УДК 599.537;574.38;575.858
РЕПРОДУКТИВНО ИЗОЛИРОВАННЫЕ ЭКОТИПЫ КОСАТОК ORCINUS ORCA В МОРЯХ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА РОССИИ
© 2014 г. О. А. Филатова1, Е. А. Борисова1, О. В. Шпак2, И. Г. Мещерский2, А. В. Тиунов2, А. А. Гончаров2, И. Д. Федутин1, А. М. Бурдин3
1 Биологический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Москва 119992, Россия e-mail: alazor@rambler.ru 2Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, Москва 119071, Россия 3 Камчатский филиал Тихоокеанского института географии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский 683024, Россия Поступила в редакцию 11.06.2013 г.
В морях Дальнего Востока России были обнаружены два экотипа косаток — рыбоядный и плотоядный, однако для подтверждения их статуса необходимы генетические исследования особей с известным фенотипом и пищевой специализацией. В данной работе мы сравниваем результаты анализа генетических ядерных маркеров, изотопного состава тканей и фенетического признака (окраски седловидного пятна) косаток из разных районов дальневосточных морей. По результатам анализа аллельного состава 9 микросателлитных локусов ядерной ДНК косатки разделились на два четких кластера, уровень различий между которыми свидетельствует о репродуктивной изоляции. Содержание стабильного изотопа азота 15N у косаток первого кластера было значимо ниже, чем у косаток второго кластера. Различие величины S15N между особями, входящими в разные кластеры, составило около 3%е, что соответствует различию между соседними трофическими уровнями. Очевидно, к первому кластеру относились рыбоядные, а ко второму — плотоядные особи. Частота встречаемости типов окраски седловидного пятна также различалась между кластерами. У косаток первого кластера в разных пропорциях встречались пять типов окраски седловидного пятна, а у косаток второго кластера встречались лишь пятна "гладкого" типа. Различия между кластерами были статистически значимы. Таким образом, косатки морей Дальнего Востока России представлены как минимум двумя репродуктивно изолированными кластерами, имеющими стабильные экологические и морфологические отличия, т.е. двумя разными экотипами — рыбоядным и плотоядным. Косаток каждого из экотипов необходимо рассматривать по отдельности при учетах численности, мониторинге, оценке антропогенного воздействия и определении объемов допустимого изъятия особей из природных популяций.
Ключевые слова: косатка, Orcinus orca, экотипы, пищевые специализации.
DOI: 10.7868/S0044513414080054
Косатка (Orcinus orca) — хищник с широким спектром питания (Ford, 2002), но отдельные популяции нередко специализируются на определенном типе добычи (Ford et al., 1998; Saulitis etal., 2000). Например, в водах тихоокеанского побережья Северной Америки обитают три экологических типа косаток, различающихся как пищевой специализацией, так и поведением, социальной структурой и некоторыми морфологическими особенностями (Ford, 2002). В прибрежных водах чаще всего можно встретить представителей двух из этих экотипов — рыбоядных (так называемых "резидентных") и плотоядных ("транзитных") косаток. Рыбоядные косатки питаются в основном лососем и другими видами рыбы, а
плотоядные охотятся на морских млекопитающих — тюленей, дельфинов, морских свиней и даже крупных китов (Ford et al., 1998; Saulitis et al., 2000). Различия в объектах питания влекут за собой различия в поведении, социальной структуре и морфологии. Рыбоядные косатки живут семьями. Семья состоит из самки и нескольких поколений ее потомков; детеныши обоего пола всю жизнь остаются в родной семье (Bigg et al., 1990). У плотоядных косаток часть животных с возрастом может уходить из семьи, поскольку большим семьям сложнее прокормиться, так как тюлени замечают их издалека. Рыбоядные и плотоядные косатки различаются и по строению черепа (Krahn et al., 2004) — у плотоядных он более мощ-
ный и крепкий, а также формой спинного плавника и расположенного за ним седловидного пятна (Baird, Stacey, 1988).
Помимо двух прибрежных экотипов, в северовосточной части Тихого океана обитают пелагические, или "оффшорные", косатки, которые обычно держатся вдали от берегов и подходят к ним лишь изредка. По этой причине они пока плохо изучены, известно лишь, что они часто ходят большими группами и, возможно, специализируются в охоте на акул (Ford et al., 2011).
Разные экотипы косаток описаны также для антарктических вод. Здесь к настоящему времени известно не менее четырех экотипов, хорошо различающихся внешне. Косатки типа "А" охотятся в основном на китов, чаще всего на малых полосатиков, и предпочитают держаться вдали ото льдов (Pitman, Ensor, 2003). Два ледовых экотипа — "В" и "С" — существенно отличаются окраской от типа "А" и всех прочих косаток: они не черного, а серого цвета, с более темной спиной (Pitman, En-sor, 2003). Косатки типа "В" охотятся на тюленей, дрейфующих на льдинах вокруг Антарктики. Это крупные животные с огромным заглазничным пятном, благодаря которому их легко узнать (Pitman, Ensor, 2003). Косатки типа "С" — рыбояды, питаются преимущественно антарктическим клыкачом (Dissostichus mawsoni). Они значительно мельче прочих, а заглазничное пятно у них узкое и косое (Pitman, Ensor, 2003). Четвертый субантарктический экотип "D" известен пока лишь по нескольким встречам, и данных о нем немного, однако имеет особенности: совсем крошечное за-глазничное пятно, выпуклый, как у гринды, лоб и маленький спинной плавник (Pitman et al., 2010).
Косатки разных экотипов в природе не скрещиваются, что приводит к существенной генетической дифференциации (Hoelzel, Dover, 1991). По данным анализа полной последовательности их митохондриальной ДНК, наиболее дивергиро-вавшим экотипом являются плотоядные косатки северной части Тихого океана — они отделились от общей ветви около 700 тыс. лет назад (Morin etal., 2010). Также довольно сильно отличаются от прочих антарктические косатки — время их дивергенции датируется 150 тыс. лет назад. Рыбоядные косатки северной Пацифики оказываются более близкими родственниками североатлантических косаток, чем живущих с ними бок о бок плотоядных.
В российских водах было показано наличие двух разновидностей косаток, одна из которых по морфологическим и поведенческим признакам соответствует рыбоядным, а другая — плотоядным косаткам североамериканского побережья Тихого океана (Burdin et al., 2004; Ivkovich et al., 2010). Анализ контрольного региона митохондриальной ДНК подтвердил, что "рыбоядные" и "плотоядные" косатки российских вод являются
родственниками североамериканских рыбоядных и плотоядных животных (Бурдин и др., 2004). Однако митохондриальная ДНК несет информацию только о родстве по материнской линии; таким образом, неизвестно было, скрещиваются ли рыбоядные и плотоядные косатки в российских водах или представляют собой репродуктивно изолированные популяции. Для того чтобы это выяснить, необходим анализ ядерной ДНК. Кроме того, наблюдения охот предполагаемых рыбоядных особей на рыбу, а плотоядных — на морских млекопитающих не исключали возможность того, что косатки могут иногда переключаться на другой тип добычи. Более точным методом изучения питания является анализ изотопного состава тканей, позволяющий выявить трофический уровень животного.
В этой работе мы сравниваем результаты генетического анализа, анализа изотопного состава азота (15М/14Ы) и анализа фенетического признака (формы седловидного пятна) косаток из разных районов дальневосточных морей с целью прояснения вопроса о существовании рыбоядного и плотоядного экотипов косаток в российских водах.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Основным материалом для данной работы послужили 67 проб биопсии от косаток из четырех регионов: из Авачинского (41 проба) и Карагин-ского (2 пробы) заливов п-ова Камчатка, из акватории Командорских о-вов (11 проб) и из западной части Охотского моря (залив Академии) (13 проб) (рис. 1).
Пробы собраны с помощью выпускаемой из арбалета стрелы со специальным наконечником в виде металлической трубочки с острыми краями. Эта трубочка на 1.5—2 см проникает в тело косатки, а пластиковый поплавок на стреле смягчает удар и отталкивает ее назад. Таким образом высекается столбик кожи и жира, который остается внутри наконечника, когда стрела отскакивает от животного. При взятии пробы косаток фотографировали для последующей идентификации. Эти фотографии были использованы для анализа фе-нетического признака — формы седловидного пятна.
Две пробы с Командорских о-вов были получены от мертвых животных, найденных на берегу. Первая проба была взята от взрослой самки, найденной в бухте Буян о-ва Беринга 27.01.2007 г. Проба любезно предоставлена С.В. Загребель-ным. Вторая проба была взята от детеныша косатки, обнаруженного на Северо-Западном лежбище о-ва Беринга 28.09.2011 г. Проба любезно предоставлена Е.Г. Мамаевым.
Все пробы фиксировали в 70% или 96% растворе этилового спирта.
Рис. 1. Карта морей Дальнего Востока России с обозначением районов, в которых были взяты пробы. Точки взятия проб помечены черными треугольниками.
Генетический анализ
Генетический анализ проводили на базе кабинета методов молекулярной диагностики Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Се-верцова РАН. Для измельчения проб использовали вибрационную мельницу Retsch MM400. Выделение ДНК осуществляли с использованием процессора магнитных частиц KingFisher Flex Magnetic Particle Processors (Thermo Scientific) и набора реагентов InviMag Tissue DNA Kit (STRATEC Molecular, Германия) согласно инструкции производителя. Раствор ДНК хранили при температуре —20°С. Для образцов было проведено определение аллельного состава девяти микросателлитных локусов ядерной ДНК: 464/465 (последовательности праймеров см. в Fullard et al., 2000), DlrFCB12, DlrFCB13, DlrFCB17 (Buchanan et al., 1996), MK5, MK9 (Krutzen et al., 2001), Ttr11, Ttr48 (Rosel et al., 2005), Dde66 (Coughlan et al., 2006). Один из праймеров каждой пары был снабжен флуоресцентной меткой (FAM, R6G, ROX или TAMRA). Амплификацию выбранных участков проводили на базе смеси Mag Mix 2025 (ЗАО "Диалат", Россия). Все использованные в работе
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.