Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Экологические и поведенческие аспекты пространственной ориентации амфибий 9
1.1.1. Особенности ориентации амфибий на местности 12
1.1.2. Формирование связей с местами рождения, обитания и размножения 16
1.1.3. Возрастные особенности поведения амфибий 24
1.2. Роль обоняния в пространственной ориентации бесхвостых амфибий 30
1.2.1. Распознавание родственников 31
1.2.2. Запоминание запаха родного водоёма З 3
1.2.3. Использование запаха водоёма взрослыми особями 36
1.2.4. Обонятельная чувствительность бесхвостых амфибий 37
1.2.5. Импринтинг химических стимулов у позвоночных животных 39
1.3. Импринтинг и феномен чувствительного периода 41
1.3.1. Особенности импринтинга как формы обучения 41
1.3.2. Феномен чувствительного периода и возможные механизмы запечатления 47
1.4. Методические подходы в изучении хемосенсорной ориентации амфибий 52
1.4.1. Методические трудности изучения поведения амфибий 53
1.4.2. Критерий выбора и модель ориентационного поведения 56
1.4.3. Существующие методы изучения хемосенсорной ориентации 61 амфибий
1.4.4. Современные направления развития методов тестирования 68
1.4.5. Анализ повторных наблюдений с помощью модели 72 случайного процесса
Глава 2. Основные методы 73
2.1. Объекты исследования, процедура тестирования и статистическая обработка 73
2.2. Экспозиция в химических стимулах 100
2.3. Исследование динамики реакции на запах родного водоёма 102
Глава 3. Сравнение методов тестирования 107
3.1. Индивидуальное тестирование с учетом первого выбора 107
3.2. Индивидуальное 40 мин. тестирование 109
3.3. Групповое 40 мин. тестирование 118
3.4. Особенности перемещений особей в индивидуальных и групповых тестах 126
3.5. Вероятностный характер выбора стимулов 128
Заключение 134
Глава 4. Основные результаты 135
4.1. Реакция природных сеголеток на естественные источники запаха родного водоёма
135
Заключение 147
4.2. Запоминание химических стимулов в ходе личиночного развития
151
4.2.1. Прудовая лягушка, R. lessonae 151
Заключение 172
4.2.2. Травяная лягушка, R. temporaria и зелёная жаба, В. viridis
173
Заключение 179
4.3. Динамика реакции на запах родного водоёма в онтогенезе 180
4.3.1. Сеголетки прудовой лягушки R. lessonae и зелёной жабы В. viridis
180
Заключение 196
4.3.2. Сеголетки травяной лягушки R. temporaria 197
Заключение 206
4.3.3. Сеголетки серой жабы В. bufo 207
Заключение 211
4.3.4. Факторы, определяющие характер реакции на запах родного водоёма у сеголеток сухопутных видов
212
Заключение 220
4.3.5. Однолетние особи R. lessonae 220
Заключение 225
4.3.6. Взрослые двухлетние особи R. lessonae 225
Заключение 238
4.3.7. Развитие половой системы у однолетних и двухлетних особей прудовой лягушки R. lessonae 238
Заключение 241
4.3.8. Особенности использования пространства однолетними и взрослыми особями прудовой лягушки R. lessonae
241
Заключение 244
Глава 5. Обсуждение 245
5.1. Выбор метода тестирования 245
5.2. Запоминание амфибиями запаха родного водоёма 252
5.3. Динамика реакции амфибий на запах родного водоёма в 264 онтогенезе
5.4. Можно ли считать процесс запоминания амфибиями запаха родного водоёма импринтингом? 277
5.5. Возможные механизмы запоминания запаха родного водоёма 288
Выводы 302
Список литературы 304
Приложения 321
- Формирование связей с местами рождения, обитания и размножения
- Импринтинг химических стимулов у позвоночных животных
- Объекты исследования, процедура тестирования и статистическая обработка
- Факторы, определяющие характер реакции на запах родного водоёма у сеголеток сухопутных видов
Введение к работе
«We ve tried everything under the sun, and no two reviewers agree on one approach over another.» - Prof. D.M. Madison
Пространственная ориентация животных - одна из наиболее интересных биологических проблем, давно привлекающая интересы исследователей. В настоящее время не вызывает сомнений существование общих принципов пространственной ориентации животных, стоящих на разных уровнях организации. Это, по-видимому, объясняется наличием сходного круга задач, решаемых разными животными при ориентации в пространстве, функциональным сходством нервной системы разных групп и общностью основных физических характеристик среды их обитания.
Многие механизмы ориентации до сих пор остаются загадкой. Одна из них -необычайная привязанность лягушек и жаб, представителей группы бесхвостых амфибий, к своим нерестовым водоёмам. Из года в год они возвращаются на нерест в один и тот же водоём, находя его с необычайно большой точностью. Как формируется такая привязанность, и чем руководствуются амфибии в выборе места для размножения в настоящее время не совсем понятно. Запоминают ли они водоём своего первого размножения или приходят размножаться в место своего рождения, как поступают многие позвоночные животные?
Существующие на настоящий момент данные свидетельствуют в пользу того, что бесхвостые амфибии возвращаются на нерест в родной водоём, где они прошли своё эмбриональное и личиночное развитие (Pough et al., 2001). Для того, чтобы через 2-3 года по достижении половой зрелости вернуться в родной водоём для размножения, животные должны запомнить различные ориентиры этого водоёма в раннем возрасте (Grabb, 1973b). Использование лягушками и жабами обонятельных стимулов в ориентации на местности в настоящее время не вызывает сомнений (Васильев, 1967, Хмелевская, Деулина, 1972). Поэтому обонятельные ключи, в том числе и запах родного водоёма, могут быть одними из запоминаемых ориентиров. В этом случае явление запоминания запаха родного водоёма можно рассматривать как один из элементов так называемого «импринтинга территории».
Известно, что в период эмбрионального и раннего личиночного развития бесхвостые амфибии способны запоминать химические стимулы окружающей среды. До недавнего времени это явление изучалось, главным образом зарубежными исследователями, исключительно в контексте распознавания родственников - особей из одной кладки. Для ряда видов амфибий, головастики которых образуют скопления, этот механизм может представляться адаптивным. Однако память о знакомых химических стимулах сохраняется и после метаморфоза. Вопрос о том, насколько адаптивно сохранение памяти о таких стимулах для взрослых особей амфибий, оставлен без внимания.
В 1986 г. впервые было описано явление предпочтения сеголетками прудовой лягушки Rana lessonae запаха родного водоёма, в котором они прошли своё личиночное развитие. Существование реакции предпочтения знакомого запаха соответствовало поведению сеголеток в природных условиях: после метаморфоза сеголетки оставались у родного водоёма даже при его высыхании, несмотря на доступность других близлежащих водоёмов (Бастаков, 1986). Проведённые позднее исследования дали основание рассматривать явление запоминания химических стимулов в ходе личиночного развития как один из механизмов хемосенсорной ориентации бесхвостых амфибий около родного водоёма (Бастаков, 1992).
Целью настоящего исследования являлось изучение запоминания и последующего распознавания запаха родного водоёма бесхвостыми амфибиями. Модельным объектом исследования была выбрана прудовая лягушка Rana lessonae Cam., у которой реакция предпочтения запаха родного водоёма наиболее ярко выражена. В исследование также включены ещё 4 вида лягушек и жаб, представляющих разные экологические группы бесхвостых амфибий. Основными вопросами исследования были следующие:
1. Как реагируют сеголетки на естественные источники запаха родного водоёма? В частности, отличают ли они воду из родного водоёма от воды из чужого водоёма?
2. Когда происходит запоминание запаха родного водоёма?
3. Как меняется реакция на запах родного водоёма в онтогенезе?
4. Существуют ли различия в реакции на запах родного водоёма у разных экологических групп амфибий?
К сожалению, не только теоретические, но и методические подходы для изучения хемосенсорной ориентации взрослых бесхвостых амфибий разработаны слабо и представляют собой очень пёстрый набор методов (Grubb, 1973а, 1975, Blaustein et al., 1984, Бастаков, 1986, Неррег, Waldman, 1992, Reshetnikov, 1996). Мы впервые применили комплекс методов для исследования поставленных задач. В результате в рамках данной работы оказалось целесообразным, во-первых, перейти от метода учёта первого выбора животным стимула (который, кстати, уже не используется ведущими зарубежными специалистами в этой области) к методу длительного наблюдения за поведением подопытных. Во-вторых, индивидуальные тесты не позволяли однозначно интерпретировать поведение сеголеток разных видов амфибий, в то время как применение групповых тестов дало возможность создать для них единую концепцию. Нахождение в группе можно считать естественным условием, так как у водоёма сеголетки не изолированы друг от друга. Данное направление работы выразилось в решении дополнительной задачи методического плана:
5. На основе анализа существующих методик выделить наиболее адекватные подходы для исследования хемосенсорной ориентации взрослых бесхвостых амфибий.
Благодарности. Автор выражает свою признательность научным руководителям работы Б.Д.Васильеву и В.А.Бастакову. Большая благодарность сотрудникам лаборатории обработки сенсорной информации ИППИ РАН, сотрудникам лаборатории сравнительной нейробиологии позвоночных и группе химической коммуникации и хеморецепции ИПЭЭ РАН за неоднократное участие в обсуждении результатов работы и ряд важных замечаний, повлиявших на ход исследования. Хочется поблагодарить сотрудников Зоологического музея МГУ Е. А.Дунаева и В.Ф.Орлову за консультации по вопросам систематики группы европейских зелёных лягушек и за предоставленную возможность работать с библиотекой герпетологического отдела музея. Большую помощь оказали зарубежные коллеги: Б.Шаал (B.Schaal), Г.Д.Бёрд (G.D.Burd) и П.Дж.Хеппер (P.G. Неррег), любезно предоставившие необходимые оттиски статей. Особо хочется поблагодарить студентов биологического факультета МГУ Ю.А.Штыря, В.В.
Федорина, П.Н.Флегонтова, Г.О.Кагарлицкого, П.К.Головатенко-Абрамова, Д.О. Кирюхина, В.В.Кожевникову, Н.А.Логинову, Е.А.Чудинову, О.В.Щербакову, Е.С. Мехову, В.В.Борисова, А.С.Казакова, К.В.Минина, К.А.Архипову, О.В.Нильмаер, Т.А.Скворцова, Ю.А.Третьякову, С.С.Уколову, Ван Юаньван, Го Даньяна, М.А. Грубмана, Н.С.Карпову, О.И.Малолеткину, О.Б.Мацелепа и Е.В.Усову, собравших часть материала по травяной лягушке и зелёной жабе в рамках летних самостоятельных работ. Н.А.Поярков помогал в проведении опытов с озёрной лягушкой. Важная часть материала по динамике расселения и реакции на естественные стимулы у зелёной жабы собрана студентом биологического факультета В.В.Шахпароновым в рамках выполнения курсовой работы. Автор признателен своему другу и коллеге Х.А.Эрнандес-Бланко за детальное обсуждение результатов исследования, помощь в поиске редкой зарубежной литературы и неоценимую моральную поддержку в ходе проведения работы.
Автор благодарен к.б.н. В.В.Костину, к.б.н. Н.Ю.Васильевой, к.б.н. М.Е. Гольцману и д.б.н. Ю.Б.Мантейфелю за то, что они уделили время обсудить основные недостатки работы, которые не оставлены без внимания в окончательной версии диссертации. Отдельно хочется поблагодарить своих коллег Л.П.Корзуна, Т. Б.Голубеву, Л.И.Барсову, В.М.Шахпаронова, Н.Г.Бибикова и многих других за психологическую поддержку при обсуждении и написании окончательной версии диссертации.
Участие в зарубежных конференциях было поддержано Российским Фондом Фундаментальных Исследований: гранты 00-04-58754 и 01-04-58802.
Формирование связей с местами рождения, обитания и размножения
Амфибии известны своей привязанностью к местам размножения. Взрослые из года в год возвращаются к своим нерестовым прудам. В популяциях жаб Вию americanus, В. woodhousei fowleri и лягушек Rana temporaria, R. ridibunda, R. lessonae эмиграция взрослых особей из своих нерестовых прудов составляет 0,6-23% (Oldham, 1966, Хмелевская, 1985, Breden, 1987, Sjogren, 1994, Holenweg, Reyer, 1997). Покидают свой первый нерестовый водоём только 2% самцов камышовой
Существует предположение, что связь с водоёмом размножения может формироваться на ранних этапах онтогенеза амфибий, например, в ходе личиночного развития (Grubb, 1973b). Согласно учётам меченых особей, возвращение на нерест в родной водоём составляет: у R. temporaria 46-68% особей (Хмелевская, 1989), у В. woodhousei fowled 73% особей (Breden, 1987), у В. valliceps 80% самцов (Blair, 1953). Возвращается в родной пруд для размножения и R. sylvatica (Waldman, 1991). По последним данным, у R. temporaria, R. dalmatina, R. esculenta и В. bufo 80-98% особей возвращаются на нерест в родной водоём (Pough et al., 2001). Это даёт основания предполагать, что амфибии запоминают ориентиры родного пруда в раннем возрасте и сохраняют память о них длительное время.
Однако исследование перемещений животных в природе часто даёт противоречивую картину. Взрослые животные, например, могут запоминать не родной, а первый нерестовый водоём (Хмелевская, 1983, Sinsch, 1992с). Есть данные, когда часть животных остаётся в родном водоёме, а другие выбирают новый пруд для размножения (Blair, 1953, Dole, 1971). Процесс формирования связей с местом рождения и местом обитания, по-видимому, достаточно пластичен.
Общность решаемых задач и используемых механизмов при ориентации на местности у разных позвоночных животных позволяет делать некоторые обобщения о формировании у них связей с местами рождения, обитания и размножения. С этой точки зрения, интересным представляются положения, высказанные Л.В.Соколовым в его книге «Филопатрия и дисперсия птиц» (Соколов, 1991).
1. В ювенильном возрасте существует период импринтинга территории -запечатление ряда ориентиров, связанных с местом рождения. Под местом рождения понимается местность, по которой животное перемещается в период между выходом из гнезда и отлётом на первую зимовку.
Ориентация на местности требует увязки ориентиров между собой: новые привязываются к уже знакомым. Поэтому каждая система ориентации должна иметь начало отсчёта в освоении пространства. Для молодого животного, начинающего осваивать местность, таким началом отсчёта могут служить ориентиры, находящиеся вблизи места рождения. Импринтинг закрепляет такие ориентиры в памяти молодого животного.
У бесхвостых амфибий в ювенильном возрасте также имеет место запоминание ряда ориентиров, связанных с водоёмом, где они прошли своё личиночное развитие. Обонятельные стимулы (запах родного водоёма), по-видимому, могут запоминаться на личиночных стадиях и использоваться сеголетками, по крайней мере, до ухода на зимовку (Бастаков, 1991). В процессе освоения нового пространства сеголетки используют стереотипный механизм - ориентацию по у-оси (Ferguson et al., 1968, Dole, 1972a). Для каждой отдельной особи это направление связано с местом выхода на сушу. Запоминание у-оси происходит в период личиночного развития (Adler, 1982) или вскоре после метаморфоза (Goodyear, Altig, 1971). Как отмечалось в предыдущей главе, тем же направлением, по-видимому, пользуются взрослые особи при возвращении в водоём. Таким образом, понятие импринтинга территории вполне применимо к амфибиям.
Существуют различия в привязанности к местам рождения, обитания и размножения на межвидовом уровне.
Привязанность к водоёму у амфибий разных видов также варьирует. Так, серая жаба Bufo bufo и травяная лягушка Rana temporaria покидают водоём, где они родились, и ведут «сухопутный» образ жизни, в то время как прудовая лягушка Rana lessonae и озёрная R. ridibunda, наоборот, всю жизнь проводят вблизи воды. Эти особенности биологии проявляются в характере запечатления запаха родного водоёма: первые два вида сразу после метаморфоза отвергают запах родного водоёма, R. lessonae, наоборот, привлекается знакомым запахом (Бастаков, 1991). У В. bufo к местам размножения привязаны и самцы, и самки, а у камышовой жабы В. calamita привязанность проявляют только самцы (Sinsch, 1992b, Dodd, 1994). Bufo bufo, В. valliceps, В. marinus и В. calamita проявляют привязанность к летним индивидуальным участкам (Sinsch, 1987а, 1988b, Beebee, Denton, 1991). В. hemiophrys, в отличие от указанных видов, не склонна придерживаться индивидуальных участков в летний период. Разные представители рода Bufo могут использовать совершенно разный набор ключей для ориентации на местности (Sinsch, 1992а).
Разные популяции могут различаться по степени привязанности к месту рождения. Высказывается гипотеза, что в большей мере здесь влияет благоприятность условий существования. Например, в бедных, в пищевом отношении, районах животное вынуждено перемещаться по большей площади ещё в раннем возрасте, и запечатление местности происходит на более дальнем расстоянии от гнезда, чем в благоприятных участках.
У амфибий разные популяции одного и того же вида также отличаются по степени привязанности к местам размножения и обитания. По-видимому, это отчасти связано с характером распределения ресурсов на местности (участки для размножения или обитания) и временем необходимым для их достижения. Так, у представителей жаб рода Bufo наблюдается тенденция: чем больше прудов, подходящих для нереста, встречается на пути весенней миграции, тем меньше особей возвращаются для размножения в свой водоём (Sinsch, 1992а). Популяции леопардовой лягушки Rana pipiens могут отличаться размерами летних индивидуальных участков особей. Вблизи постоянных крупных водоёмов участки мельче и обычно граничат с водой. В открытых ландшафтах с небольшими пересыхающими водоёмами лягушки вынуждены перемещаться по большей территории в поисках влажных мест, что обуславливает увеличение размера индивидуального участка. Вблизи пересыхающих водоёмов чаще наблюдается смена индивидуальных участков (Dole, 1965а). Разные популяции могут использовать разные ориентационные ключи. Так, ориентация на водоём по солнцу используется особями Bufo boreas, обитающими вблизи крупных водоёмов, но не используется особями, обитающими около небольших водоёмов (Gorman, Ferguson, 1970). Описанное выше для камышовой жабы В. calamita разделение популяции на эшелоны размножения слабее выражено на окраинах ареала (Sinsch, 1997а).
Импринтинг химических стимулов у позвоночных животных
Импринтинг химических стимулов окружающей среды в раннем онтогенезе, по-видимому, можно считать общей чертой позвоночных животных. Хорошо известен пример обонятельного импринтинга у молоди лососёвых рыб. Взрослые лососи идут на нерест в родной ручей и используют для его поиска запёчатлённые в раннем возрасте химические стимулы (Hasler, Scholz, 1978). Импринтингоподобный процесс запоминания химических стимулов окружающей среды описан и для немигрирующий видов рыб, таких как гуппи Poecilia reticulata (Виноградова, Мантейфель, 1986). Морские черепахи откладывают яйца на том пляже, где они родились. В период нахождения в яйце и в течение некоторого времени после вылупления черепашата запоминают химические стимулы окружающей их среды. Через год после вылупления из яиц черепахи способны отличить воду с песком из прибрежной зоны родного острова от воды с песком, взятыми вблизи чужого острова (Grassman, 1993). В приведённых примерах запечатление химических стимулов в раннем онтогенезе может способствовать возвращению взрослых особей рыб и рептилий к месту рождения для последующего размножения.
Обонятельная система млекопитающих начинает функционировать задолго до рождения. Эмбрионы крысы, кролика, овцы и человека запоминают химические стимулы, находясь в утробе матери (Hepper, Waldman, 1992, Schaal et al., 2000).
Новорождённый способен сосать молоко у матери только в том случае, если он воспринимает её запах. Стимулом запускающим реакцию сосания является амниотическая жидкость или слюна матери, попадающие на брюхо матери во время чистки при рождении детёныша (Shepherd, 1983). У кроликов до рождения запечатлевается феромон, направляющий новорождённого при поиске соска. Феромон содержится и в молоке самки (Hudson, 1999). Новорождённые млекопитающие различают молоко от разных самок. Они предпочитают молозиво, которое больше похоже по запаху на амниотическую жидкость, в которой они находились до рождения (Schaal et al., 2000). Поскольку кожные железы, молоко, кровь содержат одни и те же обонятельные сигналы об индивидуальной принадлежности особи (Крутова, 1993), неудивительно, что, запечатлев химические стимулы в утробе матери, новорождённые узнают её запах не только в амниотической жидкости, но и в молоке, слюне и кожных выделениях. Кролики могут также запомнить новые запахи, исходящие от тела матери, в короткий период после рождения. Запечатление и последующее предпочтение материнского запаха являются жизненно важными для новорождённых (Hudson, 1999). Более того, в раннем возрасте млекопитающие (грызуны, копытные, хищные) запечатлевают характеристики родителя и, достигнув половозрелости, предпочитают находиться вблизи особей, напоминающих их родителя. Запёчатлённые характеристики влияют и на выбор полового партнёра. Решающую роль в формировании подобного поведения играет запах родителя или запах гнезда (Huck, Banks, 1980a,b, Carter, Brand, 1986, Зорина и др., 1999, Surov, Solovieva, 2000).
Эмбрионы курицы также способны запоминать химические стимулы, присутствующие внутри или снаружи яйца. После вылупления птенцы привлекаются этими стимулами (Sneddon et al., 1998). Возможно, поэтому птенцы малой качурки Hydrobates pelagicus способны отыскивать своё гнездо в колонии по запаху (Minguez, 1997). В случае птиц и млекопитающих, импринтинг на химические стимулы позволяет молодому животному держаться вблизи матери или вблизи места рождения, пока они не будут способны вести самостоятельный образ жизни.
Эксперименты по обонятельному импринтингу успешно проводились с использованием разнообразных стимулов, как естественных, так и искусственных. По-видимому, обонятельная система молодого позвоночного потенциально готова к запечатлению любых химических стимулов, присутствующих в окружающей среде во время «чувствительного» периода. У млекопитающих импринтинг направлен на стимулы, исходящие от матери. У тех позвоночных, у которых мать не заботится о своих детёнышах - у рыб и рептилий - импринтинг направляется на стимулы, маркирующие место рождения. У одних животных запечатленные химические стимулы помогают молодому организму выжить, будучи привязанным к месту рождения или к матери, у других - облегчают поиск удачного места для размножения или подходящего полового партнёра.
Амфибии, по-видимому, не являются исключением из общего правила. Ввиду привязанности амфибий к родному водоёму запоминание в раннем возрасте ориентиров, связанных с местом рождения, приобретает для них особое значение. Процесс запоминания одного из таких ориентиров - запаха родного водоёма, по-видимому, можно рассматривать как импринтинг. Запах родного водоёма, скорее всего, запоминается в определённые «чувствительные» периоды личиночного развития, а сеголетки используют этот стимул в течение длительного времени после метаморфоза. Только-что вышедшим на сушу сеголеткам импринтинг предоставляет своеобразную точку отсчёта в освоении незнакомого пространства и определяет стратегию их поведения. Вероятно также, что запёчатлённые в раннем онтогенезе ориентиры направляют половозрелых особей в родной водоём для размножения. Запах родного водоёма может быть одним из таких ориентиров.
Обучение можно определить как адаптивные изменения поведения, возникающие вследствие индивидуального опыта животного. Под «адаптивными» понимаются изменения поведения, жизненноважные как для конкретного животного, так и необходимые для выживания вида в целом (Shepherd, 1983). Процесс обучения позволяет животному наиболее эффективно использовать те стимулы, которые несут наиболее важную информацию об окружающей среде. Из общего потока информации отбираются только значимые в данной обстановке стимулы (Hudson, 1999).
Почти все формы обучения в том или ином виде присутствуют у разных групп животных. Кратко охарактеризуем формы обучения.
Привыкание - ослабление поведенческой реакции в ответ на многократное предъявление стимула. Обычно привыкание трактуют как изменение силы рефлекторной реакции. Механизм этой формы обучения связан с уменьшением выброса медиаторов в рефлекторной дуге (Shepherd, 1983). При привыкании также уменьшается число синапсов между чувствительными и двигательными нейронами (Moser, 1999).
Сенситизация - усиление рефлекторного ответа под воздействием сильного раздражителя. Этот раздражитель отличается от стимула, который в норме запускает рефлекс. На сильные раздражители нервная система всегда реагирует общим возбуждением. В результате, сигнал, посланный из центральной нервной системы, активизирует выброс медиаторов в рефлекторной дуге (Shepherd, 1983). Число синапсов между чувствительными и двигательными нейронами увеличивается (Moser, 1999).
Объекты исследования, процедура тестирования и статистическая обработка
Эти виды относятся к разным экологическим группам бесхвостых амфибий. Прудовая и озёрная лягушки являются представителями группы полуводных видов. Травяная лягушка, серая и зелёная жабы относятся к группе сухопутных видов.
Основным (модельным) объектом нашего исследования была выбрана прудовая лягушка R. lessonae Cam., представитель полуводных видов амфибий. Стабильность реакции на запах родного водоёма во времени (Бастаков, 1986, 1992) и удобство содержания сеголеток прудовой лягушки в лаборатории (крупный размер, неприхотливость к условиям влажности после метаморфоза) позволяет длительное время проводить эксперименты с этими животными. Важно, что растянутость личиночного развития у прудовой лягушки, по сравнению, например, с травяной лягушкой, позволяет детальнее исследовать интересующие стадии личиночного развития (стадии медленнее сменяют друг друга). Определение систематического положения сеголеток зелёных лягушек проводили по значению 5 морфологических индексов (Lada et al. 1995). Описание индексов и промеры животных приведены в Приложении 2. Определение изучаемых объектов как R. lessonae подтверждено сотрудниками Зоологического музея МГУ Е.А.Дунаевым и В.Ф.Орловой.
Эксперименты проводили как с отловленными в естественных условиях, так и с выращенными в лаборатории сеголетками разных видов. Ниже перечислены места отлова природных сеголеток и источники получения икры для выращивания сеголеток в искусственных условиях.
R. lessonae. Икру прудовой лягушки брали в 2 прудах площадью 150 и 300 м2, расположенных в 0,5-1 км к северо-востоку от д.Каверино Ступинского района Московской области (50 км южнее г.Москвы). Это постоянные водоёмы «Дачный пруд» и «Пруд на повороте», в которых каждый год нерестятся прудовые лягушки. В эту же группу нерестовых водоёмов входит «Соседский пруд» (постоянный нерестовый водоём площадью 300 м2). Подробное описание этих прудов будет приведено в разделе результатов по учётам прудовой лягушки в окрестностях д. Каверино. Сеголеток отлавливали после метаморфоза около водоёмов «Соседский пруд», «Пруд на повороте» и в водоёме площадью 18 м2 в окрестностях биостанции «Глубокое озеро» Рузского района Московской области (60 км западнее г.Москвы). Последний водоём также используется прудовой лягушкой для нереста уже много лет. Водоём представляет из себя канаву на лесной поляне. Берега покрыты высоким травяным покровом.
R. ridibunda. Сеголеток озёрной лягушки отлавливали в водоёме площадью около 1200 м2 в 2 км к юго-востоку от Михайловского кордона национального парка «Орловское полесье» Орловской области. Водоём находится на границе леса и поля. Берега водоёма поросли густой осокой. Рядом протекает р.Вытебеть.
R. temyoraria. Икру для выращивания сеголеток травяной лягушки в лабораторных условиях брали в водоёме «Дачный пруд», описанном выше. Природных сеголеток отлавливали для экспериментов в водоёмах окрестностей Звенигородской биологической станции МГУ (Одинцовский район Московской области). Это «Костин пруд» и «Пожарный пруд», расположенные на территории биостанции. Пруды площадью около 70 м2 расположены на окраине леса. Берега местами покрыты густым травяным покровом. Рядом протекает Москва-река. Сеголеток также отлавливали в одном из очистных прудов дома отдыха «Мирный», расположенных вблизи Москвы-реки в 2 км к западу от биостанции. В эти водоёмы сливаются грязные стоки из котельной, и вода имеет неприятный гнилостный запах. Водоём имеет площадь около 350 м2, берега покрыты густым травяным покровом.
В. bufo. Сеголеток серой жабы отлавливали у водоёма «Стерляжий пруд», расположенного на территории Звенигородской биостанции МГУ. Водоём имеет площадь около 800 м2, окружён лесом, берега местами полностью лишены травяного покрова.
В. viridis. Сеголеток зелёной жабы отлавливали в водоёме площадью 20 м2, расположенном на юго-западе г.Москвы на территории Дворца творчества детей и юношества. Водоём представляет из себя искусственный бассейн, полностью облицованный каменной плиткой. Со всех сторон к водоёму вплотную прилегают асфальтированные пешеходные дорожки, за которыми начинается обширный газон. В этом же водоёме брали икру для выращивания сеголеток в лабораторных условиях.
Сеголеток зелёной жабы отлавливали также в водоёме площадью около 6 м на окраине д.Луцино среди недостроенных коттеджей, в пруду площадью около 600 м2 у железнодорожного переезда у д.Шихово (Одинцовский район Московской области, в 2-2,5 км к востоку от Звенигородской биологической станции МГУ)
Шараповском карьере на окраине д.Шарапово (Одинцовский район Московской области, в 5 км к югу от Звенигородской биологической станции МГУ). Водоёмы расположены на песчаном грунте и граничат с открытым полем. Водоёмы в Шараповском карьере представляют из себя 3 лужи площадью по 10 м2 каждая, окружённые густым растительным покровом из злаков. Однако на расстоянии 10 м от воды растительность становится разреженной: участки голого песка чередуются с островками злаков. Границы карьера представляют собой голые песчаные склоны высотой до 10-15 м. К карьеру с запада примыкает участок смешанного леса. Водоём в Луцино также окружён участками голого песка, которые чередуются с островками злаков. Рельеф вокруг водоёмов холмистый. Пруд у переезда у д. Шихово (Шиховский пруд) почти со всех сторон окружён полосой ивового и берёзового подроста, за которой начинается полураспаханное поле. Несмотря на большую площадь, пруд имеет глубину всего 50-80 см и хорошо прогревается. Берега водоёма илистые и топкие.
Для того, чтобы выяснить, способны ли представители перечисленных видов распознавать интересующие нас химические стимулы, их тестировали в условиях парного выбора стимулов в тест-камере и Т-образном лабиринте. Чтобы определить наиболее адекватные подходы в решении данной задачи проводили индивидуальные и групповые тесты, как по методу учета первого выбора, так и по методу длительного тестирования. Большая часть материала получена методом группового тестирования и преимущественно касается изучения поведения
Процедура тестирования в Т-образном лабиринте. Составные части Т-лабиринта: тёмная старт-камера (размеры 6 х 6 х 6 см с выходным отверстием 3x3 см), коридор сравнения (20 х 5 х 6 см), два отсека с источниками запахов (30 х 25 х 10 см). Боковые стенки отсеков с запахами были частично закрыты серым картоном, чтобы сеголетки не могли воспользоваться внешними зрительными ориентирами, находясь в коридоре сравнения (рис. 2). Источником света во время тестирования служила лампа мощностью 40Вт, находившаяся в 1,5 м от коридора сравнения напротив выхода из старт-камеры. По окончании каждого теста коридор сравнения промывался водопроводной водой. Этот вариант лабиринта использовался ранее в работах на трёх видах бесхвостых амфибий (Бастаков, 1991). Животных высаживали в старт-камеру группой по 3 особи. Выбор считался сделанным, когда сеголетка заходила в отсек с источником запаха (метод учета первого выбора). Сеголеток, которые просидели в неподвижной позе в коридоре сравнения более 20 минут, удаляли из Т-лабиринта. Тестирование каждой опытной группы на одну и ту же пару стимулов повторяли несколько раз для подтверждения наблюдаемой реакции на стимул.
Факторы, определяющие характер реакции на запах родного водоёма у сеголеток сухопутных видов
Как было показано в обзоре литературы, в современных работах по изучению хемосенсорной ориентации взрослых бесхвостых амфибий, ведущих наземный образ жизни, практически не используются тесты с учетом первого выбора животным стимула. В основном применяют методы длительного тестирования, и как правило тестирование носит индивидуальный характер. В настоящей работе сеголетки 3 видов амфибий прудовой лягушки R. lessonae, травяной лягушки R. temporaria и зеленой жабы В. viridis были протестированы на распознавание знакомых химических стимулов тремя разными методами. Первые 2 примененных метода - индивидуальные тесты либо с учетом первого выбора, либо по методике длительного 40 мин. тестирования. Выяснилось, что методы дают противоположные результаты. Метод учета первого выбора выявляет способность распознавать знакомые стимулы у прудовой лягушки, но не обнаруживает этой способности у зеленой жабы. Метод длительного 40 мин. тестирования, наоборот, свидетельствует о наличии такой способности у зелёной жабы и об её отсутствии у прудовой лягушки. Оба метода приводят к заключению, что у травяной лягушки распознавание знакомого стимула, по-видимому, невозможно. Из представленного в работе обзора литературы вытекает, что в пространственной ориентации амфибий, в том числе в механизмах их хемосенсорной ориентации, следует ожидать скорее сходства, чем различия в поведении. На основании обсуждаемых 2 методов индивидуального тестирования каких-то общих закономерностей в поведении разных видов обнаружить не удается, картина представляется противоречивой. Видимо, ввиду обнаруживаемых противоречий некогда успешно начатые работы по хемосенсорной ориентации сеголеток бесхвостых амфибий, связанные с распознаванием запаха родного водоема (Бастаков, 1986, 1992), не получили дальнейшего продолжения (Reshetnikov, 1996). Мы сочли эти противоречия методическими и попытались создать метод, позволяющий давать более однозначный результат. В настоящей работе применили групповые тесты по методу длительного 40 мин. тестирования. Первые же опыты показали, что получаемый в таких тестах результат свидетельствует о способности распознавать
знакомые химические стимулы не только у прудовой лягушки и зеленой жабы, но и у сеголеток травяной лягушки. Этот метод обнаружил факт запоминания стимулов в ходе личиночного развития, о чем говорил также метод индивидуального тестирования с учетом первого выбора, и факт существования динамики реакции на знакомые стимулы, о чем свидетельствовал метод индивидуального длительного 40 мин. тестирования. Выпадавшая ранее из общего контекста исследования травяная лягушка, также нашла свое место в этой концепции.
Предположение о том, что сеголетки разных видов должны проявлять сходную динамику реакции на запах родного водоема (на знакомые химические стимулы), вытекает из существования у них ограниченного периода после метаморфоза, когда молодые животные держатся вблизи родного пруда (вероятно, завершая физиологические перестройки, связанные с метаморфозом). Известно, что такое поведение коррелирует с наличием реакции предпочтения на знакомые стимулы (Бастаков, 1986). Как показали наши наблюдения, у представителя полуводных видов, прудовой лягушки, период нахождения у водоема достаточно продолжителен, а у сухопутных видов он может быть не так явно выражен. Установлено, что зеленая жаба не сразу уходит от водоема, а может оставаться около недели на некотором расстоянии от него, образуя так называемую «буферную» зону (Шахпаронов, 2004). По-видимому, такая же зона есть у травяной лягушки и серой жабы, но, возможно, она существует непродолжительное время, а потому не так четко выражена. Сеголетки всех указанных видов, находясь, в «буферной зоне» предпочитали запах родного водоёма, что, вероятно, способствовало их удержанию на близком расстоянии от пруда.
Несмотря на возможность создания общей концепции поведения сеголеток разных видов, при групповом тестировании возникает ряд вопросов. Во-первых, взаимодействуют ли особи друг с другом в ходе такого теста? Если да, то выбор сеголеток одной части группы будет влиять на выбор других её членов. Возникнет трудность разделения в опыте хемосенсорной ориентации и социальных взаимодействий, что затруднит интерпретацию результата. Можно предположить, что сеголетки могли бы ориентироваться в тест-камере на запах выделений особей своего вида. Однако этот вопрос весьма слабо изучен, а те данные, что имеются, говорят о том, что взрослые Leiopelma hamiltoni предпочитают свой запах при сравнении с запахом других конспецификов. При этом предпочитается именно свойзапах, а запах чужих особей избегается (Lee, Waldman, 2002; Waldman, Bishop, 2004). Поэтому маловероятно, что какая-то часть тест-камеры, где находится несколько большая концентрация выделений конспецификов, могла бы привлекать оставшихся сеголеток. Даже в тех случаях, когда речь идет о группировании с родственниками на основании знакомых химических стимулов (у сеголеток R. cascadae), для того, чтобы зафиксировать тенденцию к группированию, тест приходится продолжать более 7 часов, что, конечно, свидетельствует об очень слабом тяготении сеголеток друг к другу (Blaustein et al., 1984). В специально проведённых опытах по распознаванию взрослыми особями В. woodhousei, Pseudacris clarki и P. streckeri воды из своего нерестового водоёма показано, что эти виды привлекаются запахом воды с грунтом из своего нерестового водоёма, но не ориентируются при этом на запах особей своего вида (Grubb, 1973с). Правда известно, что сеголетки жаб В. cognatus могут использовать зрительные ориентиры для группирования с сородичами (Flowers, Graves, 1997). Специально проведённые В.В.Шахпароновым эксперименты с зелёной жабой В. viridis показали, что сеголетки действительно тяготеют к оформленному скоплению себеподобных, необязательно особей своего вида. При этом используется не хемосенсорное, а зрительное распознавание. Интересно, что жабята отличают сеголеток от скопления тёмных фигур. Тем не менее, специально показано, что в опытах, проводимых по методике нашей работы, подобное поведение выражено весьма слабо и только в первые 5-10 мин. теста, когда сеголетки, по-видимому, исследуют незнакомую для них обстановку (Шахпаронов, 2004). Совпадение результатов групповых тестов на распознавание химических стимулов с результатами индивидуальных 40 мин. тестов у сеголеток зелёной жабы в указанной работе, а также в ходе нашего исследования, свидетельствует о том, что эффект группирования в подобных тестах проявляется в крайне незначительной степени. Иными словами, ведущей системой ориентации в наших тестах с зеленой жабой оказывается хемосенсорная ориентация на предлагаемые стимулы.
