ЭКОЛОГИЯ, 2015, № 3, с. 198-205
УДК 575.17
ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА ГЕНЕТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ И ЭФФЕКТИВНАЯ ЧИСЛЕННОСТЬ ПОПУЛЯЦИЙ BRADYBAENA FRUTICUM MÜLL. (MOLLUSCA, GASTROPODA, PULLMONATA) В УСЛОВИЯХ ЮГА СРЕДНЕРУССКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ
© 2015 г. Э. А. Снегин
Белгородский государственный национальный исследовательский университет 308015 Белгород, ул. Победы, 85
e-mail: snegin@bsu.edu.ru Поступила в редакцию 28.03.2014 г.
С временным промежутком в 14 лет (в 1996 и 2010 гг.) изучена структура генофондов десяти популяций наземного брюхоного моллюска Bradybaena fruticum Müll., обитающих в условиях юга Среднерусской возвышенности. Отмечены достоверные изменения частот аллелей и уровня генетического разнообразия. На основе "темпорального" метода (Кг1шва8, Tsakas, 1971; Nei, Tajima, 1981) вычислены значения эффективной численности исследуемых групп моллюсков. Рассматриваются особенности метапопуляционной структуры кустарниковой улитки в условиях урбанизированного ландшафта.
Ключевые слова: брюхоногий моллюск, популяции, динамика генофондов, эффективная численность.
DOI: 10.7868/S0367059715020110
Настоящая работа является составной частью длительного мониторинга популяционной структуры индикаторного вида наземных моллюсков
Bradybaena (Fruticicola1) fruticum Müll. на территории Евразии. В ходе мониторинговых мероприятий, проводимых в природоохранном аспекте, оценивается эффективная численность, популяций изучаемых видов, т.е. минимальная численность, необходимая для выживания. С генетической точки зрения под эффективной численностью понимают численность идеальной популяции, в которой уровень дрейфа генов соответствует таковому в реальной популяции (Wright, 1931). Такое понимание эффективной численности позволяет более объективно подходить к разработке программ по сохранению видового разнообразия. Кроме того, эти знания полезны для изучения эволюционных процессов, происходящих в естественных популяциях.
Известно также, что многообразие адаптаций и изменчивость климатических факторов среды значительно искажают прогнозы, построенные на основе данных, полученных за короткие промежутки времени. В этой связи многолетние наблюдения являются единственной альтернативой
1 В некоторых источниках вид относят к роду Fruticicola (Кантор, Сысоев, 2005; Зейферт, Хохуткин, 2010).
для проверки выдвинутых гипотез и получения объективной картины.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
В настоящей работе с временным промежутком в 14 лет в целях сопоставления и вычисления эффективного размера групп нами была изучена структура генофондов популяций кустарниковой улитки, обитающих в условиях юга Среднерусской возвышенности. В 1996 г. было изучено 20 популяций, а в 2010 г. — 37 популяций, из них повторно проанализировано 10 групп, по которым и проводилось сопоставление (см. табл. 1 и рисунок).
Для сбора моллюсков на участке размером 2 х 2 м энтомологическим сачком проводилось кошение. При этом в сачок попадались разновозрастные особи, сидящие на стеблях трав. Затем на этом же участке вручную с почвы собирали моллюсков, упавших при кошении, а также находящихся во время сбора в прикорневом ярусе. При небольшой плотности моллюсков размер участка увеличивали в 2 раза. В каждом исследуемом биоценозе делали три или четыре выборки. Координаты выборок отмечали с помощью GPS навигатора Garmin 76. Общую площадь занимаемого улитками биотопа определяли по карте.
В качестве генетических маркеров популяци-онной структуры нами были использованы следу-
Таблица 1. Описание пунктов сбора моллюсков
Пункт Описание биотопа Координаты
1. Стенки Изгорья Заповедный участок "Стенки Изгорья". Заболочен- 50° 41'23'' с.ш.,
ный биотоп, заросли ольхи, в подлеске лопух и крапива 37° 49'12'' в.д.
2. Ровеньки Природный парк "Ровеньский". Пойма р. Айдар, 49° 54'33'' с.ш.,
окрестности пос. Ровеньки. Умеренно увлажненный 38° 52'55'' в.д.
открытый участок. Заросли лопуха, борщевика с
примесью крапивы
3. Борисовка Пойма р. Ворскла, территория пос. Борисовка, под 50° 36'35'' с.ш.,
автомобильным мостом 36° 00'25'' в.д.
4. Хотмыжск Пойма р. Ворскла возле пос. Хотмыжск. Заросли 50° 35'05'' с.ш.,
лопуха с примесью крапивы 35° 52'24'' в.д.
5. Головчино Долина р. Ворскла возле с. Головчино. Нагорная 50° 33'57'' с.ш.,
дубрава 35° 48' 12'' в.д.
6. Сырцево Пойма р. Пена, окрестности пос. Сырцево (Ивнян- 50° 53'48'' с.ш.,
ский район). Заросли ивы и клена 36° 15'32'' в.д.
7. Ясный колодец Памятник природы "Ясный колодец", пойма р. Ко- 50° 49'34'' с.ш.,
роча, окрестности г. Короча. Опушка черноольшани-ка 37° 12'34'' в.д.
8. Корень Пойма р. Корень, окрестности пос. Алексеевка (Ко- 50° 45'19'' с.ш.,
рочанский район). Заросли ивы 37° 01'30'' в.д.
9. Северский Донец Пойма р. Северский Донец, окрестности г. Белгород. 50° 36'38'' с.ш.,
Заросли ивы и клена 36° 37'19'' в.д.
10. Нежеголь Пойма р. Нежеголь, территория г. Шебекино. Иво- 50° 24'32'' с.ш.,
вый лес 36° 52'38'' в.д.
ющие менделирующие признаки: фен П+— наличие продольной коричневой полосы на раковине, определяется как гомозигота по рецессивному ал-лелю наличия полосы (Хохуткин, 1979); фен Ц3 — желтый цвет раковины, определяется как гомозигота по аллелю желтой окраски (Снегин, 1999, 2005); локус неспецифических эстераз EST2 c тремя аллелями, наследуемых по кодоминантному типу (Матекин, Макеева, 1977; Макеева и др., 2005).
Экстракцию водорастворимых белков проводили из ретрактора ноги моллюсков путем замораживания при —80°C с последующим оттаиванием и механическим измельчением тефлоновым гомогенизатором в 0.05 М трис-НС1-буфере (pH 6.7). Электорофорез изоферментов осуществляли в 10%-ном полиакриламидном геле в камере PROTEAN II xi Се11 20 (BioRad). Для приготовления гелей использовали трис-НС1-буфер (концентрирующий гель pH 6.7, разделяющий гель рН 8.9). Для электрофореза применяли электродный трис-глициновый-буфер (рН 8.3). Блоки окрашивали в субстратной смеси: трис-HCl (рН 7.4), а-нафтилацетат, прочный красный TR.
В настоящее время нами накоплен довольно большой материал о состоянии генофондов изучаемых популяций кустарниковой улитки с ис-
пользованием как различных аллозимов, так и ДНК-маркеров (Снегин, 2010, 2011). Но ввиду того, что в 1996 г. анализ генетической структуры популяций этого вида проводился на основе фенов раковины П+ и Ц3, а также одного эстеразо-активного локуса ЕБТ2, выборки сопоставляли только по этим маркерам.
Расчет эффективной численности был проведен с помощью так называемого "темпорального" метода. Эта модель основывается на сравнении частот аллелей по одному или нескольким локусам одновременно, в двух выборках из одного и того же места обитания, между моментом сбора которых лежит определенный временной отрезок, выражаемый числом генераций. Поэтому при его использовании необходимы сведения о среднем периоде между двумя генерациями.
Впервые этот метод предложили С. В. Крим-бас и С. Цакас (Кптва8, Т8ака8, 1971), развили — М. Ней и Ф. Таджима (N01, Та^а, 1981):
Ме = Т---1'
2 Гк -----—
_ 2М0 2К< _
где I — время между моментами сбора (в генерациях); М0, N — объемы выборок в моменты времени
Fk --
2Nо 2Nt
t
Пункты сбора Br. fruticum.
0 и t; Fk — стандартизированная варианса изменения частот аллелей:
Fk = IУ A
, 0 к 2
(Pi - Pi)
t 0 , tч
(Pi + Pi)
( x pi)
где А — число аллелей в данном локусе; p° , p\ — частоты i-й аллели в момент времени 0 и t.
Для расчета по нескольким локусам авторы использовали среднее взвешенное значение Fk:
У (Aj - 1) X Fk( j) Fk(ML) = ^ JL—--—,
У (Aj - 1)
где Fk(ML) — оценка стандартизированной вари-ансы, полученная для нескольких локусов; Fk(j) — то же самое для j-го локуса; Aj — число аллелей по j-му локусу.
Обработка полученных данных проводилась с использованием программы GenAlEx 6.5 (Peakall, Smouse, 2012). Оценку достоверности различий между частотами аллелей разных лет осуществляли с помощью точного критерия Фишера (Fisher Exact Test) (Фишер, 1958).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Принимая во внимание сведения о том, что в условиях Русской равнины для Br. fruticum возраст достижения половой зрелости колеблется в диа-
пазоне 3.5—4 года (Хохуткин, 1997), в период с 1996 по 2010 г. укладываются три полные генерации. Поскольку объемы выборок, используемых для фенетического и биохимического анализа, различались, для получения достоверной картины расчеты эффективной численности были проведены в двух вариантах: по совокупности фенов раковины и локусу изоферментов.
Частоты аллелей в исследуемых популяциях и результаты вычисления эффективной численности приведены в табл. 2 и 3.
Проведенный анализ показывает довольно пеструю картину. В большинстве пунктов величины эффективной численности по локусу эстераз и фенам раковины значительно отличаются. Это, вероятно, свидетельствует о различных векторах отбора и его интенсивности по разным системам. Исключение составляют пункт № 1 ("Стенки Из-горья"), где в обоих случаях получены высокие значения эффективной численности, а также группы № 8 ("Корень") и № 10 ("Нежеголь"), где низкие значения эффективных чисел по фенам и аллозимам отличаются не более чем в 2 раза.
В популяциях № 2, 3, 4 и 10 отмечены достоверные различия между выборками разных лет по частоте аллеля дП+, а в группах № 6 и 9 — по частоте аллелей дП+ и дЦ3 (табл. 2), что нашло отражение в низких значениях их эффективного размера.
В группе "Северский Донец" (№ 9) в выборках разных лет частоты аллелей в локусе эстераз ока-
Таблица 2. Частоты аллелей (д ± тд) и значения численные на основе "темпорального" метода с
эффективной численности в изучаемых группах Br. fruticum, вы-использованием фенов раковины П+ и Ц3
Пункт Год N Частоты аллелей Fk Ne
чЦз qn+
1. Стенки Изгорья 1996 119 0.344 ± 0.044 0.400 ± 0.045 0.019 76.3
2010 94 0.371 ± 0.050 0.462 ± 0.052
2. Ровеньки 1996 140 0.643 ± 0.041 0.615 ± 0.041 0.386 3.8
2010 65 0.723 ± 0.056 0.303 ± 0.057
3. Борисовка 1996 199 0.283 ± 0.032 0.381 ± 0.035 0.314 4.7
2010 67 0.322 ± 0.058 0.669 ± 0.058
4. Хотмыжск 1996 80 0.224 ± 0.047 0.000 0.511 2.9
2010 47 0.253 ± 0.064 0.253 ±
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.