Фенотипическая изменчивость и цитогенетические характеристики природных популяций зеленых и бурых лягушек, обитающих на антропогенно-трансформированных и заповедных территориях

Логинов, Владимир Владимирович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Фенотипическая изменчивость и цитогенетические характеристики природных популяций зеленых и бурых лягушек, обитающих на антропогенно-трансформированных и заповедных территориях
ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Фенотипическая изменчивость и цитогенетические характеристики природных популяций зеленых и бурых лягушек, обитающих на антропогенно-трансформированных и заповедных территориях"

На правах рукописи

ЛОГИНОВ ВЛАДИМИР ВЛАДИМИРОВИЧ

ФЕНОТИПИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ И ОНТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИРОДНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ ЗЕЛЕНЫХ И БУРЫХ ЛЯГУШЕК, ОБИТАЮЩИХ НА АНТРОПОГЕННО-ТРАНСФОРМИРОВАННЫХ И ЗАПОВЕДНЫХ

ТЕРРИТОРИЯХ

03.00.16-Экология

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание учбной степени кандидата биологических наук

Нижний Новгород 2004

Работа выполнена на кафедре экологии Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского и в лаборатории промышленной и экологической токсикологии НИИ Химии Нижегородского университета

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор биологических наук Гелашвили Д. Б.

доктор биологических наук Глотов H.B.

доктор биологических наук Дмитриев А.И.

Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН

Защита состоятся « 15» ссвтабря 2004 г. в 15 часом на заседанян

диссертационного совета Д 212.166.12 в Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского по адресу: 603950 г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 1, биологический факультет, e-mail: ecology@bio.unn.ru факс (8312) 65-85-92

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

Автореферат разослан « 12 » августа 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук

ГА. Кравченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Перспективным подходом к популяционному анализу по комплексу количественных билатеральных признаков с онтогенетических позиций является стабильность развития (Захаров и др, 2001). Под стабильностью развития понимается способность развивающегося организма к формированию нормального фенотипа. Применительно к исследованию группы особей это означает-способность к развитию сходного фенотипического эффекта при данных условиях среды(Глотов, Тараканов, 1985; Захаров, 1987; Жданова, 2003). Показателем стабильности развития является случайная изменчивость развития (Астауров 1927), наиболее обычным проявлением, которой служит флуктуирующая асимметрия (ФА) различных билатеральных признаков организма (Palmer, Strobeck, 1986; Zakharov, Graham, 1992; Whitlock, 1996; Van Dongen, 1998'и др.). Таким образом, стабильность развития, оцениваемая по уровню ФА (морфогенетический подход), является чувствительным индикатором состояния природных популяций и представляет интерес для биоиндикационных исследований. В настоящее время показатель ФА достаточно широко применяется для оценки состояния природных популяций, подверженных воздействию химических и физических факторов (Чубинишвили, 1998 а, б; Захаров и др., 2000 а, б; Последствия ..., 1996; Eeva et al., 2000; Freeman et ah, 1999; Pankakoski et al., 1992; Kozlov, Niemela, 1999).

В качестве объекта исследования в данной работе использовались земноводные (Rana ndibunda, Rana lessonae, Rana temporaria). Эти виды достаточно давно и успешно используются как виды-индикаторы качества среды (Чубинишвили, 1998; Захаров, 1993). Они обладают четкими и удобными для исследования признаками, относительно широко распространены, их икра и личинки чувствительны к загрязнителям (Вершинин, 1995; Устюжанина, 2002 и др.). Земноводные являются связующим звеном между водными и наземными экосистемами, что делает их удобным объектом для оценки антропогенных изменений не только водной среды, но и суши. Приуроченность исследуемых видов к определенному водоему облегчает интерпретацию данных: состояние организма амфибий отражает качество локального местообитания (Пескова, 2001). Относительно небольшой радиус индивидуальной активности, отсутствие сильной тенденции к миграции (Ищенко, 1978), высокий и достаточно хорошо изученный полиморфизм - все эти факты позволяют успешно использовать представителей амфибий в качестве видов-индикаторов. В свою очередь, перспективы применения ФА в системе биоиндикации и биомониторинга требуют разработки корректных методов количественной оценки ее величины (Кожара, 1985; Захаров, 1987; Захаров и др., 2000; Гелашвили и др., 2001; Palmer, Strobek, 2003).

РОС НАЦИОНАЛЬНА* БИБЛИОТЕКА

симметричности объекта с любой степенью подробности, поскольку учитывает не только альтернативное, но и непрерывное варьирование признаков (Гелашвили и др., 2001; Чупрунов и др., 2001). Ранее этот алгоритм был успешно использован для оценки ФА пластических признаков у насекомых (Радаев, 2001). Однако для меристических признаков, в частности у амфибий, его применение в полном объеме не было обосновано. Для интегральной характеристики состояния индикаторных видов амфибий в дополнение к морфогенетическому анализу стабильности развития рекомендуется проводить оценку цитогенетического гомеостаза (Захаров, Крысанов,1996). Кроме того, в популяционных исследованиях для решения как теоретических, так и практических задач, по-прежнему острой остается проблема оценки природы наблюдаемого фенотипического разнообразия (Яблоков, 1966; Тимофеев-Ресовский, 1973; Животовский, 1979; Животовский, 1980; Глотов, 1983; Захаров, 2001; Жданова, 2003 и др.).

Таким образом, разработка и совершенствование методов комплексной оценки стабильности развития на основе морфогенетических, цитогенетических и популяционно-фенотипических характеристик является актуальной задачей.

Цель исследований

Оценка состояния природных популяций зеленых и бурых лягушек на заповедной и антропогенно-трансформированной территориях с помощью морфогенетических и цитогенетических характеристик и мер фенотипического разнообразия (на примере Нижегородской области).

Задачи исследований

1. Обосновать применение свертки функций для количественной оценки величины ФА по комплексу меристических признаков с учетом частоты проявления и выраженности асимметричного признака в природных популяциях зеленых и бурых лягушек.

2. Изучить информативность мер внутрипопуляционного фенотипического разнообразия случайной изменчивости развития и их соогношения

в условиях антропогенного средового стресса.

3. Изучить взаимосвязь числа эритроцитов с микроядрами периферической крови зеленых и бурых лягушек с уровнем средового стресса, оцениваемого по величине ФА.

4. Провести анализ зависимости величины ФА в популяциях зеленых лягушек, оцениваемой разными алгоритмами, от качества среды обитания, характеризующимся индексом загрязненности воды (ИЗВ).

Научная новизна

С помощью свертки функций впервые оценена степень симметрии (асимметрии) комплекса билатеральных признаков зеленых и бурых лягушек как с учетом частоты проявления асимметричного признака, так и его выраженности. Показано, что величина ФА, вычисленная с помощью свертки функций, линейно растет в градиенте возрастающего средового стресса. Установлено, что величина соотношения вероятностных мер случайной изменчивости развития (д*) и

внутрипопуляционного фенотипического разнообразия - является

диагностическим показателем средового стресса и принимает минимальное

значение при оптимальных условиях среды. Установлено, что число эритроцитов с микроядрами периферической крови в выборках зеленых и бурых лягушек линейно растет с увеличением средового стресса оцениваемого по ФА. Показано, что свертка функций адекватно отражает снижение стабильности развития популяций зеленых лягушек в условиях возрастания средового стресса, оцениваемого по индексу загрязненности вод.

Научно-практическая значимость работы.

Разработанные показатели ФА и фенотипической изменчивости могут быть рекомендованы для практического использования при анализе состояния, природных популяций и проведения биомониторинга. Работа выполнена в рамках ФЦП "Возрождение Волги", проекта Глобального экологического фонда "Сохранение биоразнообразия в Российской Федерации". Проведена биоиндикационная оценка качества природной среды. на территории Нижегородской области с использованием стабильности развития земноводных. Разработанные алгоритмы оценки ФА были апробированы на индикаторных видах амфибий, обитающих в Государственном природном заповеднике «Керженский».

Внедрение

Полученные результаты были использованы при разработке и планировании мероприятий по оценке биоразнообразия наземных и водных экосистем импактных территорий химического и радиоактивного загрязнений Нижегородской области в рамках проекта Глобального экологического фонда "Сохранение биоразнообразия в Российской Федерации". Материалы диссертации используются в ГПЗ «Керженский», территориальными органами охраны окружающей среды Приволжского федерального округа и Нижегородской области, в курсовых, дипломных работах и магистерских диссертациях в Нижегородском университете.

Объем и структура диссертации

Материалы диссертации изложены на 117 страницах. Работа состоит из введения, б глав, заключения, выводов, цитированной литературы. В работе приведено 12 рисунков и 10 таблиц. Список цитированной литературы включает в себя 264 источника, в том числе 56 - иностранных авторов.

Публикации и апробация результатов исследований

По теме диссертации опубликовано 12 научных работ. Основные положения диссертации докладывались на: Всероссийской научно-практической конференции «Экологические исследования и проблемы экологического образования в Европейских регионах России» (Арзамас, 2000); Втором конгрессе молодых ученых и специалистов «Научная молодежь на пороге XXI века» (Томск, 2001); Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодая наука XXI веку» (Иваново, 2001); Международной конференции молодых ученых «Леса Евразии в третьем тысячелетии» (Москва, 2001); Всероссийской конференции с участием специалистов из стран ближнего и дальнего зарубежья «Современные проблемы водной токсикологии» (Борок, 2002); Научно-практической конференции «Проблемы регионального экологического

мониторинга» (Нижний Новгород, 2002); Международном научно-промышленном форуме «Великие реки 2002» (Нижний Новгород, 2003); VII Всероссийском популяционном семинаре «Методы популяционной биологии» (Сыктывкар, 2004).

Основные положения выносимые на защиту

1. Применение свертки функций позволяет оценить по единому алгоритму степень симметрии (асимметрии) зеленых и бурых лягушек по любой комбинации билатеральных признаков кожных покровов с учетом проявления и выраженности асимметричного признака.

2. Величина соотношения вероятностных мер {ц*/р)\ случайной изменчивости развития и внутрипопуляционного разнообразия является диагностическим показателем средового стресса и принимает минимальное значение при оптимальных условиях среды.

3. В выборках зеленых и бурых лягушек имеет место высокая корреляция уровня средового стресса, оцениваемого по величине ФА и числом эритроцитов с микроядрами.

4. Свертка функций адекватно отражает снижение стабильности развития популяций зеленых лягушек в условиях возрастания средового стресса, оцениваемого по индексу загрязненности воды.

Глава 1. Обзор литературы. Современные проблемы индикации качества окружающей среды на основе морфологических и генетических показателей' амфибий

В главе дан краткий обзор ряда направлений современных биоиндикационных исследований с применением морфологических (морфометрических, фенетических, морфогенетических методов) и генетических (цитогенетических методов) подходов к оценке качества среды обитания.

Глава 2. Природно-географическая и гидрохимическая характеристики местообитания амфибий Нижегородской области

В главе приведено краткое описание мест отлова амфибий. Рассмотрены особенности природно-географических и гидрохимических характеристик и ученных биотопов Нижегородской области. Описаны природно-климатические и географические характеристики Нижегородской области в целом.

СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Глава 3. Материалы и методы исследования;

Материалом для работы послужили сборы зеленых и бурых лягушек рода Rana (R.ridibunda, R lessonae, R. temporaria), изъятых из 16 биотопов Нижегородской области. Сбор материала проводился в течение семи сезонбв (1996-2002) Данные по сборам приведены в табл.1. Всего проанализировано 610 амфибий: 519 зеленых и 91 бурых лягушек.

Определение пола и возраста лягушек проводилось по стандартной методике (Шляхтин, Голикова, 1986). Поскольку межполовых различий по показателю асимметрия не наблюдается (Захаров, 1987; Захаров, Крысанов, 1996), то для анализа брались объединенные выборки. Известно, что виды Rana lessonae и Rana ridibunda являются представителями гибридогенного комплекса Rana esculenta (Александровская, 1976). Ранее было показано, что, обитая в одинаковых условиях, все три вида зеленых лягушек (Rana lessonae, Rana ridibunda. Rana esculenta), включая форму, имеющую гибридное происхождение, характеризуются сходным уровнем стабильности развития (Chubinishvili, 1997; Чубинишвили, 2001). В природе встречаются особи R. lessonae и R. ridibunda с 2п=26 хромосом, что касается триплоида R. esculenta то в нашей области достоверно установлены (т.е. подтверждены биохимическими методами) находки только в семи точках (Пестов, 2004). Мы использовали в своих исследованиях R. lessonae и R. ridibunda с диплоидным набором хромосом. Анализ ФА проводили по комплексу из 11-ти признаков окраски для зеленых лягушек и 10-ти для бурых лягушек (Захаров, Чубинишвили, 2001). Степень отклонения качества среды от нормы определялась по нарушению стабильности развития (т.е. по величине ФА) земноводных и оценивалась по пятибалльной шкале (Методические рекомендации..., 2003).

Для вычисления интегрального показателя ФА амфибий были применены следующие алгоритмы:

Алгоритм 1. При учете асимметрии меристических признаков (А^) в альтернативной форме, когда при наличии асимметричного признака когда признак симметричен (Захаров и др., 2000), доля асимметричных признаков может быть записана в виде (Гелашвили и др., 2001):

где п - количество признаков, у=1,...,и, т - количество особей в выборке,

Алгоритм 2. Дополнение до единицы функционала ц [/(*,.-т,. представляющего собой свертку функций (Гелашвили и др., 2001):

— 1 т ir

^ Z 2Л.

(1)

|/(лг, ,х2,х, )/(g(x,, х,, х3 ))&, dx.dx,

(2)

Таблица 1

Краткая характеристикарайона исследования в точке отбора пробы

М< точки отбора пробы Район исследования Количество изученных особей Краткая характеристика района исследования

1 Борский и Семеновский районы 142 зеленых лягушки 13 бурых лягушек Уровень антропогенной нагрузки минимален. Территория Государственного природного заповедника «Керженский». Точка взята в качестве квазиэталонной

2 Арзамасский р-н 40 зеленых лягушек Озеро Свято близ биостанции ИНГУ

3 Борский р-н г.Бор 20 зеленых лягушек Озеро Юм. Находится на территории г.Бора

4 Борский р-н п. Киселиха 30 бурых лягушек Река Линда. Находится ниже ИБО «Линдовское» и территории коллективных садов

5 Дальне-Константиновский р-он 30 бурых лягушек Ручей Сущевка. Находится в 6 км от БЛР «Суроватиха»

6 Богородский р-он л. Оринкино 17 зеленых лягушек Пруд, находящийся в окружении интенсивно возделываемых сельхозугодий в 10 км от г. Богородска

7 Городецкий р-н г Городец 40 зеленых лягушек Озеро Спасское. Государственный памятник природы областного значения

8 Воскресенский р-он 18 бурых лягушек 20 зеленых лягушек Озеро Светлояр. Памятник природы федерального значения

9 Промзона г.Дзержинск 40 зеленых лягушек Река Волосяниха. Находится близ п. Петряевка в зоне влияния ОАО «Корунд» и Игумновской ТЭЦ

10 г. Дзержинск 20 зеленых лягушек Озеро Круглое. Находится на территории, подверженной сильной рекреационной нагрузке

II г. Дзержинск 20 зеленых лягушек Искусственный водоем на территории промышленной зоны г.Дзержинска

12 Нагорная часть г. Н. Новгорода 40 зеленых лягушек Каскад прудов-водохранилищ Щелоковского хутора. Находится на территории, подверженной интенсивной рекреационной нагрузке, и в окружении коллективных садов

13 Заречная часть г. Н. Новгорода 40 зеленых лягушек Озеро Сормовское. Находится в зоне влияния ОАО «Сокол» и общей рекреационной нагрузке

14 Заречная часть г. Н. Новгорода 20 зеленых лягушек Река Левинка. Находится в зоне интенсивной антропогенной и рекреационной нагрузки

Таблица 1 (продолжение) Краткая характеристика района исследования в точке отбора пробы

Ni точки. отбора пробы Район исследования Количество изученных особей Краткая характеристика района исследования

IS Заречная часть г. Н. Новгорода 20 зеленых лягушек Озеро Лунское. Находится в окружении коллективных садов и сильной рекреационной нагрузки

16 , Заречная часть г. Н. Новгорода 40 зеленых лягушек Река Ржавка. Находится в зоне влияния ОАО «Этна» и сильной рекреационной нагрузки

которая в виде конечных сумм может быть представлена, как

(3)

где 7 - степень инвариантности (симметричности) выборки из т особей (¿=1,...,т), характеризующихся набором п асимметричных признаков (/=1,...,и) на левой (Ь) и правой сторонах тела.

Для оценки разнообразия изучаемых признаков в анализируемой выборке были применены показатели внутрипопуляционного разнообразия (мера разнообразия) и доли редких признаков ф), предложенные Л.А. Животовским (1980).

Для рассматриваемых целей можно записать в виде:

(4)

При равновероятности признаков pj=—,aft принимает максимальное значение

равное числу регистрируемых признаков (и) в данном комплексе:

lim^gj^j =и.

(5)

Показатель редких признаки СмппгЬ) вычисляется по формуле:

(6)

Кариотип лягушек рода Rana идентифицировали метафазным анализом (Эколого-гигиенический контроль..., 1989). Цитогенетический гомеостаз амфибий оценивали микроядерным тестом (Evans et al., 1959; Ильинских и др.; 1992). Для статистической обработки экспериментального материала использовались анализ зависимостей (уравнения регрессии, сравнение двух линий регрессии, коэффициент ранговой корреляции Спирмена и сравнения двух

групп (критерий Стьюдента)) (Глотов и др., 1982; Гланц, 1999; Реброва, 2003), реализованные в пакетах Exel, Statistica v.6.0. и Биостат.

Глава 4. Интегральная оценка флуктуирующей асимметрии зеленых и бурых лягушек с применением свертки функций

В настоящей главе приведены данные по флуктуирующей асимметрии вычисленной разными алгоритмами для популяций зеленых и бурых лягушек Нижегородской области.

4.1. Зеленые лягушки {Rana lessonae, Rana ridibunda).

Материалом для исследования послужили данные по ФА зеленых лягушек, обитающих в 14 биотопах Нижегородской области. Для изучения возможностей и ограничения применения свертки (алгоритм амфибии отбирались в биотопах, различающихся уровнем антропогенной нагрузки. Уровень антропогенной нагрузки оценивали по алгоритму А|,т.к. для этого алгоритма разработана 5-ти балльная шкала оценки качества среды (Методические рекомендации..., 2003), и индексу загрязненности воды (ИЗВ) (Временные методические рекомендации..., 1986). Было обнаружено, что для алгоритмов высокая

скоррелированность в оценке ФА имеет место только при учете меристических

алгоритм А |

Рис. 1. Зависимость между алгоритмами А2 (с учетом пенетрантности) и Л) оценки ФЛ помулхций зеленых лягушек из 14 биотопов Нижегородской области, различающихся уровнем антропогенной нагрузки: • - охраняемые территории (ГПЗ «Ксржспский», оз.Светлояр), а - урбанизированные территории (Н.Новгород, Дзержинск), ■ - импактные зоны химического загрязнения промышленными предприятиями,-

Уравнение регрессии, аппроксимирующее линейную зависимость между алгоритмами А| и АдЧ0 учетом пенетрантности) для зеленых лягушек имеет вид: Y|= 0,99х - 0,146 (показатель детерминации R2=0,948; г=0,973;р<0,0001),

Следует отметить, что при учете выраженности («экспрессивности») признаков зависимость между алгоритмами Аг и А| существенно отличается от линейной: Y2= 0,072х + 0,001 (R2=0,194; г=0,440; р=0,У 14).

Статистический анализ показал, чтр различия между линиями регрессии, аппроксимируемыми уравнениями Yi и Yj определяются значимыми отличиями в коэффициентах наклона и сдвига (р<0,05).

4.2. Бурые лягушки (Rana temporaria)

Для алгоритмов Aj и Аг (с учетом пенетрантности) высокая скоррелированность в оценке ФА имеет место и для бурых лягушек (рис. 2). Линейная зависимость между алгоритмами А| И/ Аг удовлетворительно аппроксимируется уравнением: Y3= 0,955х + 0,006 (R2=0,893; r=0,945; р<0,001).

00 01 02 03 04 05 06 07 09 09 алгоритм А |

Рис. 2. Зависимость между алгоритмами А2 и А| оценки ФА 54 бурых лягушек (Л temporaria) из биотопов Нижегородской области, различающихся уровнем антропогенной нагрузки: • - охраняемые территории (ГПЗ «Керженский»), д -урбанизированные территории (пойма рЛинды), ■ - импактные зоны химического загрязнения (БЛР «Суроватиха»)

Напротив, при оценке ФА с учетом выраженности ("экспрессивности") признаков наблюдается существенное отклонение от линейной зависимости между алгоритмами А| и Á2 (Y4= 0,1 ЗЗх - 0,0004; R2=0,155; r=0,394; /7=0,011).

Как и в случае с зелеными лягушками различия между линиями регрессии, аппроксимируемые уравнениями регрессии Yj и определяются значимыми отличиями в коэффициентах наклона и сдвига (р<0,05).

Таким образом, оценка ФА с помощью свертки функций в популяциях зеленых и бурых лягушек дала совпадающие результаты.

4 3. Зависимость величины флуктуирующей асимметрии от индекса загрязненности воды (ИЗВ) в популяциях зеленых лягушек

Зеленые лягушки в отличие от бурых наиболее сильно приурочены к локальному местообитанию (водному объекту). Эта особенность делает их удобными биоиндикаторами уровня загрязненности воды, что в свою очередь предполагает наличие зависимости величины ФА от ИЗВ. Значения гидрохимических показателей были взяты из фондовых и архивных материалов Верхневолжского управления по гидрометеорологии, а также из экологических паспортов, разработанных Региональным центром экологического образования и экспертиз при ННГУ им. Н.И. Лобачевского с нашим участием. Индексы загрязненности воды были рассчитаны с учетом ПДК для водоемов рыбохозяйственного водопользования.

Для значений ФА, вычисленной по алгоритму Аг, и ИЗВ водных объектов наблюдалась высокая корреляция (коэффициент корреляции' Пирсона равен г=0,921 (р=0,009); коэффициент ранговой корреляции Спирмена равен г,=1, р<0,01). Уравнение регрессии, аппроксимирующее линейную зависимость между величиной ФА и ИЗВ имеет вид: У5=0,044х + 0,349 (Л2=0,848; г=0,921; />=0,009) (рис. 3).

средовой стресс ИЗВ

Рис. 3. Зависимость величины ФА зеленых лягушек (Rana lessonae, Rana ridibundá), оцениваемой по алгоритму Аг от индекса загрязненности воды (ИЗВ). Цифрами' обозначены номера водных объектов: 1 - ГПЗ «Керженский»; 2 - р.Волосяниха (Дзержинск), 3 - озЛунское (Н.Новгород); 4 - пруды-водохранилища Щелоковского хутора (Н. Новгород); 5 - рЛевинка (Н.Новгород); 6 - оз.Круглое (Дзержинск).

Подводя итог материалам представленным в настоящей главе, можно считать, что применение свертки функций для оценки величины ФА по комплексу морфогенетических признаков зеленых и бурых лягушек является обоснованным.

Полученные материалы свидетельствуют, что метод оценки степени инвариантности биосистем, основанный на использовании функционала (2) является достаточно универсальным и эффективным также по следующим причинам:

- величина г]^/(х{,хг,х})\ всегда находится в интервале от -1 до +1, что позволяет использовать его для оценки симметрии, асимметрии и антисимметрии, а также сравнивать оценки, полученные с помощью батареи тест-организмов;

- придавая разный смысл функции /(х/^л) - длина, число отверстий, цвет и т.д. - можно оценивать степень симметричности биообъектов практически по любой комбинации признаков по единому алгоритму;

- определяя соответствующим образом, оператор преобразования g, можно оценивать степень симметричности биообъектов не только относительно билатеральных признаков, но и других возможных типов преобразований (поворотной, трансляционной и др.);

- предлагаемый подход дает возможность оценить симметрию (асимметрию) с любой степенью подробности, поскольку учитывает не только альтернативное, но и непрерывное варьирование признака.

Все вышеизложенное позволяет рекомендовать для оценки ФА как меры стабильность развития амфибий свертку функций. Поэтому на следующем этапе работ целесообразно было изучить связь цитогенетического гомеостаза и стабильности развития, оцениваемой по свертке функций.

Глава 5. Изучение связи цитогенетической и морфогенетическон стабильности в популяциях зеленых и бурых лягушек

Цитогенетический гомеостаз может быть оценен по частоте аберрантных клеток (анеуплоидия, частота клеток с хромосомными аберрациями, количество микроядер в эритроцитах крови и др.) (Ильинских и др., 1986; Крысанов, Дмитриев, 1993; Жулева, Дубинин, 1994; Дмитриев, Захаров, 2001 и др.).

Данные литературы о взаимосвязи ФА и цитогенетической стабильности у амфибий фрагментарны. Так, имеются сведения по сравнительной популяционной гематологии бурых и зеленых лягушек для урбанизированных территорий (Старовойтенко, Вершинин, 2001), оценке стабильности развития и цитогенетического гомеостаза в популяциях зеленых лягушек в естественных и антропогенных условиях (Чубинишвили, 1997, 1998; 2001). Вопрос о характере взаимосвязи ФА и цитогенетического гомеостаза, по крайней мере, для млекопитающих является дискуссионным (Гилева, Нохрин, 2001), хотя рядом работ продемонстрирована согласованность этих двух подходов для биомониторинга (Последствия..., 1996; Захаров и др., 2000).

Таким образом, изучение связи показателей морфогенетической и цитогенетической стабильности в популяциях зеленых и бурых лягушек является актуальным.

Материалом для оценки цитогенетического гомеостаза послужили амфибии (Uridibunda, RJessonae, R. temporaria). Известно, что основная часть видов, относящихся к семейству Ranidae (надсемейство Ranoidea), имеет очень

консервативные "типичные" кариотипы (Бирштейн, 1987). Под "типичным" кариотипом подразумевается кариотип, характерный для данной группы - из 26 хромосом: из пяти пар больших хромосом и восьми пар хромосом меньшего размера (R ndibunda, R lessonae, R temporaria). Половые хромосомы у этих видов цитологически не обнаруживаются (Иванов, Медянов, 1973). По-видимому, "типичные" кариотипы обеспечивают оптимальное расположение генетического материала - групп сцепленных генов, которое обуславливает наибольшие адаптивные возможности организмов. Некоторые виды рода Rana и многих других родов амфибий имеют процент гибридизации между ДНК от 60 до 80% (Бирштейн, 1987). Среди Ramdae есть триплоидные формы, а также виды гибридогенного происхождения. Лучше всего изучен комплекс состоящий из трех видов: родительских R ndibunda, R lessonae и гибридной формы Resculenta (Боркин и др., 1987; Виноградов и др, 1988). Размер каждой из хромосом в кариотипе Resculenta как бы промежуточный по сравнению с величиной гомологичных хромосом родительских видов. Чтобы удостовериться в диплоидном наборе хромосом (2п=26) амфибий, R ndibunda, R lessonae проводили метафазный анализ клеток костного мозга у части особей из исследуемых биотопов (рис. 4).

Рис. 4. Метафазная пластинка клетки костного мозга озерной лягушки (Л.псИЬиМа) с 26 хромосомами. Окраска по Романовскому; об. 100*, ок. 10*.

У всех подвергнутых метафазному анализу особей из выборок зеленых лягушек Нижегородской области наблюдался диплоидный набор хромосом (рис. 4), что позволяет сделать предварительные выводы об их негибридном происхождении. При проведении оценки качества среды 9 биотопов Нижегородской области установлена высокая скоррелированность величины ФА, вычисленной по алгоритму Аг и числа эритроцитов с микроядрами (%) в периферической крови популяций зеленых и бурых лягушек. Уравнение регрессии, аппроксимирующее линейную зависимость между величиной ФА и числом эритроцитов с микроядрами имеет вид Уа=2,813х — 0,563 (115=0,790; Р=0,889;р=0,001) (рис. 5). Следует отметить, что стабильность развития и ФА как мера этой величины, вычисляемая по единому алгоритму (свертка функций),

является инвариантным и безразмерным показателем в отношении видового состава организмов-индикаторов (R.ridibunda, К 1е880пае, К. temporana).

1в

» ю

U ■

% о»

3 i

5 06 «*

S 04 г

02 00

0 25 0 30 0 35 0 40 0 45 0 50 0 55 0 60 0 65 0 70 0 75

средовой стресс млнчимФл

Рис. 5. Зависимость числа эритроцитов с микроядрами (%) в периферической крови зеленых (ж) и бурых лягушек (•) от величины флуктуирующей асимметрии билатеральных признаков, вычисленной по алгоритму Á5. Обозначение цифрами: 1 -оз.Светлояр (Воскресенский р-он); 2, 3, 5 - водные объекты ГПЗ «Керженский» (Борский. и Семеновский р-ны); 4 - оз.Свято (Арзамасский р-он): 6 - пруды-водохранилища . Щелоковского хутора (Н. Новгород); 7 - пруд близ д Ориикино (Богородский р-он); 8 - пойма рЛинды (Борский р-он); 9 — БЛР «Суроватиха» (Дальне-Константиновский р-он).

Таким образом, на основании вышеизложенных фактов можно сделать предварительные выводы, что для популяций зеленых и бурых лягушек установлена высокая корреляция между уровнем средового стресса (оцениваемого по ФА с помощью свертки функций) и числом эритроцитов с микроядрами периферической крови.

Глава 6. Меры фенотипической изменчивости • в оценке стабильности развития амфибий Нижегородской области

В главе проведен анализ применимости различных мер фенотипической изменчивости в процедуре оценки стабильности развития амфибий.

6.1. Обоснование мер фенотипической изменчивости в оценке стабильности развития

Рассмотренные показатели ФА оценивают среднюю величину асимметрии в выборке из т объектов по фиксированному комплексу из п признаков. При этом учитывается только доля проявления признака в асимметричном состоянии в общем числе (т*п) регистрируемых признаков, но не вероятность (р) их встречаемости, отвечающая условию нормировки:

В это же время в природных популяциях вероятность встречаемости меристических признаков у амфибий подвержена значительным колебаниям. Кроме того, следует учитывать специфику "фенотипической судьбы" флуктуирующего признака. У конкретной особи признак может проявиться (обозначим вероятность этого события р) или не проявиться, но проявившийся признак может находиться только в одном из двух альтернативных состояний: симметричном или асимметричном (вероятность последнего обозначим Причем в обоих случаях должно выполняться вышеприведенное условие нормировки.

Принимая во внимание, что вероятности (традиционно называемые частотами) признаков (морф) являются обычными исходными данными для популяционного анализа (Животовский, 1979), можем полагать, что оценка вероятностей флуктуирующих признаков также будет информативной для анализа фенотипической изменчивости.

Рассмотрим динамику распределений вероятностей в фиксированной последовательности признаков К. 1г880паг в ГПЗ «Керженский» за 1996 и 2002 гг. (рис. 6).

На рисунке хорошо видно, что в анализируемые годы изменяется не только вероятность проявления каждого из 11-ти учитываемых признаков (рис. 6, А), но и вероятность проявления асимметричного состояния признаков (рис. 6, Б). Последнее находит отражение и в величине ФА, оцениваемой разными алгоритмами (рис. б, В). При этом обращает на себя внимание, что применение

свертки с учетом экспрессивности проявления признака Аг (экс.) имеет больший динамический диапазон и, следовательно, большую точность. Действительно, отношение величины ФА для выборки 1996 г. к выборке 2002 г. для сравниваемых алгоритмов имеют следующие значения: А| (0,43/03)= 1.43; А2(пен.) (0,3/0,18)= 1,66 и А2(экс.Х0,037/0,008)=4,62. Хотя "вероятностный" подход облегчает визуализацию исходных данных в динамическом аспекте, для получения количественных оценок необходим интегральный показатель.

Таким интегральным показателем внутрипопуляционного разнообразия флуктуирующих признаков может служить показатель разнообразия /1, предложенный Л.А. Животовским (1980). Для признаков в асимметричном состоянии с вероятностью встречаемости введем показатель для которого справедливы выражения (4) и (5). Следует отметить, что предложенный Л.А. Животовским (1980) показатель редких (морф) признаков Л (выражение (6)) также может быть применен как при учете общего числа симметричных и асимметричных состояний признаков (А), так и в случае учета только асимметричных состояний (А*).

Таким образом, применение показателей дает возможность оценить

степень внутрипопуляционного разнообразия. (гетерогенности) по фиксированному комплексу флуктуирующих признаков с учетом вероятности их встречаемости. С учетом вышеизложенного данные, приведенные на рис.6, можно преобразовать в соответствующие ранговые распределения, а для. интегральной: оценки степени, внутрипопуляционного разнообразия ввести показатели; ft.fi* и А, А* (рис. 7).

Следует отметить, что показатель в канонической форме и ранее

применялся рядом исследователей для оценки фенотипического разнообразия в

контексте оценки стабильности развития (Лешко, Радкевич, 1990; Евланов, Колокольникова, 1990; Кясминас, 1990; Устюжанина, 2002; Шкиль, 2003; Шерстнева, 2004; Потехин, 2004).

Однако для оценки внутрипопуляционного разнообразия по вероятности встречаемости билатеральных признаков в асимметричном состоянии этот показатель до сих пор не использовался.

6.2. Сопоставление различных методов оценки фенотипической изменчивости

Поскольку показатель в первом приближении дает количественную оценку фенотипического разнообразия в исследуемой выборке по фиксированному комплексу признаков с учетом вероятностей их проявления, можно было бы считать вероятностной мерой- случайной изменчивости развития, наиболее обычным проявлением, которой служит ФА билатеральных признаков. Предлагаемый подход близок к ранее предложенному Н.П. Ждановой (2003), в работе которой общая фенотипическая изменчивость и случайная изменчивость развития по билатеральным признакам оценивалась с помощью обобщенной дисперсии (Животовский, 1980), соответственно, как дисперсии суммы значений признака слева и справа (<т2) и дисперсии асимметрии, т.е. разности этих же признаков - обозначение наше) Оба подхода вполне пригодны для оценки фенотипической изменчивости, но каждый из них имеет определенные особенности.

Преимуществом показателя является то, что его использование не ограничено требованиями типа распределения анализируемых признаков в отличие от применения дисперсии. Однако именно это отличие показателя не учитывает дистанции между анализируемыми классами значений рассматриваемых признаков. Кроме того, мы предлагаем в качестве дополнительного показателя отношение меры случайной изменчивости развития к мере внутрипопуляционного или общего фенотипического разнообразия: (¡¡ц и т2"/<т2. Заметим, что величина и1', оценивающая дисперсию асимметрии |£-Л|, всегда меньше сгг, являющейся дисперсией суммы (Ъ+Я'). С этой точки зрения суждение о том, что "...случайная изменчивость развития...может вносить существенный вклад в общее фенотипическое разнообразие" (Жданова, 2003, стр. 1) является непротиворечивым.

Напротив, как следует из выражений (5) и (6), отношение ц'1м может принимав значение больше или меньше единицы. Поэтому в данном случае более корректно говорить о соотношении вероятностных мер случайной изменчивости развития и внутрипопуляционного разнообразия. Не претендуя на полноту анализа, рассмотрим информативность предложенных показателей на примере выборок из популяций R ndibunda и R. lessonae, обитающих в биотопах Нижегородской области с разным уровнем антропогенной нагрузки. Градиент средового стресса определялся значениями величины ФА (рис. 8).

0,96

■0,92

- ■ 0,88 биотопы

1**^1.04

0,96 <

0.92

0 88-10,1

Рис. 8. Зависимость // и ц*/ ¡л от средового стресса популяций зеленых лягушек (Н.гиЬЬипЖг, Л.1ез5опае). А: по оси абсцисс номера биотопов: 1 — ГПЗ «Керженский» (Борский и Семеновский районы, 2002); 2 - ГПЗ «Керженский» (Борский и Семеновский районы, 1997); 3 - с.Старая Пустынь (Арзамасский район, 2002); 4 - р.Левинка (Н. Новгород, 2002); 5 - р.Ржавка (Н. Новгород, 1996); 6 - оз.Свято (Арзамасский район, 2001); 7 - оз.Спасское (Городецкий район, 2001); 8 - Щелоковский хутор (Н. Новгород, 1999); 9 - Артемовские луга (Н. Новгород, 2002); 10 - р.Волосяниха (Дзержинск, 1999).' Б: по оси абсцисс величина ФА.

На рис. 8А видно, что показатель ц практически не изменяется в градиенте средового стресса, тогда как отношение р'/ц линейно зависит от возрастания средового стресса (рис. 8А;Б).

Статистический анализ показал; что различия между линиями регрессии для (I и р'/р определяются значимыми отличиями в коэффициентах наклона. Подчеркнем, что минимальное значение отношения /*'//< принимает на квазиэталонных территориях, (ГПЗ «Керженский»), характеризующихся, по определению, минимальным уровнем антропогенной составляющей средового стресса. Напротив, показатели в градиенте средового стресса

изменяются практически параллельно (рис. 9).

срсдовой стресс ?

♦

0.2 0.3 0,4 0.5 0.6 0.7 ФА средовои стресс

Сопоставление результатов, полученных на антропогенно-трансформированных территориях в градиенте средового стресса (собственные данные), с материалами Н.П. Ждановой (2003), характеризующими общее фенотипическое разнообразие и случайную изменчивость развития в градиенте природного фактора (температуры), показывает, что отклик биоты на градиент антропогенного фактора не описывается полностью кривой толерантности (закон Шелфорда), а соответствует только ее восходящей ветви. Следует отметить, что Л.В. Яблоковым (1966) при сравнении разных групп особей (популяций) по одному и тому же комплексу признаков был применен похожий индекс для

наглядного графического определения фенотипического сходства. Автор, при сравнении разных групп особей (популяций) относительное значение среднего

квадратичного отклонения (с) относил к конкретной популяции, принятой за эталон сравнения (<г,). Графическое воспроизведение фенотипических профилей для разных групп особей (популяций) по фиксированному комплексу признаков для кольчатой нерпы (Pusa hispida) было аналогично полученному нами (рис. 9А).

Очевидно, что соотношение случайной изменчивости развития, оцениваемое разными показателями (jt* и сг2*) с общим фенотипическим (сг1) и внутрипопуляционным разнообразием в конкретных средовых условиях имеет диагностическую перспективу и требует дальнейшего изучения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные в ходе выполнения работы результаты показывают, что разработка корректных методов оценки ФА, как меры стабильности развития, с использованием свертки функций может рассматриваться как составная часть биотической концепции контроля природной среды (Абакумов, 1991; Максимов и др., 2002; Булгаков, Левич, Максимов, 2003). Проблему стабильности (нестабильности) развития можно рассматривать как «общий знаменатель» онтогенетического и популяционного уровней исследования организации биосистем. В свою очередь, концепция «здоровья среды», оживленно обсуждаемая, в настоящее время (Захаров и др., 2001), является важным практическим аспектом онтогенетических и популяционных исследований. Очевидно, что в обоих случаях экспериментальные методы и алгоритмы анализа и обработки данных являются ключевыми. Среди практических направлений реализации концепции оценки качества среды в числе приоритетных отмечается необходимость встраивания метода оценки здоровья среды в систему экологического мониторинга. Примером реализации биотической концепции контроля природной среды может служить Распоряжение Росэкологии от 16.10.2003, № 460 которым были утверждены «Методические рекомендации по выполнению оценки качества среды по состоянию живых существ (оценка стабильности развития живых организмов по уровню асимметрии морфологических структур)».

Смещение акцентов в выявлении причин фенотипической изменчивости в природных популяциях от генотипического разнообразия к онтогенетическому шуму (Яблоков, 1982; Захаров, 2001) ставит на повестку дня необходимость расширения методологической базы и совершенствования алгоритмических подходов к количественной оценке ФА как мере стабильности (нестабильности) развития. Следует подчеркнуть, что именно применение междисциплинарного подхода дало возможность получить достаточно строгие и непротиворечивые оценки фенотипической изменчивости на основе показателей флуктуирующей асимметрии, а применение алгоритма свертки функций адекватно отражает снижение стабильности развития популяций зеленых лягушек в условиях возрастания средового стресса, оцениваемого по индексу загрязненности воды.

Нами выявлена зависимость цитогенетической нестабильности и уровня средового стресса, оцениваемого по ФА амфибий в некоторых биотопах

Нижегородской области. При этом максимальный уровень числа эритроцитов с микроядрами зафиксирован в популяциях бурых лягушек, подверженных наиболее сильному средовому стрессу, оцениваемому по ФА. Для зеленых лягушек зависимость цитогенетической нестабильности и уровня средового стресса, оцениваемого по ФА, согласуется с данными, описанными в литературе (Чубинишвили, 1998, Чубинишвили, 2001).

Таким образом, настоящая работа вносит определенный, вклад в решение одной из основных проблем современной экологии: совершенствование методологии оценки качества среды, формирование критериев экологического нормирования с учетом региональной специфики с целью ограничения уровня антропогенного воздействия на квазиэталонные и природно-антропогенные объекты.

выводы.

1. На выборках зеленых и бурых лягушек из 16 биотопов Нижегородской области с помощью свертки функций оценена степень симметрии (асимметрии) по комплексу признаков с учетом частот проявления и выраженности асимметричного признака.

2. Стабильность развития и ФА как мера этой величины, вычисляемая по единому алгоритму (свертка функций), является инвариантным и безразмерным показателем в отношении видового состава организмов-индикаторов (Rridibunda, R lessonae, R. temporaria).

3. Величина соотношения вероятностных мер (fi*/ f¡): случайной изменчивости развития и внутрипопуляционного разнообразия - является диагностическим показателем средового стресса и принимает минимальное значение на квазиэталонных территориях (ГПЗ «Керженский»)

4. Показатель внутрипопуляционного разнообразия (//) практически не изменяется в градиенте средового стресса, тогда как отношение вероятностных мер линейно зависит как от возрастания средового стресса, так и величины ФА.

5. На антропогенно-трансформированных территориях в градиенте средового стресса общее фенотипическое разнообразие и случайная изменчивость развития не описываются полностью кривой толерантности (закон Шелфорда), а соответствует только ее восходящей ветви.

6. Для популяций зеленых и бурых лягушек установлена высокая корреляция уровня средового стресса (оцениваемой по ФА) и числа эритроцитов с микроядрами.

7. Показано, что свертка функций адекватно отражает снижение стабильности развития популяций зеленых лягушек в условиях возрастания средового стресса, оцениваемого по индексу загрязненности воды.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Гомеостаз развития в популяции зеленых лягушек, обитающих в районе Керженского заповедника / В. В. Логинов, А. А. Силкин, А. В. Слепов, Д. Б. Гелашвили // Молодая наука - XXI веку: Тез. Межд. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. - Иваново, Россия, 19-20 апреля 2001. - Иваново, 2001.-С. 32-33.

2. Стабильность развития популяций мелких млекопитающих, амфибий и растений как показатель качества среды лесных экосистем / В. В. Логинов, А. В. Слепов, И. В. Мокрое, А. А. Силкин // Леса Евразии в Ш тысячелетии: Мат. Межд. конф. молодых ученых: Т.1. - Москва, Россия - 26 - 29 июня 2001. М., 2001.-С. 139-140.

3. Методологические и методические аспекты мониторинга здоровья среды государственного природного заповедника "Керженский" / Д. Б. Гелашвили, А. К. Краснов, В. В. Логинов и др. // Труды ГПЗ "Керженский"/ Н. Новгород. - 2001. -Т.1.-С.287-325.

4. Опыт проведения биомониторинга в государственном природном заповеднике «Керженский» / Д. Б. Гелашвили, А. Б. Савинов, А. В. Слепов и др. // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия Биология. -2001.-Вып. 1(2).-С. 64-73.

5. Логинов, В. В. Морфогенетическая и цитогенетическая характеристики природных популяций зеленых лягушек гибридогенного комплекса Rana esculenta в естественных условиях Нижегородской области / В. В. Логинов, Д. Б. Гелашвили // Актуальные проблемы герпетологии и токсинологии: Сб. науч. трудов. / ИЭВБ РАН. - 2001. - Вып. 5. - С. 62 - 69.

6. Земноводные как биоиндикаторы качества окружающей среды Нижегородской области / В. В. Логинов, В. А. Ушаков, А. А. Образцов, Д. Б. Гелашвили // Экологический ежемесячник. - 2001.- № 11(86) - С. 33 - 36.

7. Структурно-информационные показатели флуктуирующей асимметрии амфибий на загрязненных территориях / Д. Б. Гелашвили, Е. В. Чупрунов, В.' В. Логинов, А. А. Силкин // Современные проблемы водной токсикологии: Тез. докл. Всерос. конф. с участием спец. из стран ближ. и дальн. заруб., Борок, Россия, 19-21 ноября 2002. - Борок, 2002. - С. 195.

8. Логинов, В. В. Применение структурно-информационных показателей флуктуирующей асимметрии амфибий в мониторинге окружающей среды / В. В. Логинов, Д. Б. Гелашвили, А. А. Силкин // Проблемы регионального экологического мониторинга: Матер, науч.-практ. конф., Н.Новгород, Россия, 2526 апреля 2002. - Н. Новгород, 2002. - С 79-81.

9. Структурно-информационные показатели стабильности развития амфибий на антропогенно трансформированных территориях / В. В. Логинов, Д. Б. Гелашвили, Е. В. Чупрунов, А. А. Силкин // Актуальные проблемы герпетологии и токсинологии: Сб. науч. трудов. Вып. 6. — Тольятти, 2003. - С. 85-90.

10. Гелашвили, Д. Б. Биомониторинг водных объектов в условиях мегаполиса / Д. Б. Гелашвили, А. А. Силкин, В. В. Логинов // Великие реки 2002: Тез. док.

Межд. науч.-пром. форума, Н.Новгород, 14-17 мая 2002. - Н.Новгород, 2003. - С. 189-190.

11. Логинов, В. В. Цитогенетическая нестабильность и величина флуктуирующей асимметрии в популяциях зеленых и бурых лягушек, обитающих в водных объектах Нижегородской области / В. В. Логинов, Д. Б. Гелашвили, А. А. Силкин // Экологические проблемы бассейнов крупных рек - 3: Тез. Межд. науч. конф. сентябрь 2003. - Тольятти, 2003. - С. 158.

12. Структурно-информационные показатели, флуктуирующей асимметрии организмов в биоиндикационных исследованиях / Д. Б. Гелашвили, В. В. Логинов, И. В. Мокров, А. А. Силкин // Методы популяционной биологии: VII Всерос. популяционный семинар, Сыктывкар, Республика Коми, 16-21 февраля 2004. - Сыктывкар, 2004. - С.39-40.

Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. п. л. 1. Заказ № 988. Тираж 100 экз. Типография Нижегородского госуниверситета им. Н.И. Лобачевского. Лиц. ПД № 18-0099 от 4.05.01. 603000, г. Нижний Новгород, ул. Б. Покровская, 37

Р 15 2 0 8

t«

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Логинов, Владимир Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Обзор литературы. Современные проблемы индикации качества окружающей среды на основе морфологических и генетических показателей амфибий ^

1.1. Земноводные как биоиндикаторы.

1.2. Морфологический подход при использовании амфибий как биоиндикаторов.

1.2.1. Морфометрический метод изучения популяций амфибий.

1.2.2. Фенетический метод изучения популяций амфибий.

1.2.3 Морфогенетический метод изучения популяций амфибий

1.3. Генетический подход при использовании амфибий как биоиндикаторов.

ГЛАВА 2. Природно-географические и гидрохимические характеристики местообитаний амфибий Нижегородской области.

2.1. Общая характеристика Нижегородской области.

2.2. Антропогенно-трансформированные территории.

2.3. Зоны импактного химического загрязнения.

2.4. Квазиэталонные территории.

СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА 3. Материалы и методы исследования.

ГЛАВА 4. Интегральная оценка, флуктуирующей асимметрии зеленых и бурых лягушек с применением свертки функций.

4.1. Зеленые лягушки (Rana ridibunda, Rana lessonae).

4.2. Бурые лягушки {Rana temporaria).

4.3. Анализ зависимости величины флуктуирующей асимметрии от индекса загрязненности воды (ИЗВ) в популяциях зеленых лягушек.

ГЛАВА 5. Изучение связи цитогенетической и морфогенетической ' стабильности в популяциях зеленых и бурых лягушек.

ГЛАВА 6. Меры фенотипической изменчивости в оценке стабильности развития амфибий Нижегородской области.

6.1. Обоснование мер фенотипической изменчивости в оценке стабильности развития.

6.2. Сопоставление различных методов оценки фенотипической изменчивости.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Фенотипическая изменчивость и цитогенетические характеристики природных популяций зеленых и бурых лягушек, обитающих на антропогенно-трансформированных и заповедных территориях"

Актуальность проблемы

Перспективным подходом к популяционному анализу по комплексу количественных билатеральных признаков с онтогенетических позиций является стабильность развития (Захаров и др., 2001). Под стабильностью развития понимается способность развивающегося организма к формированию нормального фенотипа. Применительно к исследованию группы особей это означает способность к развитию сходного фенотипического эффекта при данных условиях среды (Глотов, Тараканов, 1985; Захаров, 1987; Жданова, 2003). Показателем стабильности развития является случайная изменчивость развития (Астауров, 1927), наиболее обычным проявлением которой служит флуктуирующая асимметрия (ФА) различных билатеральных признаков организма (Palmer, Strobeck, 1986; Zakharov, Graham, 1992; Whitlock, 1996; Van Dongen, 1998 и др.). Таким образом, стабильность развития, оцениваемая по уровню ФА (морфогенетический подход), является чувствительным индикатором состояния природных популяций и представляет интерес для биоиндикационных исследований. В настоящее время показатель ФА достаточно широко применяется для оценки состояния природных популяций, подверженных воздействию химических и физических факторов (Чубинишвили, 1998 а, б; Захаров и др., 2000 а, б; Последствия ., 1996; Eeva et al., 2000; Freeman et al., 1999; Kozlov, Niemela, 1999; Pankakoski et al., 1992).

В качестве объекта исследования в данной работе использовались земноводные (Rana ridibunda, Rana lessonae, Rana temporaria). Эти виды достаточно давно и успешно используются как виды-индикаторы качества среды (Чубинишвили, 1998; Захаров, 1993). Они обладают четкими и удобными для исследования признаками, относительно широко распространены, их икра и личинки чувствительны к загрязнителям

Вершинин, 1995; Устюжанина, 2002 и др.). Земноводные являются связующим звеном между водными и наземными экосистемами, что делает их удобным объектом для оценки антропогенных изменений *ве только водной среды, но и суши. Приуроченность исследуемых видов к определенному водоему облегчает интерпретацию данных: состояние организма амфибий отражает качество локального местообитания (Пескова, 2001). Относительно небольшой радиус индивидуальной активности, отсутствие сильной тенденции к миграции (Ищенко, 1978), высокий и достаточно хорошо изученный полиморфизм - все эти факты позволяют успешно использовать представителей амфибий в качестве видов-индикаторов. В свою очередь, перспективы применения ФА в системе биоиндикации и биомониторинга требуют разработки корректных методов количественной оценки ее величины (Кожара, 1985; Захаров, 1987; Захаров и др., 2000; Гелашвили и др., 2001; Palmer, Strobek, 2003).

Очевидно, что для оценки величины ФА по интегральному показателю имеет значение как частота проявления асимметричного признака (т.е. "пенетрантность"), так и его выраженность (размер) или "экспрессивность". Этим требованиям удовлетворяет алгоритм свертки функций, позволяющий оценить степень симметричности объекта с любой степенью подробности, поскольку учитывает не только альтернативное, но и непрерывное варьирование признаков (Гелашвили и др., 2001; Чупрунов и "др., 2001). Ранее этот алгоритм был успешно использован для оценки ФА пластических признаков у насекомых (Радаев, 2001). Однако для меристических признаков, в частности у амфибий, его применение в полном объеме не было обосновано. Для интегральной характеристики состояния индикаторных видов амфибий в дополнение к морфогенетическому анализу стабильности развития рекомендуется проводить оценку цитогенетического гомеостаза (Захаров, Крысанов,1996). Кроме того, в популяционных исследованиях для решения как теоретических, так и практических задач по-прежнему острой остается проблема оценки природы наблюдаемого фенотйпического разнообразия (Яблоков, 1966; Тимофеев-Ресовский, 1973; Животовский, 1979; Животовский, 1980; Глотов, 1983; Захаров, 2001; Жданова, 2003 и др.).

Цель исследований

Задачи исследований

1. Обосновать применение свертки функций для количественной оценки величины ФА по комплексу меристических признаков с учетом частоты проявления и выраженности асимметричных признаков в природных популяциях зеленых и бурых лягушек.

2. Изучить информативность мер внутрипопуляционного фенотипического разнообразия (ы) случайной изменчивости развития (ju*) и их соотношения (ju*//и) в условиях антропогенного средового стресса.

4. Провести анализ зависимости величины ФА в популяциях зеленых лягушек, оцениваемой разными алгоритмами, от качества среды обитания, характеризующегося индексом загрязненности воды (ИЗВ).

Научная новизна

С помощью свертки функций впервые оценена степень симметрии уасимметрии) комплекса билатеральных признаков зеленых и бурых лягушек как с учетом частоты проявления асимметричного признака, так и его выраженности. Показано, что величина ФА, вычисленная с помощью свертки функций, линейно растет в градиенте возрастающего средового стресса. Установлено, что величина соотношения вероятностных мер случайной изменчивости развития (а*) и внутрипопуляционного фенотипического разнообразия (ц) - является диагностическим показателем средового стресса и принимает минимальное значение при оптимальных условиях среды. Установлено, что число эритроцитов с микроядрами периферической крови в выборках зеленых и бурых лягушек линейно растет с увеличением средового стресса, оцениваемого по ФА. Показано, что свертка функций адекватно отражает снижение стабильности развития популяций зеленых лягушек в условиях возрастания средового стресса, оцениваемого по индексу загрязненности вод.

Научно-практическая значимость работы

Разработанные показатели ФА и фенотипической изменчивости могут быть рекомендованы для практического использования при анализе состояния природных популяций и проведения биомониторин*га. Работа выполнена в рамках ФЦП "Возрождение Волги", проекта Глобального экологического фонда "Сохранение биоразнообразия в Российской Федерации". Проведена биоиндикационная оценка качества природной среды на территории Нижегородской области с использованием стабильности развития земноводных. Разработанные алгоритмы оценки ФА были апробированы на индикаторных видах амфибий, обитающих в Государственном природном заповеднике «Керженский».

Публикации и апробация результатов исследований

По теме диссертации опубликовано 12 научных работ. Основные положения диссертации докладывались на Всероссийской научно-практической конференции «Экологические исследования и проблемы экологического образования в Европейских регионах России» (Арзамас, 2000); Втором конгрессе молодых ученых и специалистов «Научная молодежь на пороге XXI века» (Томск, 2001); Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодая наука XXI веку» (Иваново, 2001); Международной конференции молодых ученых «Леса Евразии в третьем тысячелетии» (Москва, 2001); Всероссийской конференции с участием специалистов из стран ближнего и дальнего зарубежья «Современные проблемы водной токсикологии» (Борок, 2002); Научно-практической конференции «Проблемы регионального экологического мониторинга» (Нижний Новгород, 2002); Международном научно-промышленном форуме «Великие реки 2002» (Нижний Новгород,

2003); VII Всероссийском популяционном семинаре «Методы . популяционной биологии» (Сыктывкар, 2004).

Объем и структура диссертации

Материалы диссертации изложены на 117 страницах. Работа состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов, цитированной литературы. В работе

Заключение Диссертация по теме "Экология", Логинов, Владимир Владимирович

ВЫВОДЫ

1. На выборках зеленых и бурых лягушек из 16 биотопов Нижегородской области с помощью свертки функций оценена степень симметрии асимметрии) по комплексу признаков с учетом частот проявления и

- v выраженности асимметричного признака.

3. Величина соотношения вероятностных мер {р. */ц)\ случайной изменчивости развития (/**) и внутрипопуляционного разнообразия (ju) - является диагностическим показателем средового стресса и принимает минимальное значение на квазиэталонных территориях (ГПЗ «Керженский»)

4. Показатель внутрипопуляционного разнообразия {pi) практически не изменяется в градиенте средового стресса, тогда как отношение вероятностных мер (ji*/ ц) линейно зависит как от возрастания средового стресса, так и величины ФА.

5. На антропогенно-трансформированных территориях в градиенте средового стресса общее фенотипическое разнообразие и случайная изменчивость развития не описываются полностью кривой толерантности (закон Шелфорда), а соответствуют только её восходящей ветви.

Для популяций зеленых и бурых лягушек установлена высокая корреляция уровня средового стресса (оцениваемого по ФА) и числа эритроцитов с микроядрами.

Показано, что свертка функций адекватно отражает снижение стабильности развития популяций зеленых лягушек в условиях возрастания средового стресса, оцениваемого по* ^ индексу загрязненности воды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные в ходе выполнения работы результаты показывают, что разработка корректных методов оценки ФА как меры стабильности развития с использованием свертки функций может рассматриваться как "составная часть биотической концепции контроля природной среды (Абакумов, 1991; Максимов, 2002; Булгаков, 2003). Проблему стабильности (нестабильности) развития можно рассматривать как «общий знаменатель» онтогенетического и популяционного уровней исследования организации биосистем. В свою очередь, концепция «здоровья среды», оживленно обсуждаемая в настоящее время (Захаров и др., 2001), является важным практическим аспектом онтогенетических и популяционных исследований. Очевидно, что в обоих случаях экспериментальные методы и алгоритмы анализа и обработки данных являются ключевыми. Среди практических направлений реализации концепции оценки качества среды в числе приоритетных отмечается необходимость встраивания метода оценки здоровья среды в систему экологического мониторинга. Примером реализации биотической концепции контроля природной среды может служить Распоряжение Росэкологии от 16.10.2003 № 460, которым были утверждены «Методические рекомендации по выполнению оценки качества среды по состоянию живых существ (оценка стабильности развития живых организмов по уровню асимметрии морфологических структур)».

Для оценки фенотипического разнообразия в популяцияхамфибий важно было разобраться, что представляют собой "фенотипические различия" и какого типа "фенотипические различия" мы наблюдаем. Известно, что фенотипические ненаследственные различия, возникающие под влиянием преобладающих условий среды у одинаковых в наследственном отношении организмов, С. Nagele в 1884 г. назвал модификациями (Жимулев, 2002). Примеры модификаций широко известны и многочисленны (Бляхер, 1971; Жимулев, 2002; Хедрик, 2003 и др.). В наши V дни количество работ по наследованию приобретенных фенотипических признаков (модификаций), в названии которых стоит слово «эпигенетический», растет (Jablonka, Lamb, 1998; Голубовский, 2001; Гродницкий, 2001; Животовский, 2003 и др.). Ряд работ по исследованию эпигенетических изменений касаются и проблем симметрии/асимметрии организмов. Так, J1.A. Животовский (2003) считает, что симметрия живых организмов определяется генетически. Напротив, Лима-де-Фария (1991) и Д.Л. Гродницкий (1998) полагают, что симметрия/асимметрия живых организмов — это эксплуатация единого физического принципа, наблюдаемого от молекул до кристаллов, существующего до появления генов. Другие авторы полагают, что любые эпигенетические изменения всего лишь одна из модификаций (норма одна из модификаций) или один из альтернативных путей в системе онтогенеза и биосинтеза в клетке, когда блокировка одного пути компенсируется другим (Лобашев, 1967; Медников, 1987). Итак, несмотря на то, что в оценке фенотипического разнообразия до сих пор больше вопросов, чем ответов, фенотипическую величину (различия) многих признаков можно измерить (см. например, Животовский, 1979; 1980; 1984; Хедрик, 2003). Несмотря на то, что фенотипическую величину можно измерить, часто количественные измерения самих признаков и связей между ними дают неоднозначные результаты, что может объясняться и общим свойством сложности динамических систем (Ростова, 2002) и тем, что на количественные (морфологические) признаки, по-видимому, влияют многие гены, т.е. эти признаки полигенны (Животовский, 1984; Хедрик, 2003). Хотя фенотипическая величина может быть и результатом взаимодействия «генотип-среда», в этом случае статистическая сложность возникает при разделении генетической и средовой компоненты. Множественные измерения билатерально-симметричного индивида с левой и правой сторон ч позволяют вычленить средовую компоненту (Хедрик, 2003). Индивидуальная изменчивость, измеренная при сравнении левой и правой сторон у особей с билатеральной симметрией, была предложена в качестве меры стабильности развития индивида. Существует ряд способов измерения степени стабильности развития, но чаще используются оценки ФА. Последствия генетического и средового стресса могут быть определены по стабильности развития, но значительная доля общей фенотипической изменчивости (до 50% и более) в природных популяциях может происходить от онтогенетического шума (Захаров, 2001). Смещение акцентов в выявлении причин фенотипической изменчивости в природных популяциях от генотипического разнообразия к онтогенетическому шуму (Яблоков, 1982; Захаров, 2001) ставит на повестку дня необходимость расширения методологической базы и совершенствования алгоритмических подходов к количественной оценке ФА как мере стабильности (нестабильности) развития. Следует подчеркнуть, что именно применение междисциплинарного подхода дало возможность получить достаточно строгие и непротиворечивые оценки фенотипической изменчивости на основе показателей флуктуирующей асимметрии, а применение алгоритма свертки функций адекватно отражает снижение стабильности развития популяций зеленых лягушек в условиях возрастания средового стресса, оцениваемого по индексу загрязненности воды.

Нами выявлена зависимость цитогенетической нестабильности и уровня средового стресса, оцениваемого по ФА, амфибий в некоторых биотопах Нижегородской области. При этом максимальный уровень числа эритроцитов с микроядрами зафиксирован в популяциях бурых лягушек, подверженных наиболее сильному средовому стрессу, оцениваемому по ФА. Для зеленых лягушек зависимость цитогенетической нестабильности и уровня средового стресса, оцениваемого по ФА, согласуется с данными, описанными в литературе (Чубинишвили, 1998, Чубинишвили, 2001).

Таким образом, настоящая работа вносит определенный вклад в решение одной из основных проблем современной экологии: совершенствование методологии оценки качества среды, формирование критериев экологического нормирования с учетом региональной специфики с целью ограничения уровня антропогенного воздействия на квазиэталонные и природно-антропогенные объекты.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Логинов, Владимир Владимирович, Нижний Новгород

1. Абакумов, В.А. Экологические модификации и развитие биоценозов / В.А. Абакумов // Экологические модификации и критерии экологического нормирования: Тр. Межд. симпозиума. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. -С.18-40.

2. Акт проверки государственного памятника природы областного значения «оз. Спасское» 26.05.90 г., Городец, 1990. 3 с.

3. Акт проверки государственного памятника природы областного значения «оз. Спасское» 18.09.95 г., Городец, 1995. 4 с.

4. Александровская, Т.О. К систематике зеленых лягушек Московской области / Т. О. Александровская // Зоол. журнал. 1976. T.LV, вып.9. С.1362 1367.

5. Астауров, Б. Л. Исследование наследственного изменения галтеров у Drosophila melanogaster / Б. Л. Астауров // Журн. эксперим. биол. Сер. А. 1927. Т. 3, вып. 1/2. С. 1-61.

6. Астауров, Б. Л. Наследственность и развитие / Б. Л. Астауров. М.: Наука, 1974.-С. 9-53.

7. Айала, Ф. Введение в популяционную и эволюционную генетику / Ф. Айала. М.: Мир,1984. - 232 с.

8. Айала, Ф. Современная генетика / Ф. Айала, Дж. Кайгер. В 3-х т. Т.2.-М.: Мир, 1988.-368 с.

9. Бакка, А.И. Особо охраняемые природные территории Нижегородской области / А.И. Бакка, С.В. Бака. Н.Новгород, Экологический центр «Дронт», 1997. - 67 с.

10. Безель, B.C. Экологическое нормирование антропогенных нагрузок / B.C. Безель // Экология. 1993. - №1. - С. 36-47.

11. Биометрия / В. Н. Глотов, JI. А. Животовский, Н. В. Хованов, Н. Н. Хромов-Борисов. JL: Изд-во ЛГУ, 1982. - 264 с.

12. Биоиндикация радиоактивных загрязнений / Отв. ред. Д.А. Криволуцкий. -М.: Наука, 1999.-384 с.

13. Бикбаев, Э.В. Возрастные изменения частот фенообликов в двух популяциях Rana ridibunda / Э.В. Бикбаев, А.В. Леденцов // Фенетика природных популяций. М., 1990. - С. 26-27.

14. Бляхер, Л.Я. Проблема наследования приобретенных признаков / Л.Я. Бляхер. М.: Наука, 1971. - 274 с.

15. Богач, Я. Животные-биоиндикаторы индустриальных загрязнений / Я. Богач, Ф. Седлачёк, 3. Швецова // Журнал общей биологии.- 1988.-№5.-С.630-635

16. Бочков, Н.П. Хромосомы человека и облучение / Н.П. Бочков. М.: Атомиздат, 1971. 168 с. * .

17. Бочков, Н.П. Классификация и методы учета хромосомных аберраций в соматических клетках / Н.П. Бочков, Ю.С. Демин, Н.В. Лучник // Генетика. 1972. Т. VII, №5.-С. 133-141.

18. Булгаков, Н.Г. Региональный экологический контроль на основе биотических и абиотических данных мониторинга / Н.Г. Булгаков, А.П.

19. Вершинин, В.Л. Морфологические аномалии амфибий городской черты /

20. B.Л. Вершинин // Экология.-1995.-№4.-С.299-307.

21. Влияние фонового загрязнения природной среды на биоту: проблемы оценки и прогноза / Ю.А. Израэль, Л.М. Филиппова, Г.Э. Инсаров и др. // Проблемы экологического и мониторинга и моделирования экосистем. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. Т. 9. - С.8-26.

22. Воробцова, И.Е. Результаты цитогенетического обследования ликвидаторов последствий на ЧАЭС, проведенного в разные годы / И.Е. Воробцова // Радиационная биология. Радиоэкология. 1994. Т. 34, № 6.1. C. 5-20.

23. Временные методические указания по комплексной оценке качества поверхностных и морских вод; Введ. 22.09.1986 к №-250-1163. М., 1986. -6с.

24. Гатиятулина, Э.З. О частоте фенотипа "STRIATA" среди сеголеток Rana arvalis Nills в условиях техногенного загрязнения / Э.З. Гатиятулина // Фенетика природных популяций: Мат-лы IV Всес. совещ. М., 1990. - С. 48-49.

25. Ганасси, Е.Э. Радиационное повреждение и репарация хромосом / Е.Э. Ганасси. М.: Наука, 1976. 103 с.

26. Гаранин, В.И. Герпетофауна и урбанизация / В.И. Гаранин // Наземные и водные экосистемы. Межвуз. сб. Горький: Изд-во ГГУ им. Н.И. Лобачевского, 1983. - С. 37-43.

27. Глотов, Н.В. Норма реакции генотипа и взаимодействие генотипа среда в природной популяции / Н.В. Глотов, В.В. Тараканов // Журн. общ. биол. 1985. Т. 46, № 6. - С. 760-769.

28. Гланц, С. Медико-биологическая статистика / С. Гланц. М.: Практика, 1999.-459 с.

29. Голикова, B.JI. Использование фенокомплекса рисунка головы травяной лягушки в качестве индивидуальных маркеров / В.Л. Голикова, М.В. Перехрёстова // Фенетика популяций: Матер. 3-го Всес. совещ. Саратов, 1985.- 186 с.

30. Гоголева, Н.П. Полиморфизм в популяциях краснобрюхой жерлянки Bombino bombino / Н.П. Гоголева // Фенетика популяций: Матер. 3-го Всес. совещ. Саратов, 1985.-167с.

31. Гоголева, Н.П. О фенотипических вариациях в окраске спины озерной лягушки / Н.П. Гоголева // Фенетика природных популяций: Мат-лы IV Всес. совещ. М., 1990. - С. 51-52.

32. Голубовский, М.Д. Неканонические наследственные изменения / М.Д. Голубовский // Природа. 2001, N° 8. С. 3-8.

33. Дмитриев, С.Г. Цитогенетическая нестабильность у трех видов грызунов в районе химического предприятия на севере России / С.Г. Дмитриев // Экология. 1997, № 6. - С.447-451.

34. Дмитриев, С.Г. Оценка цитогенетического гомеостаза в природных популяциях некоторых видов мелких мышевидных грызунов / С.Г. Дмитриев, В.М. Захаров // Онтогенез. 2001, Т.32, № 6. - С. 447-454.

35. Дурнев, А.Д. Мутагены и антимутагены в продуктах питания / А.Д. Дурнев // Генетика. 1997, Т. 33, № 2. - С. 165-176.

36. Евланов, И.А. Влияние фенетической структуры леща на особенности заражения его плероцеркоидами Digramma interrupta / И.А. Евланов, С.Е. Колокольникова // Фенетика природных популяций. Мат. IV Всесоюзного совещания. М.: ИБР РАН, 1990. - С. 81-82.

37. Животовский, Л.А. Показатель популяционной изменчивости по полиморфным признакам // Фенетика популяций. М.: Наука, 1982. - С. 38—44.

38. Животовский, Л.А. Интеграция полигенных систем в популяциях / Л. А. Животовский. М.: Наука, 1984. - 184 с.

39. Гелашвили // Проблемы общей биологии и прикладной экологии. -Саратов., 1997. Вып. 2/3. С. 52-54.

40. Захаров, В. М. Феногенетический аспект исследования природных популяций / В. М. Захаров // Фенетика популяций. М.: Наука, 1982. - С. 45-55.

41. Захаров, В.М. Новые методы изучения почвенных животных / В.М. Захаров, А.В. Яблоков // Радиоэкология наземных животных. М.: Наука, 1985.-С. 176-185.

42. Захаров, В.М. Методология оценки здоровья среды / В.М. Захаров, Е.Ю. Крысанов, А.В. Пронин // Последствия Чернобыльской катастрофы: Здоровье среды. М.: Центр экологической политики России, 1996. - С. 22-32.

43. Захаров, В. М. Асимметрия животных / В.М. Захаров. М.: Наука, 1987. -216 с.

44. Захаров, Л.А. Влияние фоновых адаптации на динамику накопленного пигмента в дермальных меланафорах личинок амфибий / Л.А. Захаров, В.А. Голиченков // Биол. Науки, №1, 1991.-С 60-67.

45. Захаров, В.М. Биотест: интегральная оценка здоровья экосистемами отдельных видов / В. М. Захаров, Д. И. Кларк. М.: Центр экологической политики России, 1993. - 79 с.

46. Захаров, В.М. Мониторинг здоровья среды на охраняемых природных территориях / В.М. Захаров, А.Т. Чубинишвили. М.: Центр экологической политики России, 2001а. - 148 с.

47. Захаров, В.М. Онтогенез и популяция (стабильность развития и популяционная изменчивость) / В.М. Захаров // Экология. 20016. №3. -С. 177-191.

48. Здоровье среды: Методика оценки. Оценка состояния природных популяций по стабильности развития: Методологическое руководство для заповедников / В.М. Захаров, А.С. Баранов, В.И. Борисов и др. М.: Центр экологической политики России, 2000а. - 66 с.

49. Здоровье среды: Практика оценки / В.М. Захаров, А.Т. Чубинишвили, С.Г. Земноводные. Стабильность развития / А.Т. Чубинишвили, В.И! Борисов,

50. A.С. Баранов, В.М. Захаров // Последствия Чернобыльской катастрофы: Здоровье среды. М.: 1996. - С. 49-53.

51. Ищенко, В.Г. Динамический полиморфизм бурых лягушек фауны СССР /

52. B.Г. Ищенко. М.: Наука, 1978.-148 с.

53. Калабухов, Н.И. Методика экспериментальных исследований по экологии / Н.И. Калабухов. М., 1951. - 175 с.

54. Клен, Рудольф Атлас хромосомных аберраций / Рудольф Клен, Владимир Срб. Прага: Академия, 1982. - 148 с.

55. Кожара, А.В. Структура показателя флуктуирующей асимметрии сг. и его пригодность для популяционных исследований / А.В. Кожара // Биол. науки. 1985. № 6. - С. 100-103.

56. Козлов, М.В. Стабильность развития: мнимая простота методики (о методическом руководстве «Здоровье среды: методика оценки») / М.В. Козлов // Бюлл. Заповедники и национальные парки. 2002. № 37-38. - С. 23-25.

57. Косова, Л.В. Морфометрическая и фенетическая изменчивость зеленых лягушек Белоруссии / Л.В. Косова // Вопросы герпетологии. — Киев, 1989. -С. 121-122.

58. Косова, Л.В. Оценка соотношения ландшафтной изменчивости морфометрической и фенетической структуры популяций остромордой и травяной лягушек на территории Белоруссии / Л.В. Косова, М.М. Пикулик

59. Проблемы использования биологического разнообразия животного мира. Тезисы докладов. Минск. 1994. - С. 330-334.

60. Косариков, А.Н. Виртуальный мир экологического мониторинга / А. Н. Косариков, С. И. Козлов. Н.Новгород. Центр экологической безопасности, 2001. - 272 с.

61. Кряжева, Н.Г. Анализ стабильности развития берёзы повислой в условиях химического загрязнения / Н. Г. Кряжева, Е. К. Чистякова, В. М. Захаров // Экология. 1996. № 6. - С. 441-444.

62. Криволуцкий, Д.А. Биоиндикация и биомониторинг / Д.А. Криволуцкий. М.: Наука, 1991.-288 с.

63. Лебединский, А.А. Особенности размещения амфибий на урбанизированной территории / А.А. Лебединский // Наземные и водные экосистемы: Межвуз. сб. Горький. 1981. - С. 49-56.

64. Лебединский, А.А. Земноводные в условиях урбанизированной территории (на примере г.Горького): Дис.канд. биол. наук: 03.00.08 / А.А. Лебединский. — Горький. 1983. 147 с.

65. Лебединский, А.А. Полиморфизм популяций травяной лягушки на территории г.Горького / А.А. Лебединский // Вопросы герпетологии. Л.: Наука, 1985.-С. 123.

66. Лебединский, А.А. Влияние полиморфизма травяных на их зараженность гельминтами / А.А. Лебединский, Т.Б. Голубева // Материалы Всес. научно-метод. совещ. зоологов педвузов. Ч. 1.- Мхачкала, 1990. - С. 175176.

67. Логинов, В.В. Структурно-информационные показатели стабильности развития амфибий на антропогенно трансформированных территориях /

68. B.В. Логинов, Д.Б. Гелашвили, Е.В. Чупрунов, А.А. Силкин // Актуальные проблемы герпетологии и токсинологии. Тольятти: ИЭВБ РАН. 2003. Вып. 6. - С. 85-90.

69. Лобашев, М.Е. Генетика / М.Е. Лобашев. Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та, 1967.1. C. 287-579.

70. Максимов, В.Н. Проблемы комплексной оценки качества природных вод (экологические аспекты) / В.Н. Максимов // Гидробиол. журн. 1991. Т.27. №3. - С.8-13.

71. Макгрегор, Г. Методы работы с хромосомами животных / Г. Макгрегор, Дж. Варли. М.: Мир, 1986. 265 с.

72. Мамрадзе, Р.Г. Влияние температуры на частоту проявления фенотипа Striata у малоазиатской лягушки / Р.Г. Мамрадзе // Вопросы герпетологии:ч

73. Автореф. докл. VII Всес. герпетологической конф. Киев: Наукова Думка, 1989. -С. 151-152.

74. Маннапова, Е.И. Земноводные и пресмыкающиеся Керженского государственного заповедника / Е.И. Маннапова, М.В. Пестов, А.А. Лебединский // Вторая конференция герпетологов Поволжья: Тез. докл. -Тольятти, 1999. С. 37-38.

75. Медников, Б.М. Размышления об эволюции / Б.М. Медников // Наука и жизнь. 1987. № 9. - С. 93-95.

76. Межжерин, С.В. Географическая изменчивость морфологических признаков биохимических генных маркеров озерной лягушки (Rana ridibunda Pall.) / С.В. Межжерин // Вопросы герпетологии Киев, 1989. -С. 158-159.4=

77. Митрофанов, Ю. А. Индуцированная изменчивость хромосом эукариот / Ю. А. Митрофанов. М., 1994. - 120 с.

78. Микроядерный анализ и цитогенетическая нестабильность / Н.Н. Ильинских, В.В. Новицкий, Н.Н. Ванчугова, И.Н. Ильинских. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1992. - 272 с.

79. Мокров, И.В. Анализ стабильности развития березы повислой в условиях заповедника «Керженский» / И.В. Мокров, А.А. Малова // Тр. биол. ф-та

80. Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского. 19996. Вып. 2.-С 62-65.

81. Опыт проведения биомониторинга в государственном природном заповеднике «Керженский» / Д.Б. Гелашвили, А.Б. Савинов, А.В. Слепов и др., // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. -2001. Сер. биол. Вып. 1(2). С. 64-73.

82. Павлинов, И .Я. Принципы и методы геометрической морфометрии / И.Я. Павлинов, Н.Г. Микешина // Журн. общ. биологии. 2002. Т. 63. № 6. - С. 473-493.

83. Панченко, И.М. О фенетических вариациях окраски остромордой лягушки поймы реки Оки / И.М. Панченко // Фенетика популяций: Матер. 3-го Всес. совещ. Саратов, 1985. - С. 173-174.

84. Пикулик, М.М. Фенография популяций фоновых видов амфибий в пределах территории Белоруссии и её ландшафтная детерминированность / М.М. Пикулик, И.Т. Столяров, А.А. Летецкий // Фенетика популяций: Матер. 3-го Всес. совещ. Саратов. 1985. - С. 170.

85. Последствия Чернобыльской катастрофы: Здоровье среды: Сб. ст. / Под ред. В.М. Захарова. М.: Центр экологической политики России, 1996,.-169 с.

86. Радаев, А.А. Морфологический анализ стабильности развития пчелы медоносной как показатель состояния окружающей среды / А.А. Радаев // Тр. биол. ф-та Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского. 19996. Вып. 2. С. 66-69.

87. Радаев, А.А. Биоэкологические закономерности стабильности развития пчелы медоносной Apis mellifera L. и их применение в биомониторинге: Автореф. дис. .канд. биол. наук: 03.00.16 / А.А. Радаев. Н. Новгород: ННГУ. 2001.23 с.

88. Реброва, О.Ю Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ STATISTICA / О.Ю. Реброва. М., МедиаСфера, 2002. - 312 с.

89. Ростова, Н.С. Корреляции: структура и изменчивость / Н.С. Ростова. -СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2002. - 308 с.

90. Состояние окружающей среды и природных ресурсов Нижегородской области в 2001 г. /Ежегодный доклад. Департамент природных ресурсов по приволжскому региону, 2002. 212 с.

91. Стадницкий, Р.С. Биоиндикационные исследования на растениях / Р.С. Стадницкий // Биологическая индикация в антропоэкологии. Л.: Наука, 1984. - С. 89-86.

92. Стабильность развития: еще раз о мнимой и реальной простоте методики / Коллектив авторов // Заповедники и Национальные парки. 2002. № 36. -С.23-25.

93. Трасс, Х.Х. Успехи и проблемы лихеноиндикации загрязненности воздуха / Х.Х. Трасс // Лихеноиндикация состояния окружающей среды. Таллин, 1978.-С. 16-18.

94. Трубе, Л.Л. География Горьковской области / Л.Л. Трубе. Горький: Волго-Вятское кн. изд-во. 1978. - 176 с.

95. Ушаков, В.А. Влияние урбанизации на популяционные характеристики травяной лягушки / В.А. Ушаков, И.Ю. Белобородова // Наземные и водные экосистемы. Горький, 1989. - С 60-66.

96. Ушаков, В.А. Оценка стабильности развития популяций зеленых лягушек методом флуктуирующей асимметрии на территории Нижегородской области / В.А. Ушаков, А.А. Образцов // Вторая конф. герпетологов Поволжья: Тез. докл. Тольятти, 1999. - С. 53-54.

97. Уоддингтон, К. X. Морфогенез и генетика / К. X. Уоддингтон. М.: Мир, 1964. 259с.

98. Харитонычев, А.Т. Природа Нижегородского Поволжья / А. Т. Харитонычев. Горький: Волго-Вятское кн. изд-во, 1978. - 176 с. Харитонычев, А.Т. Физическая география Горьковской области / А.Т. Харитонычев. - Горький. 1985. - 96 с. * ••»*

99. Хедрик, Ф. Генетика популяций / Ф. Хедрик. М.: Техносфера, 2003. -592 с.

100. Чубинишвили, А.Т. Гомеостаз развития в популяциях озерной лягушки {Rana ridibunda Pall.), обитающих в условиях химического загрязнения врайоне Средней Волги / А.Т. Чубинишвили // Экология. 1998а. № 1. - С. 71-74.

101. Чубинишвили, А.Т. Оценка состояния природных популяций озерной лягушки (Rana ridibunda) в районе Нижней Волги по гомеостазу развития: цитогенетический и морфогенетический подходы / А.Т. Чубинишвили // Зоол. журн. 19986. Т. 77, № 8. С. 942-946.

102. Чубинишвили, А.Т. Оценка стабильности развития и цитогенетического гомеостаза в популяциях европейских зеленых лягушек (комплекс Rana esculenta) в естественных и антропогенных условиях / А.Т. Чубинишвили // Онтогенез. 2001. Т. 32, № 6, - С. 434-439.

103. Чупрунов, Е.В. Методы количественной оценки степени симметрии кристаллических структур для целей биомониторинга / Е.В.Чупрунов, Д.Б. Гелашвили, А.А. Радаев // Тез. докл. Третьей всеросс. науч. конф.1. V .

104. Физические проблемы экологии (Экологическая физика)". М.:'2001. - С. 224-225.

105. Шарыгин, С.А. Некоторые вопросы геохимической экологии амфибий и рептилий / С.А. Шарыгин // Наземные и водные экосистемы. Горький, 1983.-С. 44-47.

106. Шварц, С.С. Опыт изучения направления изменчивости в природных популяциях животных / С. С. Шварц //Докл. АН СССР. 1966. Т. 166, № 6. -С. 1476-1479.

107. Шварц, C.C. Возрастная структура популяций животных и проблемы микроэволюции / С.С. Шварц // Зоол. журн. 1965. Т. 44. Вып. 10. С. 14431453.

108. Шляхтин, Г.В. Фенетический анализ окраски спины озерной лягушки / Г.В. Шляхтин // Фенетика популяций: Матер. 3-го Всес. совещ. Саратов, 1985.-С. 173-174.1. V

109. Шуберт, Р. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / Р. Шуберт. -М.: Мир, 1985.-349 с.

110. Экологический паспорт городского водоема. Озеро Сормовское: Отчет поч

111. НИР / Экологич. цент Нижегор. гос. у-та (Экоцент ННГУ); Рук. Д.Б. Гелашвили. Н.Новгород. 1997а. - 52 с.

112. Яблоков, А.В. Фенетика: Эволюция, популяция, признак / А.В. Яблоков. -М.: Наука, 1980.- 135 с.

113. Яблоков, А.В. Состояние исследований и некоторые проблемы фенетики популяций / А.В. Яблоков // В кн.: Фенетика популяций М.: Наука, 1982. -С. 3-14.

114. Яблоков, А.В. Введение в фенетику популяций: Новый подход к изучению природных популяций / А.В. Яблоков, Н.И. Ларина. М.: Высш. iuк., 1985. - 159 с.

115. Яблоков, А.В. Популяционная биология / А.В. Яблоков. М.: Высш. шк., 1987.-303 с.

116. Baranov, A.S. Developmental stability in hybrids of European bison Bison bonasus and domestic cattle / A.S. Baranov, V.M. Zakharov // Acta Theriol., Suppl. 1997. № 4. P. 87-90.

117. Borisov, V.I. Developmental stability of the mink Mustela vison under the impact of PCB / V.I. Borisov, A.S. Baranov, A.V. Valetsky, V.M. Zakharov // Acta Theriol., Suppl. 1997. № 4. - P. 17-26.

118. Bonatti, S. Induction of micronuclei in Chinese hamster ovary cells treated with Pt coordination compounds / S. Bonatti, P.H.M. Lonman, F. Berends // Mutat. Res. 1983. V. 116. № 2. - P. 149-153.

119. Benz, R.D. Cytogenetic toxicologic testing with dogs / R.D. Benz, P. A. Beltz // Environ. Mutagen. 1980. V. 2. № 2. - P. 312-317.

120. Babu, K.A. Effect of benzamide on mitosis and chromosomes in mammalian cells in vitro / K.A. Babu, V.C. Shah, S.C. Larhotia // Indian J. Exp. Biol. -1980. V. 18. № 4. P. 329-333.

121. Cea Guide, F. Induction of micronuclei in mouse bonne marrow cells by the flavonoid / F. Cea Guide, K.F.C. Etcheberry, F.N. Dulout // Mutat. Res. 1983. V. 119. №3.-P. 339-345.

122. Dmitriev, S.G. Cytogenetic homeostasis and population density in red-backed voles Clethrionomys glareolus and C. rutilus in central Siberia / S.G. Dmitriev, V.M. Zakharov, B.I. Sheftel // Acta Theriol., Suppl. 1997. № 4. - P. 49-55.

123. Eeva, Т. Biomarkers and Fluctuating asymmetry as two hole-nesting passerines / E. Eeva, S. Tanhuapnpaa, S. Rabergh et al. // Funct. Ecol. 2000. Vol. 14. № 2.-P. 235-243.

124. Gray, Robert H. An unusual color pattern variant in cricket frogs (Acris crepitans) from southern Illionois / Robert H. Gray, Battelle Pantex // Trans. 111. Acad. Sci. 1995, V. 88,№ 3-4. - P. 137-138.

125. Gangestad, S.W. The analysis of fluctuating asymmetry redux: the robustness of parametric statistics / S.W. Gangestad, R. Thornhill // Anim. Behav. 1998. V. 55.-P. 497-501.

126. Hoofman, R.N. Induction of nuclear anomalies (micronuclei) in the peripheral blood erythrocytes of the easten mudmminnow Umbrapygmaca by ethyl methanesulphoyate / R.N. Hoofman, W.K. de Raat // Mutation Research. -1982. V. 104. №1.- P. 147-152.

127. Jablonka, E. Epigenetic inheritance in evolution / E. Jablonka, M.J. Lamb // J. Evd. Biol.-1998. V. 11. №2.-P. 159-183.

128. Kozlov, M.V. Difference in needle length A new and objective indicator of pollution impact on Scots pine / M.V. Kozlov, P. Niemela // Water, Air and Soil Pollution. - 1999. Vol. 116. № 1-2. - P. 365-370.

129. Kozlov, M.V. Are fast growing birch leaves more asymmetrical / M.V. Kozlov // Oikos. 2003. V. 101. № 3. - P. 654-658.

130. Martel, J. A reply to Kozlov / J. Martel, K. Lempa // Oikos. 2003. V. 101. № 3. - P. 659-660.

131. Mather, К. General control of stability in development / K. Mather // Heredity. 1953. V. 7. Pt 3.P. 297-336.

132. Morris, M.R. Female choice of large males in the freefrog Hyla ahrysoscelro: the importance of identifying the scale of choice / M.R. Morris // Behar. Ecol. and SocioBiol. 1989, 25, №4. - P. 275-281.

133. Palmer, A.R. Quasireplication and the contract of error: Lessons from sex rations, heritabilities and fluctuating asymmetry / A.R. Palmer // Ann. Rev. Ecology and Systematics. 2000. V. 12. - P. 13 - 20.

134. Pestov, M.V. The Distribution of Amphibians in the Nizhegorodskaya Province / M.V. Pestov, E.I. Mannapova, A.A. Lebedinsky et. al. // Advances in Amphibian Reserch in the Former Soviet Union. Sofia Moscow/ r 2000. V. 5.- P. 133-139.

135. Stocker, G. Zu einigen tneoretischen und methodischen Aspekten der Bioindikation / G. Stocker // In: Schubert R., Schuh J. (Hrsg). Bioindikation. Teil 1, Wiss. Beitr. Martin Luther - Univ., Halle Wittenberg 1980 / 24 (P 8), 10-21, 1980.

136. Scarpato, R. The micronucleus assay in Anodonta cygnea for the detection of drinking water mutagenesity / R. Scarpato, L. Migliore, R. Barale // Mutation Research. 1990. V. 245. - P. 231-237.

137. Tarkhnishvili, David N. On the inheritance of the middorsal stripe in the Iranian Wood frog (Rana macrocnemis) / David N. Tarkhnishvili // Asiat. Herpetol. Res. 1995, Vol. 6.-P. 120-131.

138. Tibus, Tom A. Color polymorphism in neotropical freefrogs: an allozymic investigation of the Taxonomic status of Hyla favosa Cope / Tom A. Tibus, David, M. Hillis, William E. Duellman // Herpetologica. 1989, 45, №1. - P. 17-23.

139. Thornhill, R. Developmental stability disease and medicine / R. Thornhill // Biol. Rev. 1997. V. 72. - P. 497-548. *

140. Van Dongen, S. How repeatable is the estimation of developmental stability by fluctuating asymmetry? / S. Van Dongen // Proc. R. Soc. Lond. B. 1998. V. 265.-P. 1423-1427.

141. Van Valen, L. A study of fluctuating asymmetry / L. Van Valen // Evolution. 1962. V. 16. P. 125-142.

142. Whitlock, M. The heritability of fluctuating asymmetry and the genetic control of developmental stability / M. Whitlock // Proc. R. Soc. Lond. 1996. № 263. -P. 849-854.

Информация о работе

Логинов, Владимир Владимирович
кандидата биологических наук
Нижний Новгород, 2004
ВАК 03.00.16

Диссертация

Фенотипическая изменчивость и цитогенетические характеристики природных популяций зеленых и бурых лягушек, обитающих на антропогенно-трансформированных и заповедных территориях - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы