Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 12
1.1 Особенности биологии объектов исследования 12
1.1.1 Систематическое положение видов 12
1.1.2 Внешний вид, половой диморфизм, географическая изменчивость и внутривидовые т аксоны 13
1.1.3 Распространение и размеры колоний 20
1.1.4 Миграции и зимовки 25
1.1.5 Питание 27
1.1.6 Поведение при гнездовании и родительское поведение 29
1.1.7 Гнездовой консерватизм и стабильность пары 32
1.1.8 Суточная активность на колонии 32
1.1.9 Акустическая коммуникация большой и малой конюг 34
1.2 Изучение внутривидовой структуры 38
1.2.1 Основные молекулярно-генетические маркеры в исследованиях структуры вида 39
1.2.2 Статистические методы анализа полиморфизма мтДНК и микросателлитных локусов и оценки генетической структуры 46
1.2.3 Необходимость проведения комплексных исследований для изучения внутривидовой структуры птиц 50
1.2.4 Факторы, имеющие потенциальное влияние на механизмы внутривидовой дифференциации у морских птиц 53
ГЛАВА 2. Материалы и методы 60
2.1 Время и места сбора материала 60
2.2 Молекулярно-генетический анализ
2.2.1 Выделение ДНК 66
2.2.2 Анализ фрагмента контрольного региона мтДНК 66
2.2.3 Анализ аллелей микросателлитных локусов
2.3 Анализ морфометрических признаков 68
2.4 Анализ акустических признаков большой и малой конюг 70
2.5 Методы статистического анализа з
2.5.1 Методы статистического анализа данных по молекулярно-генетическим маркерам 74
2.5.3 Методы статистического анализа морфометрических и акустических параметров 76
ГЛАВА 3. Внутривидовая структура у большой конюги (aethia cristatella) 78
3.1 Результаты молекулярно-генетического анализа 78
3.2 Результаты морфометрического анализа 89
3.3 Результаты акустического анализа 91
3.4 Общая характеристика внутривидовой структуры у большой конюги 92
ГЛАВА 4. Внутривидовая структура у малой конюги (aethia pygmaea) 96
4.1 Результаты молекулярно-генетического анализа 97
4.2 Результаты морфометрического анализа 104
4.3 Результаты акустического анализа 106
4.4 Общая характеристика внутривидовой структуры у малой конюги 107
ГЛАВА 5. Внутривидовая структура у белобрюшки (aethia psittacula) 111
5.1 Результаты молекулярно-генетического анализа 111
5.2 Результаты морфометрического анализа 118
5.3 Общая характеристика внутривидовой структуры у белобрюшки 119
ГЛАВА 6. Внутривидовая структура у старика (synthliboramphus antiquus) 121
6.1 Результаты молекулярно-генетического анализа 121
6.2 Результаты морфометрического анализа 129
6.2 Общая характеристика внутривидовой структуры у старика 130
ГЛАВА 7. Анализ межвидовых различий и факторов, которые могли повлиять на формирование внутривидовой структуры у исследуемых чистиковых 133
7.1 Результаты сравнения полиморфизма молекулярно-генетических маркеров для четырех видов чистиковых 134
7.2 Межвидовые различия в степени выраженности внутривидовой структуры и факторов, которые могли повлиять на ее формирование 136
Выводы 141
Список сокращений и условных обозначений 143
Словарь терминов 144
Список использованной литературы 148
Список иллюстративного материала 174
- Внешний вид, половой диморфизм, географическая изменчивость и внутривидовые т аксоны
- Выделение ДНК
- Результаты акустического анализа
- Результаты морфометрического анализа
Внешний вид, половой диморфизм, географическая изменчивость и внутривидовые т аксоны
Зимний наряд похож на брачный, но хохолок и косицы уменьшаются в размерах, клюв становится желтовато-коричневым, а украшающие щитки отпадают. Молодые птицы похожи на взрослых в зимнем наряде, клюв у них меньше, желтовато-коричневый, хохол и косицы выражены слабее [Конюхов, 1990б; 1993; 1994; Андреев и др., 2006; Jones, 1993a; Nettleship, 1996; Gaston, Jones, 1998; Denlinger, 2006].
Половой диморфизм большой конюги выражен слабо, однако самцы имеют более высокий и массивный клюв, нежели самки (Рисунок 1.2) [Jones, 1993b; Конюхов, 1993; Клёнова и др., 2012]. Также половой диморфизм выражается в некоторых количественных признаках, таких как длина крыла, надклювья, длина аурикулярной косицы и (на о-ве Св. Лаврентия) длина хохолка [Конюхов, 1993; Jones, 1993b]. И. Джонс с соавторами [Jones et al., 2000] также отметили увеличение длины хохла, аурикулярных косиц и риктального щитка с возрастом. Кроме того, они обнаружили значительную межгодовую индивидуальную изменчивость в количественных характеристиках орнаментации, что может быть связано с изменением возрастной структуры популяции, а также с изменением условий окружающей среды [Jones et al., 2000].
Ряд исследований был посвящен поиску связи между степенью проявления орнаментации и различными параметрами «качества» особи у данного вида. Вопреки ожидаемому связь между размером орнаментации и физическим размером птицы, ее физическим состоянием (упитанностью) и репродуктивным успехом, оказалась не явной. Некоторая связь присутствовала только между физическим состоянием и длиной аурикулярной косицы самцов и длиной хохла у самок [Jones et al, 2000]. В аналогичном исследовании, выполненном на птицах из другой популяции, результаты оказались сходными – слабую связь обнаружили только между длиной хохла у самок и размером тела [Klenova et al., 2011]. По-видимому, такие результаты свидетельствуют об отсутствии прямой корреляции между выбранными маркерами качества особи и степенью выраженности признаков орнаментации. Однако в другой работе, посвященной исследованию взаимосвязи орнаментации, физического состояния тела и базального уровня кортикостерона в крови, Г. Дуглас с соавторами [Douglas et al., 2008] показали, что у самцов длина хохла отрицательно коррелирует с уровнем гормонов. Чем короче хохол, тем выше уровень кортикостерона и ниже социальный статус. У самок была отмечена отрицательная корреляция между физическим состоянием тела и базальным уровнем гормона стресса [Douglas et al., 2008]. Таким образом, если рассматривать базальный уровень кортикостерона как показатель качества особи, то у самцов взаимосвязь между орнаментацией и качеством птицы оказалась довольно сильной. Подводя итоги, следует заметить, что качество особи, можно оценивать разными способами – по морфометрическим или физиологическим показателям, поэтому сравнивать результаты разных работ весьма затруднительно, так как мы не можем быть уверены в том, какие показатели играют важную роль для самих животных.
Большая конюга представляет собой монотипический вид. Географическая изменчивость вида до сих пор была практически не исследована, хотя явных свидетельств существования такой изменчивости выявлено не было [Конюхов, 1990б; Jones, 1993a; Nettleship, 1996; Gaston, Jones, 1998]. Лишь И. Джонс выявил небольшую географическую вариацию в размерах и оперении у птиц с о-вов Булдырь и Св. Лаврентия [Jones, 1993a]. Генетическая внутривидовая структура большой конюги была изучена слабо. На фрагменте цитохрома b, фрагменте гена -енолазы и фрагменте гена MHC II класса (главный комплекс гистосовместимости, major histocompatibility complex) четкой генетической дифференциации авторами выявлено не было [Walsh et al., 2005]. Географическая изменчивость фенотипических признаков (линейных размеров тела и признаков орнаментации, акустических параметров вокализаций) особей большой конюги также практически не изучалась ранее в сравнительном аспекте. Размерные характеристики взрослых птиц были хорошо исследованы лишь для трех областей Берингова моря (о. Булдырь, о. Св. Лаврентия и м. Уляхпэн Чукотского п-ова [Gaston, Jones, 1998; Jones, 1993a; Конюхов, 1993]) и для одной области Охотского моря (о. Талан [Клёнова и др., 2012]). Акустические характеристики вокализаций взрослых особей были описаны лишь для одной области Берингова моря (о. Булдырь [Seneviratne et al., 2009]) и для одной области Охотского моря (о. Талан [Зубакин и др., 2010; Klenova et al., 2011; 2012]). Однако аккуратного сравнения фенотипических признаков взрослых особей большой конюги, гнездящихся в разных частях ареала, до сих пор выполнено не было.
Малая конюга (Aethia pygmaea). Малая конюга – существенно уступает большой конюге размером; ее оперение черного цвета, а клюв короче, ярко-красного цвета с белой вершиной (Рисунок 1.3) [Головкин, 1990; Андреев и др., 2006; Byrd, Williams, 1993; Gaston, Jones, 1998]. Ноги малой конюги светло-серые с черноватыми плавательными перепонками и черными когтями, радужина беловатая [Головкин, 1990; Андреев и др., 2006; Byrd, Williams, 1993; Gaston, Jones, 1998]. Орнаментация состоит из длинного хохолка на лбу из черных, загибающихся вперед украшающих перьев, светло-серой брови и трех пар пучков белых украшающих удлиненных нитевидных перьев по бокам головы [Головкин, 1990; Андреев и др., 2006; Byrd, Williams, 1993; Gaston, Jones, 1998]. Верхние пучки проходят над глазом к затылку и выступают над теменем в виде двух небольших хохолков, нижние пучки, или «усы», начинаются на уровне края рта и идут ниже глаза вдоль щеки, средние пучки начинаются от заднего края глаза и спускаются книзу на всю длину шеи. Последние, по-видимому, гомологичны аурикулярным косицам большой конюги и белобрюшки. Орнаментация малой конюги настолько необычна, что было предположено даже, что она выполняет функцию механорецепторов, помогая ориентироваться под землей [Seneviratne, Jones, 2008].
Выделение ДНК
Распределение кормовых территорий в период гнездования. Виды, кормящиеся возле колоний, или с популяционно-специфичными кормовыми территориями имеют меньше возможностей для обмена генами между колониями, чем виды, у которых кормовые территории разных колоний пересекаются [Burg, Croxall, 2001; Friesen et al., 2007a; Friesen, 2015]. Кроме того, некоторые исследователи полагают, что виды, которые кормятся в зонах апвеллингов, должны периодически менять кормовые территории вслед за их перемещениями и, таким образом, имеют больше возможностей для поддержания потока генов (например, голубоногая и перуанская олуши [Taylor et al., 2011a; b], перуанский пеликан [Jeyasingham et al., 2013]).
Различия в океаническом режиме. Под океаническим режимом подразумевается характеристический набор условий в конкретной области океана, включающий в себя определенную тепературу поверхности океана и воды, продуктивность, наличие и расположение зон апвеллинга, течения и ветра, определяющие упомянутые выше условия. Он определяет также сезонность, численность и состав пищевых объектов, конкурентов и сложность пищевой сети. Различия в океаническом режиме могут влиять на поток генов, уменьшая приспособленность (выживаемость или репродуктивный успех) мигрантов, или ограничивая дисперсию (см. обзор [Friesen, 2015]). Различия в океаническом режиме в пяти областях, по-видимому, в достаточной степени ограничивают поток генов у морских птиц, чтобы привести к формированию внутривидовой структуры: 1) океанические течения возле Галапагосских о-вов (у мадейрской качурки [Smith, Friesen, 2007; Smith et al., 2007], олуш, [Morris-Pocock et al., 2010; 2011]); 2) океанографический фронт Альмерия-Оран (у атлантического пестрого буревестника [Gmez-Daz et al., 2009; Genovart et al., 2013], хохлатого баклана [Barlow et al., 2011]); 3) зона субтропической конвергенции (у северного хохлатого пингвина [Jouventin et al., 2006; de Dinechin et al., 2009]; см. также обзор [Friesen, 2015]); 4) экваториальное противотечение (у голубоногой олуши [Taylor et al., 2011a]; см. также обзор [Friesen, 2015]); 5) океанические течения возле Кабо-Верде (у комплекса видов пестрых буревестников Calonectris spp. [Gmez-Daz et al., 2006]; см. также обзор [Friesen, 2015]). Однако некоторые сестринские виды, сосуществующие при одном океаническом режиме и часто гнездящиеся на одних и тех же колониях, например, четыре вида конюг (Aethia spp.), дивергировали от общего предка в очень короткие сроки [Humphries, Winker, 2010; Smith, Clarke, 2015]. Таким образом, только лишь океанический режим не может в достаточной мере объяснить видообразование у всех групп морских птиц.
Превалирующие ветра. Ветра могут оказывать значительное влияние на расположение и выбор кормовых территорий и миграционные пути морских птиц и могут таким образом влиять на поток генов между колониями. Причем это влияние может проявляться как на постоянной основе, так и во время штормов (см. обзор [Friesen, 2015]). Океанические течения также часто формируются превалирующими ветрами и могут определять поток генов между колониями (например, у южного и северного хохлатых пингвинов [de Dinechin et al., 2009]).
Натальная филопатрия. Натальная филопатрия (стремление особей вернуться на место рождения для гнездования), вероятно, представляет собой второй наиболее очевидный барьер для потока генов, поскольку она характерна для многих морских птиц [Schrieber, Burger, 2002] и может ограничить поток генов в достаточной степени, чтобы привести к репродуктивной изоляции (см. обзоры [Friesen et al., 2007a; Friesen, 2015]). Для целой группы видов морских птиц, у которых была выявлена генетическая внутривидовая структура, характерен высокий уровень натальной филопатрии (например, у толстоклювой кайры [Friesen et al., 1996b], тихоокеанского и обыкновенного чистиков [Kidd, Friesen, 1998a], темной крачки [Avise et al., 2000], чернобрового альбатроса [Burg, Croxall, 2001], белошапочного альбатроса [Abbott, Double, 2003b], большого фрегата [Dearborn et al., 2003], красноногой, голуболицей и бурой олуш [Steeves et al., 2003; 2005a; b; Morris-Pocock et al., 2010; 2011; 2016], мадейрской качурки [Smith et al., 2007], пестрых буревестников [Gmez-Daz et al., 2006; 2009; Genovart et al., 2013], тонкоклювой кайры [Morris-Pocock et al., 2008], тайфунника Кука [Rayner et al., 2011], северной качурки [Bicknell et al., 2012]). Однако помимо филопатрии в формирование внутривидовой дифференциации в описанных случаях, скорее всего, были вовлечены и другие факторы.
Паттерны дисперсии. Паттерны дисперсии могут определять степень генетической дифференциации и влиять на формирование репродуктивной изоляции (см. обзор [Friesen, 2015]). Например, если миграции между колониями происходят случайным образом (n-island model of dispersion), то, гипотетически, одного мигранта за поколение будет достаточно для того, чтобы генетически гомогенизировать вид. Однако если обмен мигрантами в основном происходит между соседними колониями (stepping-stone model of dispersion), то для генетической гомогенизации может потребоваться большее количество мигрантов, особенно в случаях, когда колонии расположены линейно (например, вдоль побережья). Для морских птиц чаще всего паттерны дисперсии неизвестны, однако было показано слабое влияние распределения колоний (прибрежных против расположенных на островах вдали от материков) на наличие генетической структуры (см. обзор [Friesen et al., 2007a]). Кроме того, зачастую генетические расстояния между колониями коррелируют с географическим дистанциями между ними (например, у тонкоклювой кайры [Morris-Pocock et al., 2008], магелланова пингвина Spheniscus magellanicus [Bouzat et al., 2009], пингвина Гумбольдта S. humboldti [Schlosser et al., 2009], хохлатого баклана [Barlow et al., 2011], перуанской олуши [Taylor et al., 2011b], толстоклювой кайры [Tigano et al., 2015]; см. также обзор [Friesen et al., 2007a]), что можно было бы ожидать в случаях, когда обмен генами происходит преимущественно между ближайшими колониями.
Фенология гнездования. Если время начала сезона размножения является наследственным признаком, то различия в фенологии гнездования (аллохрония) могут сократить или прекратить поток генов между группировками, даже при отсутствии естественного отбора. Известно множество примеров видообразования за счет аллохронии у растений, насекомых и рыб (см. обзор [Friesen, 2015]). Сезонные группировки мадейрской качурки и северной качурки возникали симпатрически, как минимум, пять раз [Friesen et al., 2007b], и, как минимум, один раз приводили к репродуктивной изоляции [Bolton et al., 2008]. Подвиды алеутского пыжика встречаются на кормовых территориях, но южный подвид начинает гнездиться раньше, что может значительно сокращать обмен генами между подвидами [Wallace et al., 2015].
Межвидовые взаимодействия. Наличие конкурентов или хищников может ограничивать или сокращать поток генов между колониями, и, потенциально, приводить к формированию репродуктивной изоляции, однако степень этого эффекта не изучена (см. обзор [Friesen, 2015]). Зараженность эктопаразитами также может приводить к масштабным опустошениям колоний и влиять таким образом на поток генов при переселении птиц на новые или уже используемые колонии. Это могло бы объяснить генетическую панмиксию перуанских пеликанов и олуш [Taylor et al., 2011a; b; Jeyasingham et al., 2013].
Выбор партнера. Географическая изменчивость признаков, которая оказывает влияние на выбор партнера (например, окраски оперения или определенных частей тела, вокализаций), может ограничить поток генов и даже привести к репродуктивной изоляции (см. обзор [Friesen, 2015]). Среди морских птиц многие сестринские виды различаются по вокализациям (например, хохлатые пингвины [Jouventin et al., 2006], мадейрские качурки [Bolton, 2007], конюги [Seneviratne et al., 2012]), и даже некоторые конспецифичные группировки (например, у мадейрской качурки [Bolton, 2008]). Различия в вокализациях могут служить также для репродуктивной изоляции при вторичном контакте группировок [Slabekoorn, Smith, 2002; Edwards et al., 2005].
Результаты акустического анализа
Для того чтобы проанализировать демографическую историю гнездовых группировок и оценить селективную нейтральность анализируемых маркеров, в программе Arlequin 3.5.1.2. [Excoffier, Lischer, 2010] для фрагмента контрольного региона мтДНК рассчитывали значения FS Фу и D Таджимы, для микросателлитов проводили тест на отклонения от состояния равновесия Харди-Вайнберга (test for deviation from Hardy-Weinberg equilibrium) и тест на сцепленность генов (gametic or linkage equilibrium). Также в программе Arlequin мы рассчитывали показатели дем (демографическая экспансия) и пр (пространственная экспансия) распределения парных нуклеотидных различий (pairwise mismatch distribution), которые показывают, испытывала ли популяция какие-либо демографические события (бутылочное горлышко - резкое сокращение численности, или экспансию). Кроме того, чтобы оценить генетическое разнообразие, в программе Arlequin для контрольного региона мтДНК мы рассчитывали число гаплотипов (Nh), число замен, индексы гаплотипического (h) и нуклеотидного разнообразий (), а для микросателлитных локусов – коэффициенты инбридинга (FIS), наблюдаемую (Ho) и ожидаемую гетерозиготности (He). Число аллелей (Na) и число уникальных аллелей (Npa) рассчитывали в программе GenAlEx 6 [Peakall, Smouse, 2006] Вероятность нулевого аллеля (Fnull) рассчитывали в программе CERVUS 3.0.3 [Kalinowski et al., 2007]. В случае, когда значение Fnull отрицательное (что соответствует некоторому избытку гетерозигот) или положительное (избыток гомозигот), но имеет маленькую величину, вероятность наличия нулевого аллеля очень мала. Если же величина Fnull положительна и довольно велика, то возможность того, что в локусе есть нулевой аллель, реальна.
Значения внутривидовой генетической дивергенции и попарные генетические дистанции между географическими группировками (для фрагмента контрольного региона - ST и , величина различий между гнездовыми группировками, скорректированных относительно изменчивости внутри группировок; для микросателлитных локусов - FST или RST) рассчитывали в программе Arlequin, проводя анализ молекулярной изменчивости (AMOVA). Точность соответствия индексов генетической дифференциации для микросателлитов (FST или RST) зависит от того, какая модель эволюции соответствует использованному локусу (например, индекс RST более корректен в случае пошаговой модели мутации, stepwise model). В связи с этим, используемый индекс выбирали в зависимости от того, какой из индексов точнее отражал реальный уровень внутривидовой дифференциации, что оценивали в программе SPAGeDi [Hardy, Vekemans, 2002]. Для трех видов конюг реальный уровень внутривидовой дифференциации лучше описывал индекс FST, в то время как для старика индекс RST адекватнее описывал внутривидовую структуру. Для того чтобы проверить, коррелируют ли попарные генетические дистанции (ST для контрольного региона и FST/ RST для микросателлитов) с географическими дистанциями (логарифм наименьшей дистанции между точками сбора материала по морю), в программе Arlequin проводили тест Мантела (10000 пермутаций). Статистическую мощность анализа рассчитывали в программе POWSIM 4.1 [Ryman, Palm, 2006]. Мы оценивали мощность теста для выявления истинной внутривидовой дифференциации при FST = 0.075 при наблюдаемых частотах аллелей с помощью симуляции, моделирующей 30 поколений (t) и эффективную численность популяции (Ne), равную 2000 (число демеморизаций (the number of dememorizations) 1000, число пакетов (batches) 100, число итераций для каждого пакета (iterations per batch) 1000). Для фрагмента контрольного региона применяли модели, подобранные после анализа в программе MEGA 6.0 [Tamura et al., 2013] как наиболее оптимально подходящие по информационному критерию Акаике (Akaike information criterion). Для всех тестов проверяли их статистическую значимость с помощью 10000 пермутаций данных. Для того чтобы выявить наличие филогеографической структуры у исследуемых видов, было выполнено построение медианной сети гаплотипов в программе Network 4.6.1.2 [Bandelt et al., 1999]. Для тех видов, у которых была выявлена генетическая структура по мтДНК, в программе IMa2 [Nielsen, Wakeley, 2001; Hey, Nielsen, 2007] рассчитывали время расхождения выявленных группировок (t) и оценивали поток генов (M, число самок на поколение) между ними. В этой программе используется коалесцентный анализ марковских цепей Монте-Карло (Markov chain Monte Carlo, MCMC) с моделью внутривидовой дифференциации изоляцией с миграцией. В данной программе анализировали фрагмент контрольного региона мтДНК с использованием эволюционной модели Хасегава-Кишино-Яно (Hasegawa-Kishino-Yano model), рекомендуемой для анализа мтДНК. Для того чтобы убедиться в надежности результатов, в программе прогоняли 40 марковских цепей с отжигом в 100000 циклов и длиной марковской цепи в 3000000 циклов. Точечные оценки параметров M и t и 95%-ный доверительный интервал (CI) для них определялись по соответствующим постериорным распределениям и логарифмической функции правдоподобия (log-likelihood), рассчитанными для оценки степени статистической значимости результатов [Nielsen, Wakeley, 2001] Однако зачастую оказывается невозможным определить верхнюю границу доверительного интервала для t, так как кривая правдоподобия приближается к нулю очень медленно [Nielsen, Wakeley, 2001], поэтому верхнюю границу указывали как «неопределенная». Генетическую структуру видов оценивали также с помощью Байесовского анализа максимального правдоподобия (Bayesian maximum likelihood approach) изменчивости микросателлитных локусов в программе STRUCTURE 2.3.4. [Pritchard et al., 2010]. Оптимальное количество генетических кластеров (K) определяли по постериорным вероятностям K согласно документации к программе [Pritchard et al., 2010]. Для каждого К от 1 до 10 проводили по 20 итераций, программу прогоняли с длиной периода отжига (length of burn-in period) в 100000, 1000000 циклов MCMC после отжига. В качестве основной модели использовали «admixture model», предполагающую перемешивание особей из разных популяций и модель скоррелированных частот аллелей (correlated allele frequencies model). Поскольку модель «no admixture model» лучше выявляет слабую генетическую структуру [Pritchard et al., 2000], эту модель также применяли для оценки степени генетической дифференциации. Каждая из моделей применялась как с опцией locprior, которая помогает программе кластеризовать особей, используя в качестве априорной информации места сбора образцов, так и без нее. Исходя из того, что у нас не было точных данных о наличии генетической структуры у исследуемых видов, мы не могли использовать метод Эванно [Evanno et al., 2005] и определяли К по методу, предложенному Pritchard et al. [2010]. Для видов с явной генетической дифференциацией выявляли потенциальных мигрантов в первом поколении с помощью программы GeneClass2 v.2.0 [Piry et al., 2004]. Для этого с помощью Байесовского анализа [Rannala, Mountain, 1997] вычисляли значение параметра Lhome, вероятности, что особь произошла из той генетической популяции, в которой она была собрана. Вероятность того, что особь является мигрантом, оценивали, сравнивая Lhome с распределением для 10000 мультилокусных генотипов, созданных перемешиванием исходных данных с помощью цепей Монте-Карло [Paetkau et al., 2004] при = 0.05. В связи с тем, что наши данные не охватывали весь ареал гнездования видов, мы не могли быть уверенными в области происхождения предполагаемых мигрантов.
Результаты морфометрического анализа
Мы выявили внутривидовую дифференциацию малой конюги как по фенотипическим, так и по генетическим маркерам. Малая конюга – не единственный вид семейства чистиковые, у которого была выявлена структура. Другие виды также демонстрируют четкую генетическую географическую дифференциацию: пыжики (Brachyramphus spp.) [Friesen et al., 1996c; 2005; Congdon et al., 2000; Birt et al., 2011; Vsquez-Carrillo et al., 2013], чистики (Cepphus spp.) [Kidd, Friesen, 1998a], алеутский пыжик [Wallace et al., 2015], тупик-носорог [Abbott et al., 2014].
Результаты, полученные по генетическим маркерам и фенотипическим признакам, хорошо согласуются друг с другом. Малые конюги с о-вов Охотского моря значительно отличались от птиц с Алеутских о-вов, как по фенотипическим, так и по генетическим маркерам. Конюги с Командорских о-вов оказались генетически ближе к особям Охотского моря, чем к птицам, гнездящимся на Алеутских о-вах, хотя географическое расстояние между Командорскими и Алеутскими о-вами меньше (около 340 км) расстояния от Командорских о-вов до о. Ионы (около 1500 км) или до Курильских о-вов (около 1100 км), то есть полученные нами результаты противоречат гипотезе изоляции расстоянием, так как генетические дистанции не коррелируют с географическими. По полученным нами результатам малые конюги сформировали две группы, разделенные проливом Ближний между Командорскими и Алеутскими о-вами, причем одна из этих групп подразделяется еще на две подгруппы (группа Охотского моря и Командорские о-ва).
Генетическая дифференциация по мтДНК между западными и восточными группами, подобная той, что мы обнаружили у малой конюги, была выявлена также у некоторых других видов Северной Пацифики, таких как красноногая говорушка, пестрый пыжик, обыкновенный тюлень (Phoca vitulina), калан (Enhydra lutris) и др. [Cronin et al., 1996; Congdon et al., 2000; Holder et al., 2000; Patirana et al., 2002; Westlake, O Corry-Crowe, 2002]. В случае малой конюги эта дифференциация митохондриальных линий, вероятно, сформировалась в позднем Плейстоцене (около 100 000 – 25 000 лет назад [Elias, Birgham-Gretti, 2013]). Сначала линии группы Охотского моря и Командорских о-вов отделились от линии Алеутских о-вов, вероятно, они оказались в двух изолированных рефугиумах – на западе и на востоке. Предки птиц, гнездящихся на Командорских о-вах, вероятно, находились в западном рефугиуме вместе с предками конюг с других азиатских колоний. Позже произошло разделение групп Охотского моря и Командорских о-вов. Результаты молекулярно-генетического анализа свидетельствуют о том, что в настоящее время поток генов между всеми группировками поддерживается, поэтому статус подвидов для данных групп весьма сомнителен.
Степень генетической дифференциации, выявленная по микросателлитным локусам, была ниже, чем по митохондриальному маркеру, что может быть связано с различиями в эффективной численности и скорости мутаций: эффективная численность популяции для микросателлитов в 4 раза выше, чем для мтДНК, и микросателлитные локусы существенно более изменчивы (на 2-3 порядка) и, как следствие, более чувствительны к гомоплазии (явление, при котором одинаковые по длине аллели имеют разное происхождение [Estoup et al., 2002; Putman, Carbone, 2014]. Гомоплазия и высокая скорость мутации могут приводить к занижению значений FST, а, следовательно, и значительно недооценивать внутривидовую структуру в случае низкого уровня миграции [Putman, Carbone, 2014]. Схожая тенденция была показана для многих видов морских птиц (например, для чернобрового альбатроса [Burg, Croxall, 2001], тонкоклювой кайры [Morris-Pocock et al., 2008], магелланова пингвина [Bouzat et al., 2009], короткоклювого пыжика [Birt et al., 2011], толстоклювой кайры [Ibarguchi et al., 2011], северной качурки [Bicknell et al., 2012], каспийской крачки [Boutilier et al., 2014], люрика [Wojczulanis-Jakubas et al., 2014; 2015], алеутского пыжика [Wallace et al., 2015]). Также расхождение в значениях степени генетической дифференциации у маркеров с наследованием по одной или по обеим родительским линиям может свидетельствовать о различиях в уровне дисперсии разных полов (в данном случае в пользу более высокого уровня дисперсии самцов [Larmuseau et al., 2010; Humphries, Winker, 2011]), однако данных по этому аспекту биологии малой конюги нет [Byrd, Williams, 1993].
Наши результаты по внутривидовой дифференциации малой конюги согласуются с данными о перемещении взрослых особей с Алеутских о-вов после окончания сезона размножения, полученными с помощью геолокаторов [Robbins et al., 2015]. В данном исследовании было показано, что вне периода размножения взрослые малые конюги продолжают оставаться возле колонии и даже возвращаются на нее по ночам. Также ранее были получены свидетельства о существовании у малой конюги уникальной среди прочих чистиковых особенности – возвращении слетков на родную колонию после окончания периода размножения [Зубакин, Конюхов, 2001], и сведения о случаях натальной филопатрии [Jones et al., 2007]. Все это свидетельствует о сильной привязанности малых конюг к колониям, что может приводить к внутривидовой дифференциации.
Мы обнаружили, что дифференциация по выбранным молекулярным маркерам не коррелировала с различиями в ритме суточной активности на колонии. Отсутствие явных признаков генетической дифференциации между малыми конюгами с разным ритмом активности говорит в пользу того, что формирование разных ритмов активности является примером экологической пластичности. Присутствие малых конюг на колониях Берингова моря в ночной время, возможно, является ответом на пресс дневных хищников, в частности, серокрылой чайки (Larus glaucescens) [Зубакин, Конюхов, 1999]. Ареал гнездования этого вида охватывает Командорские и Алеутские о-ва [Verbeek, 1993], и имеются свидетельства, что эти чайки достают из нор яйца и птенцов больших конюг и конюг-крошек, имеющих дневной ритм активности, и нападают на взрослых особей [C. R. Schacter, личное наблюдение]. В то же время о. Ионы практически свободен от хищников [Андреев и др., 2012], а тихоокеанская чайка (L. schistisagus), гнездящаяся на Курильских о-вах значительно реже нападает на взрослых конюг, чем серокрылая чайка [Зеленская, 1997, В.А. Зубакин, С.П. Харитонов, Ю.Б. Артюхин, личные наблюдения].
Подобные различия в ритме активности у птиц, гнездящихся на разных колониях – довольно редкое явление среди морских птиц [Gaston, Jones, 1998], поэтому работ по другим видам для сравнения с малой конюгой очень мало. Среди семейства чистиковые схожее явление наблюдается у тупика-носорога [Gaston, Jones, 1998]. Для этого вида характерен ночной ритм активности на большинстве колоний, и только на некоторых колониях в Калифорнии и Орегоне он присутствует на колониях в дневное время [Scott et al., 1974; Watanuki, 1990; Gaston, Jones, 1998]. Исследование генетической структуры у данного вида показало, что тупики-носороги, гнездящиеся в Японии, отличаются генетически от птиц из Британской Колумбии и Аляски, однако выявленная дифференциация, как и в нашей работе, не коррелировала с различиями в ритме активности [Abbott et al., 2014]. Некоторые исследователи высказывали предположение, что ночной ритм активности является адаптацией для избегания дневных хищников и клептопаразитов [Scott et al., 1974; Watanuki, 1990]. Данная гипотеза согласуется с нашими результатами и данными о наличии хищников на колониях малой конюги. Интересно отметить также, что тупик-носорог, как и малая конюга, демонстрирует ночной ритм активности на тех колониях, где гнездится серокрылая чайка [Scott et al., 1974]. Среди морских птиц различия в ритме активности на колонии демонстрирует также атлантический пестрый буревестник, дневной на о. Селваджем Гранде и ночной на всей остальной части ареала, однако и у него связи между генетической дифференциацией и ритмом активности выявлено не было [Genovart et al., 2013].
Результаты анализа фенотипических признаков свидетельствуют о клинальной изменчивости – малые конюги с о. Ионы и Алеутских о-вов четко различаются между собой по морфометрическим и акустическим параметрам, а птицы с Курильских и Командорских о-вов занимают промежуточное положение. О морфометрических различиях между малыми конюгами с Курильских и Алеутских о-вов уже было известно [Feinstein, 1959], однако использование расширенной выборки позволило нам показать, что птицы с наиболее западной точки ареала (о. Ионы) еще сильнее отличаются от птиц с Алеутских о-вов. Клинальная изменчивость фенотипических признаков встречается и у других видов морских птиц: у люрика [Wojczulanis-Jakubas et al., 2011; 2015], атлантического тупика [Moen, 1991], пестрых буревестников [Gmez-Daz et al., 2006] и хохлатого баклана [Martnez-Abran et al., 2006].
Стоит заметить, что выявленные нами морфометрические различия могут отражать также и влияние разных исследователей, производивших промеры (например, разные люди могут прикладывать разное усилие к штангенциркулю, получая, таким образом, разные значения параметров). Тем не менее, мы попытались свести это влияние к минимуму, используя для трех из четырех исследуемых областей промеры, полученные, как минимум, от двух работавших независимо друг от друга людей (Таблица 2.1). Кроме того, полученные результаты по изменчивости морфометрических параметров хорошо согласуются с данными, полученными Б. Фейнштайн [Feinstein, 1959], и с результатами анализа вокализаций.