новый уровень (Queller et al., 1993; Рысков, 1999; Sunnucks, Удобной люделыо для изучения смешанных и гибридных популяций близких видов, а таюке гибридных зон в целом, являются наземные беличьи, в частности суслики (Rodentia, Sciuridae, Spermophilus), среди которых, по сравнению с грызунами других таксономических групп, межвидовая гибридизация
• явление достаточно обычное. У 12 евразийских видов сусликов подрода Spermophilus выявлены 15 зон перекрывания ареалов, в 8 из которых достоверно отмечена гибридизация. Наиболее хорошо изучены взаилюотношения малого {S.
pygmaeus Pall., 1778) и крапчатого {S. susliciis Guld., 1770) (Денисов, 1963; Стойко, 1985; Ермаков и др., 2007); большого {S. major Pall., 1778) и малого сусликов (Денисов, 1963; Ермаков, 1996); большого и крапчатого (Титов, 1999; Титов и др., 2005; Титов и др., 2007), краснощекого {S. erythrogenys Br., 1843) и большого сусликов (Никольский, Стариков, 1997; Стариков, 1997; Жилин, 2002; Спиридонова и др., 2005, 2006). У наземных беличьих Нового Света гибридизация была отмечена у тринадцатиполосого {S. tridecemlineatiis Mitsh., 1877) и мексиканского {S. mexicamis Вгх., 1877) сусликов (Zimmerman, Cothran, 1976; Cothran, 1983) и уинтского (S. armatiis Ken., 1863) и суслика Белдинга {S. beldingi Nerr., 1888). Особенностью большинства из перечисленных работ является то, что основное внимание в них уделялось описанию сахюго географического конта1Сга видов и роли морфо-фенотипических и морфологических отличий в межвидовой гибридизации, тогда как другие изолирующие механизмы, развитие и динамика взаимоотношений между видами в смешанных популяциях почти не рассматривались.
Цель работы - выявление основных экологических, демографических, поведенческих, социальных и генетических факторов и мехапиз\юв межвидовой гибридизации, процесса образования и существования гибридных поселений, а также гибридных зон млекопитающих (на примере рода Spermophilus).
Для достшкения цели были поставлены следующие задачи:
1. Проанализировать теоретичес1сие представления и фактические данные о изолирующих и способствующих межвидовой гибридизации факторов; оценить их роль (дюдальность, валентность) и механизмы действия в зависимости от внутривидовой изменчивости популяционных показателей (делюграфичесгсих, поведенческих, экологических) и меняющихся условий.
2. Разработать универсальную технологию исследований гибридных популяций, основанную на многолетних прижизненных наблюдениях за их населением и вгслючающую комплексную оценку последствий межвидовой гибридизации на различных уровнях организации: популяционном, организменном, генотипическом.
3. Провести анализ условий, способствующих устойчивой симбиотопии или пространственной сегрегации видов, и оценить пространственно-временной роль биотопа в процессе межвидовой гибридизации.
4. Установить специфику пространственной, социальной и демографической структуры поселений родительских видов, степень их трансформации в условиях симбиотопии и особенности, определяющие устойчивость и жизнеспособность смешанных поселений.
5. Выявить видовую специфику и степень внутривидовой изменчивости репродуктивного и агрессивного поведения родительских видов, а таюке поведенчес1Сие факторы, способствующие их гибридизации в смешанных поселениях.
6. Установить пространственно-временную динамику структуры смешанных и гибридных поселений сусликов в зависи\юсти от экологичес1сих, демографичес1сих и социальных факторов; выявить среди них наиболее значимые для стабилизации и устойчивого существования гибридных популяций.
7. Установить люханизмы стабилизации гибридогенных популяций на основе анализа их генетической структуры, динамики генетического разнообразия, степени панмиксии и репродуюгивного успеха особей.
8. Оценить эволюционные перспе1сгивы гибридогенных популяций, а таюке предложить схемы формирования гибридных поселений млекопитающих.
Провести типизацию гибридных зон сусликов.
Положения, выносимые па защиту:
1. Экологичестсие, социо-демографичес1сие и поведенческие особенности близких видов могут выступать в роли как изолирующих, так и способствующих гибридизации факторов. Их людальность (та или иная их роль) определяется, с одной стороны, состоянием популяций взаилюдействующих видов, а с другой стороны - экологичес1Сими условиями в зоне контакта.
2. При оптимальных популяциоиных условиях (оптимальная численность, стабильный состав, баланс полов) симпатрические виды в смешанных поселениях эффективно реализуют специфические жизненные стратегии и надежно разобщены. В пессимальпых популяциопных условиях (депрессия численности, дисбаланс полов, неустойчивый состав) вероятность гетероспецифических KOHTaicroB возрастает, что ведет к началу межвидовой гибридизации.
• 3. Генетическая стабилизация гибридогенных популяций происходит по балансному механизму и связана с иптрогрессией генов и аллелей. На скорость стабилизации влияют степень пространственной интеграции и особенности репродукции симпатрических видов (ассортативпость спариваний, множественное отцовство и репродуктивный успех), а таюке начальное состояние популяций симпатрических видов и миграционные процессы.
' 4. Для видов с дискретным распространением в ареале, характерны особые организованные по экологическому типу билюдальпые гибридные зоны, в которых гибридные поселения, образующиеся путем инвазии одного из симпатрических видов в поселение другого или путем слиянием симпатрических популяций, разделены носелениями симпатрических видов со следами интрогрессии.
Эволюционные перспективы гибридогенных популяций сусликов определяются долговременностью их существования, сохранением гибридного разнообразия и устойчивостью к поглотительным и интрогрессивным процессам.
Настоящая работа выполнена на кафедре зоологии и экологии Естественногеографического факультета Пензенского государственного педагогического университета им. В.Г.Белинского.
Выполнение настоящей работы было бы невозлюжным, если бы в основе её не лежали усилия большого числа людей. Прежде всего, я благодарен своему первому учителю Виктору Порфирьевичу Денисову, который на начальных этапах не только руководил моей работой, но и повлиял на разработку тематики будущих исследований, чей энтузиазм вдохновлял на научный поиск. Я благодарен всем своим аспирантам и студентам - А.А. Шмырову, Ап.А. Кузьмину, Ал.А. Кузьмину и другим, кто в течение многих лет помогал собирать материал и делил со мной радости и трудности полевой работы, спасибо им за помощь и удовольствие делиться опытом. Спасибо всему коллективу кафедры зоологии и экологии ПГПУ за поддержку, помощь и терпение. Я благодарен О.А. Ермакову, Н.В. Быстраковой, Д.Г. Смирнову за совместные лп^оголетние исследования, которые внесли существенный В101ад в работу. Я искренне признателен А. Шиловой и всем сотрудникам и аспирантам лаборатории популяционной экологии ИПЭЭ РАН, особенно А.В. Чабовскому, Л.Е. Савинецкой, В.В. Неронову, СВ. Павловой, B.C.
Попову, Н.М. Васильевой, за их неизменно доброжелательный интерес при обсуждении разделов работы, советы и приятное общение. Спасибо Н.А. Форлюзову и В.Л; Сурину за постоянную поддержку, неоценимую помощь и методическое сопровождение при проведении молекулярно-генетических исследований, а также за радость совместных исследований и дружеское общение.
Я благодарен А. Ананичеву, Г.А. Ананичевой, А. Боченкову и Т.А. Боченковой за неоценимую и так необходимую помощь в проведении полевых исследований.
Спасибо моей семье, родным и близким, принявшим мой выбор и вдохновлявшим меня к работе, за постоянную помощь и поддержку. Спасибо РФФИ, который поддерживал исследования на протяжении многих лет (проекты 03-04-48814а, 05-
04-52116э_б, 06-04-48957а, 06-04-63035к, 06-04-030136, 07-04-050066, 08-04- 050456, 08-04-01813э_б).
Гибридные зоны животных
Накоплен достаточный фактический материал о гибридных зонах. Гибридные зоны являются областями успешного скрещивания популяций, отличающимися по каким-либо наследственным признакам. При этом по результатам вторичного контакта можно судить об уровне дивергенции гибридизирующих форм и степени совместимости исходных геномов. Образуясь в местах перекрывания ареалов, гибридные зоны представляют нам широкий круг ситуаций возможного контакта близкородственных видов. При этом разнообразие ситуаций настолько велико, что невольно приходишь к мысли об обыденности этого явления, хотя это и не так.
Биологический вид существует как генетически связные популяции (Dobzhansky, 1950). Поэтому анализ пространственного распределения популяций в пределах ареала и в географических зонах гибридизации может способствовать пониманию механизмов репродуктивной изоляции и характера видообразования в гибридной зоне (Hewitt, 1989). Пониманию процессов естественной гибридизации и построению ее пространственной модели существенно помогает популярная клинальнальная теория (Rieseberg et al., 1999; Barton, 2001; Brumfield et al., 2001). По этой теории характер распределения точек гибридизации в гибридной зоне часто географически совпадает с формой и шириной клины, поддерживаемой балансом между дисперсией и отбором в пределах такой зоны (Haldane, 1948; Barton, Hewitt, 1985). Однако часто происходит интересное отклонение от этой схемы, когда один или несколько признаков показывают асимметричную интрогрессию вне зоны контакта (Anderson, 1949). Это явление, характеризующееся различающимся распространением мтДНК относительно ядерных и/или морфологических маркеров, было установлено для" множества гибридизирующих таксонов животных (Dowling, Hoeh, 1991; Jaarola et al., 1997; Sota et al., 2001; Ross, Harrison, 2002; обзор Wirtz, 1999). Обнаружение и анализ таких событий часто затруднены, так как, результаты обширной интрогрессивной гибридизации трудно дифференцировать от наследственного полиморфизма не согласующихся наборов признаков скрещивающихся таксонов (Harrison, Bogdanowicz, 1997; Goodman et al., 1999; Hare et al, 2002). Кроме этого, распределение во времени и пространстве потенциально гибридизирующих таксонов может быть крайне неустойчивым. Фактически это выражается в эволюционном наложении результатов разновременных гибридизаций, что практически не позволяет различать исторические и современные признаїш интрогрессии (Arntzen, Wallis. 1991). В таких случаях данные исторической биогеографии и филогеографии, а также широких популяционных исследований позволят дифференцировать интрогрессию от последствий наследственного полиморфизма.
История изучения гибридных зон животных, насчитывающая уже 80 лет, достаточно хорошо изложена в сводке Говарда с соавторами (Howard et al., 2003). Не останавливаясь на подробностях, постараемся кратко описать происходящие события в период развития теоретических представлений о гибридных зонах и направлений полевых исследований.
В 20-30 е годы прошлого века развитие исследований гибридных зон шло под действием развития самих методов обнаружения гибридов. Главной научной ареной на этом этапе были лаборатории, в которых шли эксперименты по получению искусственных гибридов. Первой самой грандиозной попыткой найти гибридные зоны в естественной среде оказались исследования гибридизации ворон p. Corvus (Meise, 1936). Вводится понятие интрогрессии и укрепляется понимание, что у аллопатрических видов искать гибридные зоны не имеет большого смысла, поэтому исследования проводятся по большей части на симпатрических видах (Anderson, Hubricht, 1938).
В 40-50-е годы предпринята первая попытка по разработке типологии гибридных зон (Dorbzhansky, 1937). Формируется понятия зоны вторичных контактов, изолирующих механизмов и репродуктивных преград (Blair, 1955; Brower, 1959). Формируется концепция смещения признаков (Baker, 1951) и биотопического разобщения (Anderson, 1948). Появилась концепция зоны швов (suture zones), возникающей при вторичном контакте в местах воссоединения биот (Remington, 1968). Усиливается влияние представлений об устойчивости узких гибридных зон за счет отбора против гибридов (White, Chinnick, 1957).
Начало 60-70-х годов прошлого века знаменуется развитием представлений об изоляционных барьерах (Littlejohn, 1965). Были получены данные о том, что репродуктивные барьеры усиливаются при контакте видов (Jones, 1973; Corbin, Sibley, 1977). Несмотря на недостаточность доказательной базы концепции усиления действия барьерных факторов в гибридных зонах, она получила свое дальнейшее развитие (Moore, 1957; Mayr, 1963; Bigelow, 1965). В научных кругах росло понимание, что гибридные зоны являются не временными «ошибочными» образованиями, а устойчивыми явлениями, развивающимися по своим законам. Именно по причине таких представлений были выдвинуты три модели гибридных зон: 1) модель динамической равновесной гибридной зоны, основанной на меньшей приспособленности гибридов относительно родительских форм и поддержании динамического равновесия, за счет действия отбора против гибридов и их рассеивания в зону (Key, 1968); 2) модель гибридного превосходства за счет большей приспособленности гибридного поколения (Moore, 1977) и 3) градиентная экологическая модель, основанная на меньшей экологической приспособленности гибридных особей (Endler, 1977).
Методика молекулярно-генетических исследований
Молекулярно-генетические исследования были направлены на решение четырех задач: 1) определение видовой принадлежности и выявление возможного гибридного происхождения особей, 2) изучения генетической структуры смешанных и гибридных популяций, 3) изучение генетического разнообразия популяций и уровня гетерозиготности контактных поселений, 4) определение родства и отцовства на основе анализа микросателлитной ДНК. Молекулярно-генетические исследования были проведены на базе специализированной лаборатории Пензенского государственного педагогического университета им. В.Г. Белинского. Получение первичной генетической информации
ДНК выделяли из образцов печени, когтевых фаланг пальцев, хранившихся в 96%-ном этаноле, или проб крови на фильтрах. Небольшие кусочки ткани (около 50 мг) измельчали скальпелем, растирали до гомогенного состояния в 1.5-мл пробирке, инкубировали в течение 0.5-1 ч в 0.5 мл буфера STE и после центрифугирования выделяли ДНК из клеточного осадка по стандартной методике, включающей обработку додецилсульфатом натрия (SDS) и протеиназой К при 50 С в течение ночи с последующей фенольной экстракцией (Arrigi et al., 1968).
В работе были использованы 6 молекулярно-генетических маркеров: контрольный регион мтДНК (С-регион, D-loop), наследующийся только по материнской линии, 4 маркера ядерной ДНК - интрон 6 протоонкогена р53, ответственного за апоптоз, псевдоген (4і) гена р53, интрон 5 гена ZfX (zinc-finger gene), локализованного на Х-хромосоме, интрон 8 гена SmcY (male-specific histocompatibility antigen), локализованного на Y-хромосоме и позволяющего отслеживать отцовские линии, ген НОХ Ь5 (homeobox-containing).
Полимеразную цепную реакцию (ПНР, PCR) проводили в 25 мкл реакционной смеси, содержащей 50 мМ Трис-HCl (рН 8,9), 20 мМ сульфата аммония, 20 мкМ ЭДТА, 170 мкг/мл бычьего сывороточного альбумина (BSA), смесь дезоксинуклеозидтрифосфатов (200 мкМ каждого из них), 2 мМ хлористого магния, 0,6 мкМ каждого из праймеров, 0,1-0,2 мкг ДНК и 2 ед. акт. Taq-полимеразы. В единичных случаях (при малом количестве тканевого материала для выделения ДНК) ПЦР проводили непосредственно с фрагментом фильтра, пропитанного кровью. Для этого фрагмент фильтра размером приблизительно 1x1 мм, выдержанный предварительно 5 мин при 100 С в 14 мкл деионизованной воды в микропробике для ПЦР (остальные компоненты ПЦР-смеси добавляются после инкубации в ту же микропробирку). Реакцию проводили в усредненных условиях -94 С - 1 мин, 60, 62 С - 1 мин (отжиг), 72 С - 1-3 мин (30 циклов). В анализе были использованы специфические для сусликов праймеры (табл. 4), разработанные нами для исследования гибридизации сусликов в Поволжье (Ермаков и др., 2002; Ермаков и др., 2006).
Видовую специфичность и индивидуальность фрагментов ДНК особей, полученных в ходе ПЦР, определяли по различиям масс этих фрагментов или особенностями полипептидного спектра гидролизата после рестрикционного анализа. Эти различия устанавливали в ходе электрофоретического разделения в 6%-ном полиакриламидном геле (в случае микросателлитного анализа - в 8% геле) с последующим прокрашиванием в растворе бромистого этидия и визуализацией в ультрафиолетовом свете. PCR-фрагменты гидролизовали рестрикционными эндонуклеазами в течение 2-4 ч при 37 С, добавляя 2-4 ед. акт. фермента непосредственно к аликвотам амплификационных смесей (5-10 мкл).
Видоспецифические гаплотипы мтДНК определяли по результатам рестрикции, полученных после ПЦР фрагментов С-региона (-1100 пн), с использованием рестриктазы Rsa 1(2-4 ч, 37 С). В гибридном поселении жёлтого и большого сусликов у S. fidvits был обнаружен один гаплотип (А), а у S. major - три (В1, В2, С1) (рис. 8). В смешанном и гибридном поселениях крапчатого и большого сусликов у S. suslicas было обнаружено два гаплотипа (Dl, D1 ), а у S. major - три (А,С1,С1 ).
Видовую специфичность яДНК по интрону 6 гена р53 и по интрону 5 гена ZfX определяли по массе фрагментов, выявленных в ходе форетического анализа. Фрагмент интрона 6 гена р53, у малого суслика, вследствие входящего в него специфического по размерам поли Т-тракта ID-повтора, больше (-178-179 п.н.) аналогичного фрагмента жёлтого (-145 п.н.), большого (-112-113 пн) и крапчатого (-119-125 п.н.) сусликов (рис. 9). Фрагмент интрона 5 гена ZfX, специфичный для большого (-620 пн) суслика, длиннее аналогичного фрагмента крапчатого (-580 п.н.) и жёлтого (-480 п.н.) сусликов (рис. 10). Гибридные особи, имеющие гетерозиготное состояние, характеризовались наличием аллелей обоих родительских видов. Кроме этого, в спектре обнаруженных ПЦР-фрагментов присутствовали так называемые гетеродуплексы, продукт объединения не совсем комплементарных фрагментов ДНК родительских видов - характерная черта гетерозигот.
Сравнительный анализ пространственной структуры чистовидовых поселений сусликов
Результаты исследований и анализ особенностей пространственной структуры свидетельствуют о значительных различиях трех видов сусликов в стратегиях использования пространства (табл. 10). Крапчатый суслик образует компактные плотные поселения, в которых индивидуальные участки имеют четкие границы и незначительно перекрываются. У большого суслика они значительно больше по площади, имеют менее четкие границы и большие зона перекрытия. Вероятно такую же характеристику можно дать и участкам жёлтого суслика. У всех видов отмечается групповой образ жизни, который поддерживается различными механизмами. У крапчатого суслика - это жесткая одиночная территориальность и стремление зверьков использовать все свободное пространство поселения; у большого суслика - пространственное скопление самок, рядом с которыми обитают самцы-одиночки, у жёлтого суслика - наличие устойчивых в пространстве и времени матрилинии.
При сравнении пространственной структуры поселений изученных видов и других представителей рода Spermophilus прослеживаются как сходные, так и видоспецифические особенности.
Интеграционные процессы в популяциях некоторых видов сусликов выражаются в образовании агрегаций особей. Так, известны случаи (S. richardsonii Sabine, 1822; S. beecheyi Richardson, 1829; S. saturatas Rhoads, 1895) возникновения в репродуктивный период внутрипопуляционных группировок, образованных одним доминантным самцом и несколькими самками (Johnson, 1981; Dobson, 1983; Davis, Murie, 1985; Beollstorff et al, 1994). Образование агрегаций самок отмечается у длинохвостого (S. imdulatiis Pallas, 1778) суслика (Попов, Вержуцкий, 1988). По результатам Шиловой с соавторами (1979) эти агрегации представляют собой семейные группировки, основанные на иерархических отношениях. Наряду с этим встречаются и более стабильные объединения особей. Так, самки суслика Ричардсона образуют агрегации, структуры которых поддерживаются самками-доминантами, занимающими центр группового участка (Quanstrom, 1971), в то время как низкоранговые особи широко перемещаются по местности (Davis, Murie, 1985). Для желтого суслика были выявлены две категории объединений особей — самок в составе матрилиний и самцов с размножающимися самками (Попов, 2007). В сравнении с описанными выше системами отношений у крапчатого и большого суслика концентрация зверьков происходит по принципу образования пространственных скоплений. Как показали наши исследования концентрация особей этих видов на относительно не больших участках поселения связано исключительно со стратегией размножения (Титов, 1999). Кроме этого для крапчатого суслика отмечаются случаи одновременного кормления нескольких зверьков в местах, находившихся вне охраняемой территории. Такие же отношения были описаны Соломатиным (1975) для малого суслика.
В составе поселений некоторых видов сусликов отмечаются особи, которые не имеют участка и широко перемещаются по местности. Исходя из этого положения, по результатам своих исследований, Попов и Вержуцкий (1990) в популяции длиннохвостого суслика выделили два типа особей - резиденты и номады. У большинства видов рода Spermophilus - по мнению ряда авторов (Yeaton, 1972; Harris, Murie, 1984; King, 1989 и др.) - наименьшей привязанностью к территории обладают молодые и годовалые особи (Bekoff, 1977; Holekamp et al, 1985). В большей степени высокая миграционная активность характерна для самцов (Michener, 1981; Waterman, 1986). Аналогичные данные получены по трем изученным видам сусликов. Из особенностей отметим, что у них возможно одиночное обитание не только перечисленных выше категорий особей, но и не размножающихся самок.
Зависимость размеров и формы участков обитания от плотности популяции, кормовой базы, репродуктивного состояния особей и микрорельефа показана для разных видов сусликов. Так, Варшавский (1957) на малом, большом и желтом (S. fulvus Lichtenstein, 1823); Добсон (Dobson, Kjelgaard, 1985) на колумбийском; Бэтзли и Собаски (Batzli, Sobaski, 1980) на берингийском (S. parryii Richardson, 1825) сусликах показали обратную зависимость между размерами участков обитания и их ландшафтно-географическими особенностями, установив связь последних с обилием кормовой базы. Для малого суслика было установлено также и влияние микрорельефа на форму участка обитания (Солдатова, 1962а, 1964; Ефимов и др., 1990). Результаты наших исследований показали высокую зависимость размеров участков большого и крапчатого сусликов от биотопических условий. Увеличение их площади связано с разными факторами среды. Для S. suslicus такими являются снижение обилия злаков, полыни и разнотравья, для S. major - типчака и полыни. Выявленный набор кормовых факторов отражает видовую пищевую специфику, связанную с избирательностью использования вегетативных частей растений, семян и корневищ перечисленных выше растений. Заметного влияния микрорельефа на форму участков обитания не отмечено. Причина этого кроется в относительно больших их размерах у большого суслика и особенностями мезорельефа в условиях балочного поселения.
Выраженность границ участков обитания видоспецифична и зависит от различных зкологичесісих и популяциониых факторов. Так, для большого, малого, желтого сусликов и суслика Ричардсона невозможно с большей или меньшей точностью определить границы используемой территории (Варшавский, 1957; Юшина, Семенов, 1988; Семенов, 1989; Michener, 1979). Для самцов колумбийского и калифорнийского сусликов, по сравнению с самками, характерна большая четкость обособления участков обитания (Festa-Biabanchet, Boag, 1982; Dobson, 1983). Исследования поселений крапчатых сусликов показали, что границы их индивидуальных участков имеют четкие границы и активно охраняются. Большой суслик отличается большей терпимостью при заходе соседа на периферию участка. В целом, эта сторона территориальности видов, вероятно, связана в большей мере со степенью их социальности, чем со стратегиями использования пространства.
Степень перекрытия участков обитания зависит от плотности поселения зверьков, что показано на суслике Ричардсона (Davis, Murie, 1985), на малом (Солдатова, 19626) и желтом (Бокштейн и др., 1989) сусликах. Аналогичные данные были получены по изучаемым видам. Анализ структуры поселений и характера мозаики участков обитания зверьков позволяет спрогнозировать теоретическую максимально возможную плотность грызунов в поселениях, расположенных в регионе исследований. Для большого суслика она, вероятно, не превышает 5 ос/га, для крапчатого - 20 ос/га.
Территориальный консерватизм свойственен далеко не всем видам сусликов. Так, у голохвостого (S. tereticaudus Bairol, 1858) суслика отмечается отсутствие перемещений и смены мест обитания в течение нескольких лет (Yeaton, 1972). Влияние репродуктивного состояния особей на их перемещения было показано в исследованиях на сусликах Ричардсона, Белдинга и голохвостом суслике (Dunford, 1977; Sherman, Morton, 1979). Самцы этих видов после периода размножения покидают центры своих индивидуальных участков и уходят на периферию, оставляя территорию самкам. Аналогичные данные были получены также по малому суслику, для самок которого характерна наибольшая привязанность к участку обитания в период лактации (Медзыховский, Маштаков, 1972). У исследованных видов сусликов особи жестко привязаны к своей территории в течение всего периода наземной активности. Происходящие пространственные перестройки лишь незначительно затрагивают периферию участков. Крупномасштабное пространственное перераспределение особей происходит ранней весной во время выхода зверьков из спячки. По нашему мнению, такая система взаимоотношений имеет ряд преимуществ: во-первых, в поселении между особями сохраняются пространственные связи; во-вторых, создаются условия пространственного перераспределения особей, что ведет к повышению разнообразия генофонда популяции.
Видовая специфичность агрессивного поведения гетероспецификов в условиях симбиотопии
У территориальных млекопитающих агонистическое поведение имеет важное популяционное значение. Проявляясь в различных формах - от прямой агрессии до взаимодействий особей, развивающихся по схеме доминирования-подчинения, оно выполняет, по крайней мере, две важные функции: интегрирующую (становление пространственной структуры поселений и иерархических отношений) и разобщающую (распределение экологических ресурсов) (Шилов, 1991, 2002).
Проявление агрессивности в смешанных популяциях млекопитающих происходит в двух формах: внутривидовая и межвидовая агрессия (Иваницкий, 1986). Сила межвидового агрессивного поведения зависит от сложности внутривидовой структуры социального поведения. Поэтому теоретически мы в естественных смешанных популяциях животных мы может столкнуться с ситуациями двоякого рода. В первой из них на фоне сильной внутривидовой агрессии различного рода будь то за территорию или полового партнера мы будем наблюдать индифферентное отношение к неконспецификам, тогда как во второй будет наблюдаться диаметрально противоположная ситуация - жесткая агрессивность по отношению к симпатрическому виду. Несомненно, что такие разные агрессивные поведенческие стратегии будут оказывать сильное влияние на характер межвидовых отношений видов в условиях симбиотопии. Агрессия к неконспецификам неминуемо будет вести к изоляции симпатрических видов, в то время как, мягкие формы межвидовой агрессии, равно как и полное отсутствие будет, по крайней мере, не препятствовать межвидовым сексуальным контактам.
В этом отношении суслики (Spermophilas), как колониальных видов грызунов, являются удобной модельной группой для проверки этой теоретической модели зависимого соотношения внутри- и межвидовой агрессивности у биологического вида.
Почти для всех сусликов Северной Америки накоплен огромный фактический материал по особенностям агрессивного поведения и социальности. Однако, как ни парадоксально, суслики Евразии до сих пор почти не привлекали внимание этологов, несмотря на большое разнообразие видов и доступность наблюдений в природе (Шилова, 2000). В отечественной литературе имеются сведения по агрессивному поведению пяти видов сусликов: малого (S. pygmaeus), горного (S. musicus), желтого (S. fidvus), длиннохвостого (S. undidatiis) и берингийского {S. раггуіІ) (Солдатова, 1962а, 19626; Шилова и др., 1979; Бокштейн и др., 1989; Крылова, Лысикова, 1990; Лобков, 1999; Шилова, Шилов, 2003). Ниже мы приводит результаты оригинальных исследований агрессивности большого и крапчатого сусликов. Для других гибридизирующих видов, рассмотренных в работе, ограничимся литературными данными.
Особенности агрессивного поведения крапчатого суслика. Агони-стические контакты большого суслика характеризуется малой дистанцией между взаимодействующими особями (0.05-4.00 м; 1.43 + 0.46 м; п = 10) и малой длительностью прямого столкновения (1-20 сек.; 6.3 ± 2.1 сек.; п = 10). Нейтральные контакты, при которых используются только звуковая и зрительная коммуникации, характеризуются большой дистанцией (lim: 7.0-26.5 м; 17.1 ± 3.4 м; п = 7) и широким диапазоном значений длительности взаимодействия (45-300 сек.), по сравнению с агонистическим взаимодействием (0.002 /? 0.001).
Затраты времени на агонистические столкновения сезонно изменяются в течение периода активности и отличаются у особей разных полов. Самцы {п = 3) в течение всего периода наземной активности более агрессивны, чем самки (п = 3). В период размножения (март-апрель, 1997 г.) агрессивность самцов наиболее высока и агрессивные взаимодействия занимают 2.69 ± 0.69 % (M+SD) бюджетных затрат времени (468 мин). Для самок (316 мин) этот показатель почти вдвое ниже — 1.1 + 0.73 % (%1 = 13.06, df= 2,/? 0.015). В период выкармливания самками молодых и начала нажировки у самцов (май-июнь, 1997 г.) временные затраты на агрессивные взаимодействия снижаются у самцов в 1.5 раза (1.66 ± 1.85, %; $ = 23.27, df— 2, /? 0.0001; 339 мин), а у самок в 5.5 раз (0.20 ± 0.1, %; = 20.34, df= 2, р 0.000\; 1261 мин). При этом у самцов сохраняются более высокие по сравнению с самками показатели затрат времени на агонистические взаимодействия (j? = 43.70, df= 2, /КО.0001). В целом, время, использованное большим сусликом на агонистические взаимодействия, сопоставимо с затратами времени на такие формы повседневной аісгивпости, как маркировка территории (0.47-0.21%), грумминг (2.60-1.70%), рытье нор (1.41-1.10%).
Анализ агонистических взаимодействий {п = 72) большого суслика выявил две группы контактов: взаимодействия, начинающиеся с приближения вторженца -8 (11.1%), и взаимодействия, инициированные приближением хозяина индивидуального участка (резидента) - 64 (88.9%). Вне зависимости от того, какая особь инициирует контакт, тенденции в поведении зверьков зависят только от территориального статуса особей и сохраняются на протяжении всего взаимодействия. Во взаимодействиях для резидента характерна поведенческая тенденция «оставаться на месте». Поведение вторженца отличается выраженным стремлением избегания взаимодействий - в результате он уходит за пределы территории хозяина.
Контакты первой группы (п = 8) характеризовались однотипной поведенческой последовательностью. После приближения вторженца на дистанцию меньше критической (около 4 м) всегда следовала драка «клубком», из которой вторженец выходил первым и затем стремительно убегал от места столкновения. Резидент после прекращения драїш обычно настораживался, стоя на задних лапах в позе «столбиком» (п = 6), либо «провожал вторженца» до границ своего участка («погоня петлями», п = 2).
Контакты второй группы (п - 64) характеризуется большим разнообразием поведенческих последовательностей. В зависимости от формы первой реакции вторженца взаимодействия развиваются по той или иной схеме (рис. 64). Не смотря на это разнообразие, каждая из полученных схем взаимодействий имеет только один вариант исхода - выход резидента из контакта.
Вследствие редкости, кратковременности и однотипности схемы развития взаимодействий, начинающихся с приближения вторженца (и = 8), в дальнейшем при анализе агонистического поведения большого суслика они были исключены из анализируемой выборки, которая после этой процедуры составила 64 контакта.
Агрессивные столкновения, начинающиеся с элемента прямой агрессии после приближения резидента (удары с целью укуса), у большого суслика встречались редко (12.5%, п = 64). Частота элементов поведения, которые приводят к причинению каких-либо повреждений (погони, драка «клубком», боксирование), во всех проанализированных контактах (п = 64) составляет 68.8%. Большую часть таких элементов (50.0%, п = 64) составляет погоня, элемент поведения, который по своей сути не предполагает проявления прямой агрессии, но и полностью ее не исключает. В 28 контактах, начинающихся с погони, связь этого элемента с предшествующим приближением резидента не достоверна (г = -0.09, /?=0.274). Поэтому эта схема развития агонистического контакта «приближение резидента — погоня» для большого суслика не является типичной. При сопоставлении частот регистрации агрессивных поведенческих элементов, заметна тенденция в уменьшении их встречаемости по мере нарастания «жесткости» элементов. Так, если погоня была зарегистрирована в 32 случаях (50.0%, п = 64), удары или выпады с целью укуса и боксирование уже в 12 случаях (18.8%), то драка клубком была отмечена лишь в 8 из них (12.5%).
