CC BY
100
ИЗВЕСТИЯ
ПЕНЗЕНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА имени В. Г. БЕЛИНСКОГО ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ № 25 2011
IZVESTIA
PENZENSKOGO GOSUDARSTVENNOGO PEDAGOGICHESKOGO UNIVERSITETA imeni V. G. BELINSKOGO NATURAL SCIENCES № 25 2011
УДК 599.322:591.9
Большой СУСЛИК (SPERMOPHILUSMAJOR PALL.) НА ПРАВОБЕРЕЖЬЕ ВОЛГИ: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ
© Ал. А. КУЗЬМИН*, А. А. ШМЫ1РОВ**, С. В. ТИТОВ*
*Пензенский государственный педагогический университет им. В. Г. Белинского,
кафедра зоологии и экологии **Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН, лаборатория популяционной экологии e-mail: kuzmin_penza@mail.ru
Кузьмин Ал. А., Шмыров А. А., Титов С. В. - Большой суслик (Spermophilus major Pall.) на Правобережье Волги: современное состояние и распространение // Известия ПГПУ им. В.Г. Белинского. 2011. № 25. С. 214-219. - Расширение области обитания большого суслика на Правом берегу Волги обусловлено устойчивым расселением вида с севера на юг и микромиграциями особей с востока на запад, что доказывается различиями полиморфизма изученных поселений большого суслика. Анализ гетерозиготности правобережных популяций по маркерам микросателлитной ДНК свидетельствует о стабильности их структуры и протекании в них автономных генетических процессов. Наблюдающаяся современная депрессия численности вызвана либо влиянием внешних факторов (изменение биотопов, прямое истребление и др.), либо внутренними процессами колебания численности. Ключевые слова: большой суслик, поселения, молекулярно-генетические исследования, распространение.
Kuzmin Al. A, Shmyrov A. A., Titov S. V. - The russet ground squirrel (Spermophilus major Pall.) on the Right bank of Volga: a modern condition and distribution // Izv Penz. gos. pedagog. univ. im.i V.G.Belinskogo. 2011. № 25. P. 214-219. - Expansion of area of dwelling of the russet ground squirrel on Right bank of Volga is caused by steady moving of a from the north on the south and micromigrations of individuals from the east on the west that is proved distinctions of polymorphism of the investigated colonies of the russet ground squirrel. The analysis of heterogeneity of right-bank populations on markers of microsatellite DNA testifies to stability of their structure and course in them of independent genetic processes. Observed modern depression of number is caused or influence of external factors (change habitat, direct destruction) or internal processes of fluctuation of number.
Keywords: the russet ground squirrel, colonies, molecular genetic researches, distribution.
Исследования особенностей обитания видов и характера взаимоотношений особей в локальных популяциях были и остаются одной из центральных проблем современной биологической науки. Структура популяций животных с одной стороны является отражением истории становления экологической специфичности видов, а с другой стороны особенности распределения особей и использования ими биотопа являются пространственно-временной переменной реализации жизненной стратегии вида в конкретных условиях обитания. Поэтому в биологических и экологических исследованияхпостоянно возникаетнеоб-ходимость изучения как номинальных (эволюционно первоначальных) моделей обитания видов, так и предельных ситуаций обитания вида в субоптимальных или пессимальных условиях. Одним из проявлений этого процесса дифференциации видовой структуры является часто наблюдаемый в природе популяционный полиморфизм.
Широко используемые в последнее время молекулярно-генетические маркеры открывают перед популяционными исследованиями новые возможности в исследованиях микроэволюционных процессов, в частности позволяют достаточно точно определить уровень полиморфизма в популяциях при использовании небольших по объему, но репрезентативных по качеству выборок. Наряду с этим, не менее актуальными остаютсяисследованияпопуляционногополиморфиз-ма с использованием классических признаков - морфологических, фенотипических и акустических. При этом сравнительные исследования внутрипопуляци-онного полиморфизма с использованием широкого набора полиноминальных маркеров являются актуальными и расширяют наши знания о способах устойчивого существования популяций в естественной, но меняющейся среде обитания [17].
Для анализа популяционного полиморфизма млекопитающих удобной моделью является большой
суслик (S. major), который образует в пределах Правобережья мозаичный ареал с изолированными поселе-ниямивлесостепнойистепной зонах, чтоспособствует надежной их изоляции на протяжении определенного промежутка времени и накоплению микроэволюцион-ных изменений. Большой суслик является эврибионт-ным, широко распространенным видом, склонным к заселению (освоению) совершенно новых территорий в связи с высокой экологической пластичностью и к увеличению границ ареала благодаря расселению особей краевых популяций [5, 13].
Большой суслик долгое время считался аборигенным видом Левобережья Волги. Однако в настоящее время S. major распространен как на левом, так и на правом берегу р. Волги (рис. 1).
Первые упоминания об обитании большого суслика на Правобережье Волги мы находим у Симаш-ко [12]. Не указывая точных адресов, автор отмечает, что в северной части ареала (Левобережье Волги) S. major переходит за Волгу и встречается в Казанской губернии.
До 1960 г. у зоологов существовало мнение, что Волга является естественной западной границей области распространенияэтоговида. Исследования ряда авторов показали, что большой суслик все же обитает и на Правобережье Волги [1, 2, 3, 4, 11, 19]. Его поселения были зарегистрированы в правобережных р-нах Самарскойобл.,атакжеТеренгульском,Новоспасском и Николаевском р-нах Ульяновской обл. [13]. Кроме
этого, было показано, что в период с 1960 по 1996 г. наблюдается активное расселение вида на запад [5].
Современное состояние популяций большого суслика является нестабильным. Для вида отмечено значительное сокращение численности в поселениях, раннее характеризующихся высокой плотностью зверьков, и даже исчезновение отдельных поселений, что характерно как для Лево-, так и для Правобережья Волги. С учетом прямого истребления зверьков и пресса хищников основной причиной снижения численности большого суслика начиная с 90-х годов, вероятно, является деградация пригодных для обитания вида биотопов и изменением видового состава фитоценозов, вызванной сокращением выпаса скота и повышением уровня грунтовых вод [9].
В задачи исследования входило выяснение современного состояния популяций большого суслика, причин и условий его распространения и расселения в пределах Правобережья Волги.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
В основу работы положены результаты многолетних исследований (1999-2010 гг.) в поселениях большого суслика, проведенных на Правом берегу Волги.
Всего было отловлено и изучено 354 особи большого суслика (табл. 1).
Методологическую основу работы составляли прижизненные неинвазивные методы исследований популяций сусликов. Отлов зверьков в поселениях проводился донскимиловушками напротяжении сезона их активности (ранней весной, сразу после их выхода из спячки, а также в период появления на поверхности выводков) с последующим индивидуальным мече-ниемотловленных зверьковпо стандартной схеме[10]. Образцы тканей фиксировали в 96%-ом этаноле, в дальнейшем они были использованы в молекулярногенетическом анализе.
Молекулярно-генетические исследования были направлены на изучение генетического разнообразия и уровня гетерозиготности в каждом отдельном поселении. В работе были использованы два молекулярногенетических маркера: контрольный регион мтДНК (С-регион, D-loop) и микросателлитные повторы в ядерной ДНК.
При анализе последовательностей митохондриальной ДНК большого суслика изначально было выделено 4 митотипа (A, B1, B2, C1), из которых B1, B2 -митотипы S. major, А - митотип желтого S. fulvus, C1 -митотип малого S. pygmaeus сусликов, приобретенные большим сусликом в результате былой гибридизации.
При секвенировании образцов мтДНК было показано, что идентификация митотипов С1 и В2 не всегда точная. В результате мутации митохондриальной ДНК типа С1 произошла замена нуклеотидной последовательности по месту сайта узнавания рестрик-тазы Rsa I (GTAC), что приводит к распознаванию этого типа как митотипа В2. Для выявления специфики последовательностей фрагментов С-региона проводили диагностирование митотипов С1 и В2 при по-
Рис. 1. Область обитания большого суслика в Поволжье: 1 - правобережные районы; 2 - левобережные районы.
мощи рестриктазы Нае III (СЄСС). В результате, для большого суслика выделено всего 5 типов мтДНК: А, В1, В2, С1, С1*, где С1* - митотип С1, имеющий одну специфичную для митотипа В2 замену. Наши исследования показали, что эта мутация описана только в одном поселении в центре Правобережной популяции (с. Смышляевка, Кузоватовский р-н, Ульяновская обл.). Распределение выделенных типов мтДНК
Точки отлова большого
по изученным популяциям позволило выявить предположительные пути расселения большого суслика в регионе.
Для определения генетической структуры поселений большого суслика проводился анализ микроса-теллитной ДНК, показывающий наибольшее по сравнению с другими генетическими маркерами аллельное разнообразие в поселениях.
Таблица 1
са на Правом берегу Волги
№ Поселения Число особей, п
Самарская область
1 с. Новые Озерки, Сызранский р-н. 14
2 с. Ивашеевка, Сызранский р-н. 7
Саратовская область
3 с. Верхняя Чернавка, Вольский р-н. 26
Чувашия
4 пос. Молодежный, Цивильский р-н. 17
Ульяновская область
5 с. Заречное, Барышский р-н. 13
6 с. Белое Озеро, Вейшкамский р-н. 11
7 с. Бестужевка, Кузоватовский р-н. 6
8 с. Смышляевка, Кузоватовский р-н. 176
9 с. Чириково, Кузоватовский р-н. 42
10 с. Загоскино, Майнский р-н. 4
11 пос. Клин, Николаевский р-н. 22
12 с. Бол. Ключищи, Ульяновский р-н. 14
13 с. Новый Урень, Ульяновский р-н. 2
Всего 354
В анализе митохондриальной и микросателлит-ной ДНК были использованы специфические праймер-ныесистемы,разработанныедляевразийскихвидовсус-ликов[6,16]:D-loop-MDL1(5С-tecаccttcaacteccaaagc-3С), H00651(5С-taad:gcagaaggctaggaccaaacct-3С);микросател-литная ДНК - IGS-bm D (5С -aagcagagaagtggtactac-3 С ), IGS-bm Я. (5С-aacattgtttcccttgctatc-3С); STRI 1 D (5С-ggaggaggctcatgagacag-3С),STRI1R(5С-ctaaaaataaagtc tattaaggctt-3С);ST7D(5С-ctaaagtcagagacctgtct-3С),ST7R (5 С -tgtagataccatctcctgac-3 С ).
При возникновении трудностей в процессе аллельного анализа микросателлитной ДНК (по данным электрофоретического разделения фрагментов) для уточнения количества STR-повторов проводилось секвенирование проб, которые впоследствии были использованы в качестве «маркерных индикаторов» количества повторов на микросателлитном участке ДНК.
Для определения полиморфизма в Правобережной популяции большого суслика были выяснены уровень гетерозиготности (наблюдаемой - Н , и ожидаемой - Н5р ) в каждом из поселений, а генетическое раз-
нообразие и генетическая структура популяции были оценены при помощи многоуровневой F-статистики [20]. Для оценки данных по гетерозиготности популяций в границах ареала были использованы выборки (п = 50) из левобережных поселений большого суслика.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ До недавнего времени большой суслик имел широкое распространение в Поволжье в связи с высоким репродуктивным потенциалом и экологической пластичностью. Однако в последнее время на большей частиареалаотмечаетсяустойчивоеснижениечислен-ности в колониях и исчезновение отдельных поселений. Несмотря на это, в сохранившихся поселениях (в условиях оптимального биотопа) выявлена тенденция сохранения высокой численности, а активная дисперсия молодых зверьков в них и миграция с использованием различных путей расселения взрослых особей за пределы колоний приводят к расширению границ ареала большого суслика на Правобережье. В настоящее время большой суслик отмечен в Чуваш-
ской республике и в правобережных районах Самарской, Саратовской и Ульяновской обл.
Исследования современного распространения большогосусликавправобережномПоволжьепоказа-ли, что из 73 известных в конце ХХ в. поселений сохранились только 15, и было обнаружено 5 новых колоний (рис. 2). Изучение обнаруженных нами новых поселений S. major, в частности, в Ульяновской области (с. Белое Озеро Вешкаймского р-на; с. Чириково, с. Бестужевка, с. СтуденецКузоватовскогор-на; с. За-госкино Майнского р-на) выявило в них низкий уровень гетерозиготности по сравнению с близлежащими колониями, обнаруженными нами ранее. Однако даже при потере генетического разнообразия эти поселения характеризовались стабильной структурой и средней плотностью особей в поселении. Этот факт свидетельствует о дальнейшем продвижении границы ареала
S. major в западном направлении и освоении им малопригодных лесостепных биотопов на правом берегу Волги [8, 9].
Определяющими факторами расселения вида выступают высокий репродуктивный потенциал, экологическая пластичность вида и высокая, по сравнению с другими видами сусликов, миграционная активность большого суслика [7, 14, 15]. Кроме этого быстрому расселению большого суслика на запад способствует разветвленная дорожная сеть и хорошо выраженные балочно-овражные системы лесостепного Поволжья. По современным данным расселение большого суслика на правом берегу Волги идет преимущественно в западном направлении [8, 17], а на Левобережье - в южном направлении [18].
В целом, состояние популяций большого суслика, по сравнению с малым и крапчатым (S. susli-cus) сусликами, также сильно сократившими численность, является более благополучным. значительное количество незаселенных, но подходящих для жизни зверьков,биотопов (24% отчислазарегистрированных поселений), благоприятствуют дальнейшему расселению этого вида на правом берегу Волги.
Изучение генетической разнокачественности поселений по распределению типов мтДНК и выяснение генетической структуры правобережных метапопуляций большого суслика выявили между ними значительные различия, показывающие возможные пути заселения большим сусликом Правобережья Волги.
При сравнении типов мтднК можно выделить три основные метапопуляции. При этом поселения южной части (Вольская метапопуляция) характеризуются митохондриальной ДНК типа В1, центральная часть (Ульяновско-Самарская метапопуляция) обладает митотипами В2 и С1, а северные поселения (Чувашия) - митотипами А и С1.
При анализе микросателлитной ДНК системами праймеров IGS-bm, ST7и STRI 1 былиполученыследу-ющие результаты. По системе IGS-bm был выявлен более бедный по сравнению с другими системами аллельный спектр (bm1-bm5), диапазон 88-100 п. н., шаг -
3 нуклеотидные пары. Система STRI 1 показала большее генетическое разнообразие популяций. Было вы-
явлено 8 аллелей ^г1^г8) в диапазоне 154-191 п. н. с шагом в четыре нуклеотидные пары. Система ST 7 оказалась самой полиморфной из всех использованных в работе праймерных систем. С её помощью удалось обнаружить str2-str22 в пределе изменений 118-154 п. н. со сложным шагом в две, три и/или пять нуклеотидные пары.
Рис. 2. Известные поселения большого суслика в Поволжье:
1 - исчезнувшие, 2 - сохранившиеся, 3 - вновь обнаруженные.
Анализ уровня гетерозиготности по микросател-литным локусам в право- и левобережных популяциях и сравнение наблюдаемых ее значений с ожидаемыми показал, что в них проходят автономные генетические процессы (табл. 2). В целом они соответствуют теоретически предсказанной модели панмиксичной популяции (закон Харди-Вайнберга).
При сравнении аллельного разнообразия правобережных поселений была выявлена тенденция снижения его уровня при распределении популяции с востока на запад.
Например ,сравнениепоселения«С мышляевка » и расположенного западнее (~ 15 км) первого поселения «Белое Озеро» показывает падение аллельного разнообразия по двум микросателлитным систе-
мам (ST 7 и STRI 1). В частности, число аллелей по системе STRI 1 для поселения «Смышляевка» равно
4 (str1-str4), а для поселения «Белое Озеро» число аллелей равно 2 (str2, str3). По системе ST7 в поселении «Смышляевка» обнаружено б аллелей (str3, str5, str6, str7, str8, str10), а в поселении «Белое Озеро» -3 (str6, str8, str10).
Таблица 2 Уровень гетерозиготности право- и левобережных популяций большого суслика
Результаты многоуровневой F-статистики лево- и правобережных популяций большого суслика выявили их схожесть по уровню дифференциации с левобережными популяциями. В частности, у них практически не отличимы коэффициент инбридинга F/S (0.140 и 0.138, соответственно) и общий индекс фиксации гетерозигот F/r (0.384 и 0.327, соответственно). В отличие от этого индекс фиксации гетерозигот Fsr в отдельных поселениях значительно больше в левобережных поселениях (0.157 и 0.315, соответственно), что указывает на ограничения иммиграционной активности левобережных поселений и повышенная тенденция к расселению у зверьков из правобережных поселений. Таким образом, структура правобережных популяций больших сусликов указывает на их иммиграционный путь формирования.
ВЫВОДЫ
1. расширение области обитания большого суслика на Правом берегу р. Волги обусловлено двумя процессами - устойчивым расселением вида с севера на юг, а также микромиграциями особей с востока на запад, что доказывается неградиентными различиями полиморфизма изученных поселений большого суслика.
2. Анализ гетерозиготности правобережных популяций по маркерам микросателлитной ДНК свидетельствует о стабильности их структуры и протекании в них автономных генетических процессов. Наблюдающаяся современная депрессия численности вызвана либо влиянием внешних факторов (изменение биотопов, прямое истребление и др.), либо внутренними процессамиколебаниячисленности(«волныжизни»).
3. Процесс экспансии большого суслика на пра-вобережьеВолги,вероятно,являетсяболеераннимсо-бытием, чем отмеченная ранее его иммиграция в середине прошлого века.
Благодарности: авторы выражают глубокую признательность Г. А. Ананичевой - учителю биологии и С. А. Ананичеву - директору Смышляевской средней школы (Ульяновская обл., Кузоватовскийр-н) за помощь в организации стационарных полевых исследований.
Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (госконтракт № П911).
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант №°11-04-00228а).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абрахина И.Б. Влияние распашки угодий на численность и размещение наземных беличьих в Ульяновской области // Влияние антропогенной трансформации ландшафта на население наземных позвоночных животных. Тез. Всесоюзн. совещания. Москва, 1987. Ч.1. С. 308-310.
2. Белянин А.Н. Новые данные о распространении рыжеватого суслика на правом берегу Волги // Регио-нальн. проблемы экологии. Тез. докл. конф. Казань, 1985. Ч. 2. С. 34.
3. Белянин В.Н., Белянин А.Н. О распространении рыжеватого суслика (Citellus major) на Самарской Луке // Вопросы экологии и охраны природы в Нижнем Поволжье. Структура и организация популяций экосистем. Саратов, 1988. С. 72-75.
4. Ермаков О.А. Большой и малый суслики в Поволжье: их распространение и взаимоотношения // Автореф. дис. ... канд. биол. наук. М.: Изд-во МГУ, 1996. 24 с.
5. Ермаков О.А., Титов С.В. Динамика границы ареала большого суслика Spermophilus major (Rodentia, Sciuridae) в Поволжье // Зоол. журн. 2000. Т. 79. № 4. С. 503-509.
6. Ермаков О.А., Сурин В.Л., Титов С.В., Тагиев А.Ф., Лукьяненко А.В., Формозов Н.А. Изучение гибриди-зациичетырехвидовсусликов(Spermophilus.•Rodentia, Sciuridae) молекулярно-генетическими методами // генетика. 2002. Т. 38. № 7. С. 950-964.
7. Кузьмин А.А., Титов С.В. Особенности формирования смешанных поселений большого (Spermophilus major Pall.) и крапчатого (S. suslicus Guld.) сусликов // Бюллетень МОИП. Отдел биол. 2006. Т. 111. Вып. 5. С. 41-43.
8. Кузьмин Ал.А., Титов С.В., Ермаков О.А. Генетическая характеристика правобережных популяций большого суслика (Spermophilus major Pall.): реликтовое происхождение или история расселения // Современные проблемы зоо- и филогеографии млекопитающих. Мат. конф. М.: Товарищество научных изд. КМК, 2009. С. 42.
9. Кузьмин Ал.А. Особенности экологии и распространения большого суслика (Spermophilus major) на правом берегу Волги // Современные проблемы эволю-
Показатели* IGS-bm STRI 1 ST7
Правобережье р. Волга
Н ср. 0.133 0.244 0.269
Н, S ср. 0.491 0.276 0.294
Левобережье р. Волга
Н ср. 0.190 0.664 0.419
Н S ср. 0.229 0.610 0.495
*Примечание.Наблюдаемая(Нр)иожидаемая(Н5р)
гетерозиготность.
ции Мат. XXIV Любищевских чтений. Ул.: УлГПУ, 2010. С. 377-380.
10. Кучерук В.В. Количественный учет важнейших видов грызунов и землероек // Методы учета численности и географического распределения наземных позвоночных. М.: АН СССР, 1952. С. 9-45.
11. ПоповВ.А. МлекопитающиеВолжско-Камскогокрая (насекомоядные, рукокрылые, грызуны). Казань, 1960. 468 с.
12. Симашко Ю. Русская фауна или описание и изображение животных водящихся в империи Российской. Млекопитающие. СПб, 1851. Ч. 2. 618 с.
13. Титов С.В. Взаимоотноношения крапчатого и большого сусликов в недавно возникшей зоне симпатрии. Автореф. дисс. ... канд. биол. наук. М.: Изд-во МГУ, 1999. 24 с.
14. Титов С.В. Пространственная структура поселений большого и крапчатого сусликов в Поволжье // Зоол. журн. 2001. Т. 80. № 6. С. 731-742.
15. Титов С.В. Особенности репродуктивного поведения крапчатого суслика (Spermophilus suslicus, Rodentia, Sciuridae) в Поволжье // Зоол. журн. 2003. Т. 82. № 11. С. 1381-1392.
16. ТитовС.В.,ШмыровА.А., КузьминА.А.,ЕрмаковО.А., Сурин В.Л., Формозов Н.А. Особенности динамики генетической структуры гибридных популяций млекопитающих (на примере р. Spermophilus) // Молекулярно-генетические основы сохранения био-разнообразиямлекопитающихГоларктики.Мат.меж-дунар. конф. М.: Товарищество научных изд. КМК, 2007. С. 258-269.
17. Титов С.В. Популяционные и генетические механизмы межвидовой гибридизации млекопитающих (на примере рода Spermophilus) // Автореф. дисс. ... докт. биол. наук. М.: Изд-во МГУ, 2009. 48 с.
18. Шилова С.А., Савинецкая Л.Е., Касаткин М.В. Смешанные поселения рыжеватого и желтого сусликов в зоне совместного обитания // Поволжск. экол. журн. 2002. № 1. С. 82-84.
19. Яшанин И.И.,Шустов В.С.Орасширении ареалаправо-бережной Волжской популяции суслика большого в пределах Ульяновской области // Региональные проблемы экологии. Тез. докл. конф. Казань, 1985. Ч. 2. С. 140.
20. Wright S. Variability Within and Among Natural Populations // Evolution and the Genetics of Populations. Chicago: Univ. of Chicago Press., 1978. V. 4.
