Генетические и фенотипические последствия контакта большой (Parus major) и восточной (P. minor) синиц в Среднем Приамурье

Федоров, Вячеслав Владимирович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Генетические и фенотипические последствия контакта большой (Parus major) и восточной (P. minor) синиц в Среднем Приамурье
ВАК РФ 03.00.08, Зоология

Автореферат диссертации по теме "Генетические и фенотипические последствия контакта большой (Parus major) и восточной (P. minor) синиц в Среднем Приамурье"

На правах рукописи

Федоров Вячеслав Владимирович

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ И ФЕНОТИПИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ КОНТАКТА БОЛЬШОЙ (PARUS MAJOR) И ВОСТОЧНОЙ (P. MINOR) СИНИЦ В СРЕДНЕМ ПРИАМУРЬЕ

03.00.08 - зоология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

МОСКВА-2005

Работа выполнена на кафедре зоологии позвоночных Биологического факультета Московского государственного университета имени М.В Ломоносова

Научный руководитель

кандидат биологических наук А.Б. Керимов

Официальные оппоненты'

доктор биологических наук

Е.Н. Панов

кандидат биологических наук О А. Ермаков

Ведущая организация Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии им.

К.И. Скрябина

Защита диссертации состоится «5» декабря 2005 года в «15» часов «00» минут на заседании диссертационного совета Д 501 001.20 при Московском государственном Университете им M В Ломоносова по адресу: 119992, Москва, Ленинские горы МГУ, Биологический факультет, ауд. М-1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова

Автореферат разослан 3 ноября 2005 года

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук

Л.И. Барсова

zoo^L 919 У 763

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Одной из центральных тем эволюционной биологии является проблема формирования и поддержания дискретных межвидовых различий в ходе микроэволюции. В этой связи особый интерес представляет природа барьеров нескрещиваемости, которые вслед за Т. Добржанским (Dobzhansky, 1937) и Э. Майром (1947, 1968, 1974) принято обозначать в качестве «изолирующих механизмов». После опубликования работы Э. Майра (Мауг, 1942), теория аллопатрического (географического) видообразования стала общепринятой среди зоологов - эволюционистов для объяснения дивергенции популяций до видового уровня. Она утверждает, что у животных, размножающихся половым путем, новый вид образуется в случае, когда популяция, географически изолированная от других популяций лредкового вида, приобретает признаки, обеспечивающие ее репродуктивную изоляцию после разрушения внешних преград. Ключевыми для понимания процессов географического видообразования являются зоны вторичных контактов ранее дивергировавших популяций, в которых решается вопрос, будут ли два филума существовать как независимые эволюционные единицы, или же в результате гибридизации сольются в единое целое. В последнее время появилось много работ, свидетельствующих о том, что межвидовая гибридизация - явление достаточно обычное. Например, у птиц доля видов, для которых отмечены случаи гибридизации, составляет не менее 10% от мировой орнитофауны (Панов, 1989). С развитием молекулярно-биологических методов у исследователей появилась возможность оценить степень гибридизации не только по фенотипическим признакам, но и непосредственно на генетическом уровне. Их применение позволило как проверить многие ранее выдвинутые гипотезы, так и предложить новые. Было показано, что многие животные сохраняют видоспецифические свойства в условиях массовой и, как правило, асимметричной интрогрессии чужеродной ДНК (Gill, 1997; Rohwer et al., 2001). Традиционно последствия гибридизации животных рассматриваются с двух альтернативных позиций - как эволюционно негативные, способствующие разрушению коадаптивных генных комплексов (Майр, 1968), и как эволюционно творческие, то есть приводящие к формообразованию (Панов, 1989). В свете данных, демонстрирующих способность видов животных сохранять свою устойчивость на фоне интрогрессивной гибридизации, наиболее сильным аргументом сторонников позиции Эрнста Майра является утверждение о том, что интрогрессия митохондриальной ДНК, несущей ограниченное количество генов, не вызывает нарушения коадаптивных генных комплексов.жерного генома и не противоречит наличию отбора против гибридов. В этой приобретает

оценка стабильности видоспецифических фенотипов при интрогрессивной гибридизации в исследованиях, основанных на использовании маркеров как ядерной, так митохондриальной ДНК. Этим требованиям и отвечает предлагаемая работа.

Цели и задачи исследования

Цель работы состояла в оценке характера и масштаба генетического взаимодействия между популяциями большой (Parus major) и восточной (Р. minor) синиц на Среднем Амуре, и его динамики в зависимости от длительности контакта. Изучая соотношение фенотипических и генотипических преобразований популяций в зоне симпатрии, мы пытались выявить пути сохранения морфологической специфики форм в условиях генетической интрогрессии.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Оценить генетические последствия гибридизации P. major и P. minor на Среднем Амуре

1.1. Используя анализ митохондриальной ДНК (далее мтДНК) и ядерной ДНК (далее яДНК), выявить формоспецифичные генетические маркеры для P. major и P. minor.

1.2. С помощью маркера мтДНК оценить преимущественное направление скрещиваний при образовании смешанных пар.

1.3. Оценить изменения уровня генетической интрогрессии в фенотипических популяциях P. major и P. minor в зависимости от года, сезона, а также длительности контакта двух популяций.

2. Оценить характер фенотипических преобразований популяций синиц в зоне симпатрии.

2.1. Оценить сезонные и годовые изменения фенотипической структуры популяций.

2.2. Оценить региональную вариацию фенотипической структуры популяций.

3. Оценить соотношение фенотипической и генетической структуры популяций в зоне симпатрии.

Научная новизна работы

Механизмы поддержания видовой специфики в условиях интрогрессивной гибридизации во многом неясны и их изучение представляет одну из наиболее «горячих» тем эволюционной биологии (Панов, 1989). В этой связи особый интерес вызывают взаимоотношения наиболее генетически удаленных форм надвидового (по JI. С. Степашину, 1983) комплекса большой синицы - major и minor в среднем Приамурье, история контакта которых прослежена практически с

момента его возникновения. В нашей работе впервые произведена оценка уровня гибридизации большой и восточной синиц не только по морфологическим критериям, но и по двум разным генетически маркерам: ядерной и митохондриальной ДНК. Практическое значение работы

Результаты работы могут быть использованы при составлении лекционных курсов по эволюционной теории и при написании монографий по проблемам видообразования и гибридизации.

Апробация работы. Результаты исследования были доложены и обсуждены на двух научных семинарах "Актуальные проблемы зоологии позвоночных" кафедры зоологии позвоночных биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова (г. Москва, 2005 г.), на 5-ой конференции Европейского орнитологического союза (г. Страсбург, 2005 г.) и на Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов" (г. Москва, 2005 г.).

Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 3 научных публикациях.

машинописного текста и состоит из введения, трех глав, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 107 наименований, в том числе 68 на иностранных языках; иллюстрирована 3 таблицами и 4 0рисунком. Благодарности. Работа поддержана грантом РФФИ № 03-04-48956-а. Я признателен всем, кто помогал мне на разных этапах исследования. Предлагаемая работа выполнена в тесном сотрудничестве с сотрудниками кафедры зоологии позвоночных биофака МГУ А.Б. Керимовым, H.A. Формозовым, и сотрудником лаборатории генной инженерии гематологического центра РАМН В.Л. Суриным. Большую помощь в сборе материала оказали сотрудница лаборатории орнитологии Биолого-почвенного института ДВО РАН О.П. Вапьчук и сотрудница заповедника «Бастак» Л.В. Капитонова. Я благодарен за большую помощь в обработке материала к.б.н. O.A. Ермакову и сотрудникам лаборатории генной инженерии РАМН С.С. Зборовскому, A.B. Лукьяненко, Ю.А. Лучининой. Ценные замечания д.б.н. A.A. Назаренко и д.б.н. E.H. Панова очень помогли нам в публикации материалов работы. Проведение полевых исследований было бы невозможно без помощи жителей Еврейской Автономной Области Блиновых Володи и Елены, Т.А. Кондинской и В.В. Горобейко.

Видообразование - это медленный эволюционный процесс, и ни один исследователь не может наблюдать его непосредственно. В этом отношении

Объем и структура работы. Диссертация изложена

страницах

Введение

особый интерес представляют кольцевые ареалы, которые долгое время служили классическим примером географического видообразования, «развернутого в пространстве, а не во времени» (Huxley, 1942). Цепь интерградирующих популяций (подвидов) образует петлю или окружность, причем конечные звенья оказываются замкнутыми по отношению друг к другу (Майр, 1974). Среди множества доказательств географического видообразования кольцевые ареалы всегда по праву считались особенно убедительными. Они формируются в условиях исключительного сочетания географических факторов и в силу этого должны быть весьма редкими. Долгое время распространение форм большой синицы (Parus major) считалось классическим примером кольцевого ареала. Э. Майр (Мауг, 1942), опираясь на интерпретацию Б. Реншем (Rensch, 1929) данных Б. К. Штегмана (Stegmann, 1928), рассматривал ареал большой синицы как «кольцо», состоящее из ареалов ряда форм (major, minor, cinereus), различающихся по окраске (распределению липохрома в оперении и форме белых пятен на крайних рулевых перьях), размерам и пропорциям тела. В этой трактовке конечными репродуктивно изолированными звеньями являлись популяции major и minor в Среднем Приамурье. Однако, впоследствии взгляды на ареал надвида Parus major как на кольцо были пересмотрены. Э. Майр (1968) выдвинул предположение, что основные четыре формы большой синицы дивергировали в разобщенных в плейстоценовых рефугиумах и встретились впоследствии при расширении своих ареалов. Представление о видовом статусе major, minor, cinereus и bokharensis подтверждают недавние исследования, основанные на анализе первичной структуры контрольного региона и гена цитохорома b митохондриальной ДНК (Kvist et al., 2003а).

В свете последних данных, основной интерес представляет не столько систематическое положение форм синиц, сколько проблема сохранения их устойчивости (морфологической специфики) в зонах симпатрии, для трех из которых описаны случаи образования смешанных пар и гибриды [major х bokharensis в Западной Монголии (Eck, Piechocki, 1977) и Юго-восточном Казахстане (Формозов и др., 1993); major х minor в Среднем Приамурье]. Дискуссионным остается статус промежуточной формы intermedius в Юго-западной Туркмении, которая рассматривалась Ч. Вори (Vaurie, 1950) как результат гибридизации форм major и cinereus (Мищенко, 1982 Степанян, 1983, Керимов, Формозов, 1985, 1986, Формозов и др., 1993). Что касается другой промежуточной формы, commixtus, обитающей в Юго-Восточном Китае, то недавние молекулярно - генетические исследования (Seiivanova et al., 2005) подтвердили мнение A.A. Назаренко (1971) о принадлежности этой расы к форме minor.

Рис. 1а

Карта • схема зоны симпатрии Parus major и , Р. ттог.

3 - западная часть зоны симпатрии , В - восточная часть зоны симпатрии » Ц -центральная часть зоны симпатрии по А А Назаренко и др , 1999. с исправлениями

Рис. 16. Величина белого пятна и длина крыла у феиотилических major в центральной (ц) и восточной (в) частях зоны симпатрии

значения нормированы по средним величинам отдельно для самок и самцов а затем объеденены

Зона вторичного контакта форм major и minor на Среднем Амуре является основным объектом нашей работы и история ее изучения заслуживает подробного изложения. Считается, что контакт восточных (minor) и больших (major) синиц в Среднем Приамурье возник около ста лет назад, как результат встречного расселения, с одной стороны, популяций major на восток вслед за человеческими поселениями, а с другой - minor на север из Китая на левобережье Амура (Смиренский, 1986; Назаренко и др., 1999). Территориальная стратегия освоения Среднего Приамурья различается у major и minor: первые формируют оседлые группировки, круглогодично тяготеющие к населенным пунктам, а вторые заселяют данный регион только в период размножения, занимая пойменные леса и полосу разреженных мелколиственных и широколиственных лесов в окрестностях населенных пунктов. Недавняя ревизия зоны симпатрии показала, что при протяженности более 250 км она неоднородна в отношении характера и длительности контакта (Назаренко и др., 1999) (рис. 1а). К западу от реки Бурей популяции major и minor практически не взаимодействуют (Смиренский, 1977). Наиболее длительный и устоявшийся контакт форм характерен для центральной части зоны симпатрии (от села Пашково до пос. Вира), где четко выражены различия в предпочитаемых синицами местообитаниях и существует ограниченная гибридизация (Керимов, Формозов, 1986; Формозов и др., 1993). Восточная часть зоны (от пос. Вира до г. Биробиджан) представляет собой район недавней и продолжающейся экспансии major, которая сопровождается интенсивной гибридизацией двух форм и вытеснением minor из смешанных поселений в пределах населенных пунктов (Назаренко и др., 1999).

Глава 1. Материал и методы

1.1. Места сбора материала. Исследования были проведены в центральной и восточной частях зоны симпатрии брлыпой (Parus major) и восточной (P. minor) синиц на среднем Амуре (Еврейская автономная область). Исходя из географических представлений и истории заселения региона синицами (Смиренский, 1986; Назаренко и др., 1999), мы сравнивали следующие районы зоны симпатрии:

1) западный склон Хинганского хребта (центральная часть зоны симпатрии: пп. Радде, Пашково, г. Облучье; сборы 1997, 1998, 2002,2003, 2004 гг.);

2) восточный склон Хинганского хребта, (пос. Биракан, пос. Известковый; сборы 2003, 2004 гг.);

3) расположенную к востоку от хребта Средне-Амурскую низменность (г. Биробиджан, сборы 2003,2004 гг.).

Во многих случаях мы объединяли синиц из двух восточных районов, так как выборка с восточного склона Хинганского хребта невелика, а доли особей с гибридным фенотипом в ней и в группе птиц, отловленных в Биробиджане, достоверно не отличались (р=0.5) и были значительно выше таковой для центральной части зоны симпатрии (р<0.01). Это нашло отражение на представленной в работе схеме зоны симпатрии (рис. 1), на которой, в отличие от районирования но Назаренко и др. (1999), участок от г. Облучье до пос. Вира объединен с восточной частью зоны симпатрии.

Основным признаком для разделения фенотипических групп служила липохромовая окраска вентральной стороны тела. По этому критерию все пойманные в зоне симпатрии особи были разделены на три группы:

1) фенотипические major - птицы со сплошной желтой окраской оперения по обе стороны от черной вентральной полосы, что свидетельствует о большом количестве липохрома в пере;

2) фенотипические minor - птицы, лишенные липохрома в оперении нижней стороны тела;

3) промежуточный (гибридный) фенотип - птицы, имевшие на нижней стороне тела небольшое число желтых перьев, либо сплошную, но очень бледную желтую окраску.

Обоснованность предложенного разделения фенотипических групп подтверждается сильной скореллированностью липохромовой окраски оперения с другими диагностическими признаками - длиной крыла, цевки и размером белого пятна на крайних рулевых перьях. Крайние фенотипические варианты, выделенные по признаку липохромовой окраски нижней стороны тела, отчетливо различались по длине крыла, длине цевки (Mann-Whitney U Test, pO.OOl) и величине белого пятна на крайнем рулевом пере (Mann-Whitney U Test, р<0.001). Птицы с гибридным фенотипом занимали промежуточное положение, достоверно отличаясь от фенотипических major и minor как по линейным размерам тела (Mann-Whitney U Test, pCO.OOl), так и по окраске хвоста (Mann-Whitney U Test, p=0.001).

1.2. Размер выборок и соотношение разных фенотипических групп. Всего в зоне симпатрии поймано 255 синиц. Среди них по признаку липохромовой окраски нижней стороны тела выделено 203 фенотипических major (153 самца и 50 самок), 28 фенотипических minor (11 самцов и 17 самок) и 24 птицы с гибридным фенотипом (21 самец и 3 самки).

Количественное распределение выборок по зоне симпатрии было следующим: на западном склоне Хинганского хребта - 175 синиц (140

фенотипических major, 25 фенотипических minor и 10 птиц с гибридным фенотипом), на восточном склоне - 20 птиц (14 - major, 1 - minor и 5 синиц с гибридным фенотипом), в Средне - Амурской низменности - 60 птиц (49 - major, 2 - minor и 9 гибридов). Для анализа фенотипических признаков и поиска формоспецифичных маркеров ДНК использованы выборки из аллопатричных популяций двух форм. Они включали 45 особей minor (36 - из долины реки Литовка Партизанского района Приморского края, 8 - из с. Бычиха в окрестностях г. Хабаровска, одну из Пекина) и 47 major (22 - из Нидерландов и 25 - из Подмосковья. Меньший объем выборки фенотипических minor из зоны симпатрии явился следствием методических трудностей в отлове птиц, обусловленных разреженным распределением гнездовых пар и отсутствием подавляющего большинства этих птиц в Среднем Приамурье в зимний период. Таким образом, численное соотношение фенотипических групп отражало не размер реальных популяций, а неравноценность наших возможностей в отлове синиц разных форм. В связи с этим, относительное представительство промежуточных фенотипов мы оценивали, опираясь на численность фенотипических major.

Половой состав популяций в центральной и восточной частях зоны перекрывания ареалов изменялся практически одинаково в течение нерепродуктивного периода. Как в восточной, так и в центральной части зоны симпатрии доля самок снижалась в течение осенне - зимнего периода (двусторонний t - тест, р<0.01).

1.3. Методы анализа ДНК. Контрольный регион митохондриальной ДНК. Вслед за Л. Квист и др. (Kvist et al., 2003а) мы использовали в качестве формоспецифичного генетического маркера контрольный регион мтДНК, используя нуклеотидные последовательности, опубликованные в Gene Bank (www.ncbi.nlm.nih.gov).

Интрон гена миоглобина. Для исследования яДНК мы выбрали интрон 2 гена миоглобина. Его нуклеотидная последовательность использована Г. Эриксоном (Ericson et al., 2003) для построения филогении воробьиных. Подобрав праймеры по опубликованной в Gene BankNCBI (Acc.No.AY228310, www.ncbi.nlm.nih.gov) структуре данного интрона для major, мы смогли выделить и исследовать с помощью секвенирования эту последовательность для minor. Обнаружили, что она отличается от аналогичной структуры major двумя нуклеотидными заменами. Одна из этих замен затрагивает участок узнавания рестрикционной эндонуклеазы Msp R9 I, что позволило нам использовать для ее масштабного тестирования простой рестрикционный анализ.

Анализ мтДНК и яДНК птиц из аллопатричных популяций подтвердил результаты JI. Квист и др. (Kvist et al., 2003а). Внутри каждой выборки из аллопатрических популяций не обнаружено полиморфизма по тестируемым заменам, что позволило нам оценить выявленные митотипы и гаплотипы major и minor как формоспецифичные. С помощью формоспецифичных маркеров ядерной и митохондриальной ДНК произведено типирование представителей разных фенотипических групп в зоне симпатрии.

При изложении результатов мы использовали термин гетерозигота для обозначения носителей гетероспецифичных аллелей, а термин гомозигота - для носителей аллелей одного вида.

В ходе исследования было обнаружено несколько птиц с фенотипом major, обладавших аллелями major и мтДНК обеих форм. Так как в этом случае оценка пути наследования чужеродной мтДНК (от отца или матери) может быть сделана только в предположительной, а не строго однозначной форме (см. ниже), мы сочли возможным исключить этих птиц из общей выборки фенотипических major при расчете уровня интрогрессии чужеродной мтДНК по материнской линии.

1.4. Статистические методы. Для сопоставления выборок мы использовали непараметрические статистические методы: критерий критерий точной вероятности Фишера, тест Манн-Уитни (Mann-Whitney U Test), двусторонний тест для сравнения долей (]t|= [(Ni *N2)/(N1+N2)]* ]p i-p2|/ (p*q) где p=(pi*N|+p2* N2)/(N,+N2), q=1-p). Отклонения распределений от нормального оценивали по тесту W - тесту Шапиро-Вилка. Для анализа отклонения аллельных частот от равновесного состояния, описываемого правилом Харди-Вайнберга, мы использовали тесты у? и Monte Carlo, а также программы multtest и DBOOT (Пудовкин и др., 1996, Зайкин и др., 1991, Zaykin, et al 1993). Глава 2. Результаты

2.1. Генетическая характеристика разных фенотипических групп в зоне

симпатрии. Фенотипические major и minor. В центральной части зоны симпатрии доля чужеродного митотипа среди фенотипических minor (21.7%, п=23) более, чем трехкратно превышала таковую в группе фенотипических major (6.2%, п=128; двусторонний t - тест р<0.01). На уровне тенденции, доля чужеродных аллелей в центральной части зоны симпатрии у фенотипических minor была больше, чем у обитающих там же фенотипических major [minor: 21,7% (п=46 аллелей и 23 птицы); major: 8.9%, (п=258 аллелей и 129 птиц); р=0.06]. Доли чужеродных аллелей в фенотипических популяциях major и minor для всей зоны симпатрии достоверно не различались [major: 12.6 % (п=382 аллеля и 191 птица); minor: 20% (п=50 аллелей и 25 птиц); р=0.3]. Как во всей исследованной зоне перекрывания ареалов, так и в центральной ее части,

фенотипические популяции major и minor достоверно не различалось по количеству птиц - носителей гетероспецифичных аллелей (гетерозигот) [по всей зоне: major - 22.3% (п=188) и minor - 24% (п=25), в центре: major -14.7 % (п=129), minor - 26% (п=23), р=0.2]. В то же время доля гомозигот по чужеродному варианту гена миоглобина в фенотипической популяции minor была выше (8%, п=25) таковой у фенотипических major (1,6%, п=191; двусторонний t - тест р <0.05).

Фенотипические гибриды. Генетический анализ синиц с промежуточным фенотипом показал, что 62% (п=24) из них были потомками major по материнской линии (т.е., они имели мтДНК major), а остальные потомками minor. Случаев бипарентального наследования мтДНК в этой группе не выявлено.

Анализ аллельных вариантов гена миоглобина в фенотипически гибридной группе выявил преобладание гетерозигот (66,7%, п=24), доля которых в три раза превосходила представительство синиц с гетероспецифичными аллелями среди фенотипических major и minor [pO.OOl х2=20.9 (df=l) для сравнения фенотипических major и гибридов; р<0.01, )?=9,0l (df=l) для сравнения фенотипических minor и гибридов]. 20.8% фенотипических гибридов являлись гомозиготными major, а 12.5% - гомозиготными minor.

2.2. Морфологические черты выявленных генетических групп. Особи, обладавшие только аллелями major (далее, гомозиготные major), имели более длинное крыло (Mann-Whitney U Test, p<0.001, П|=141, n2=21) и цевку (MannWhitney U Test, p<0.001, П|=141, n2=21), чем особи только с аллелями minor (далее, гомозиготные minor). Гомозиготные major и minor достоверно различались по размеру белого пятна на крайнем рулевом пере (Mann-Whitney U Test, p<0.001, ni=141, n2=21). Гетерозиготы не отличались достоверно от major по всем трем диагностическим признакам, но у гетерозиготных самцов выявлена тенденция к уменьшению длины крыла по сравнению с гомозиготными самцами major (Mann-Whitney U Test, p=0.063, ni=124, n2=45).

Птицы, имевшие набор аллелей major, гораздо больше соответствовали по окраске контурного оперения одноименной фенотипической группе, чем гомозиготные minor. Доля особей с чужеродными фенотипическими чертами среди гомозиготных minor составила 26% (п=23), а среди гомозиготных major -4,6% (п=153). Это различие в нарушении морфологической специфики гомозигот было статистически значимым (^=10.95. df=1; р<0.001).

2.3. Региональные отличия фенотипической и генетической структуры популяций в зоне контакта. Доля фенотипических гибридов среди синиц, пойманных восточнее Хинганского хребта (18,2%, п=77, где за 100%

принималась сумма всех фенотипических major и особей с промежуточным фенотипом), почти в три раза превосходила долю птиц промежуточного фенотипа, пойманных к западу от хребта, - в центральной части зоны симпатрии (6,6%, п=150; двусторонний t-тест р=0.003).

Сравнительный анализ размеров фенотипических major в разных частях зоны симпатрии показал, что птицы из восточной части (г. Биробиджан), в том числе и из зимующей популяции, имели меньшее крыло (Mann-Whitney U Test, p<0.05) и большее белое пятно на первом рулевом (Mann-Whitney U Test, p<0.05), чем особи из центрального района (рисунок 16).

Сравнивая региональное распределение аллельных вариантов в популяциях фенотипических major, мы выяснили, что доля чужеродной аллели достоверно увеличивалась с запада на восток [с 8.9% (258 аллелей, п=129) до 27.8% (124 аллеля, п=62); р<0.01]. Доля гетерозиготных особей также была значительно выше в восточной части зоны симпатрии (38.3%, п=62), чем на западе (14,7%, п=129; доли достоверно различались по двустороннему тесту при р<0.01), В то же время доля чужеродного митотипа в популяциях major достоверно не менялась, составив 6,2% (п=120) на западе и 3.2% (п=61) на востоке.

2.4. Сезонная и годовая динамика фенотипической и генетической структуры популяций в зоне контакта. Анализ сезонных изменений частот отловленных фенотипических гибридов показал, что в центральной части зоны симпатрии подавляющее большинство из них появляется после весеннего прилета minor, в то время как поимки этих птиц в период зимовки единичны [11,0% (n=82) vs 1,5% (п=68), где за 100% принята сумма фенотипических major и гибридов; сезонные различия значимы по тесту Фишера при р<0.03]. Сезонные различия в частоте встречаемости фенотипических гибридов не были обнаружены на востоке зоны симпатрии (р=0.4 при п=28 и 49 для зимнего и весеннее - летнего сезонов, соответственно).

В центральной части зоны контакта происходит «вымывание» немногочисленных птиц с признаками minor (фенотипических minor и гибридов) в ходе периода зимовки. Так, в декабре 2003 г. из 33 синиц, отловленных в г. Облучье и с. Пашково, 30 оказались фенотипическими major, две -фенотипическими minor и одна особь обладала смешанным фенотипом. В апреле 2004 г. (до прилета minor) все пойманные в этих населенных пунктах птицы оказались фенотипическими major (п=16). Сравнение фенотипического состава птиц, пойманных в начале и конце зимнего периода в сумме за 2002 - 2004 гг., показало, что тенденция к исчезновению птиц с признаками minor к концу зимы достигает статистически значимого уровня [доля этих птиц снижалась с 16.9%

(п=65) в первой половине зимы до 0% (п=50) накануне весеннего прилета minor; р<0.003 по критерию вероятности Фишера] В восточной части зоны синицы, частично или полностью похожие на minor, были отловлены как в первой, так и во второй половине периода зимовки в сходном соотношении [17.2% (п=29) и 20.0% (п=25)]. Однако, даже в центральной части зоны изменение встречаемости гетерозиготных особей и особей с чужеродным митотипами от зимы к весне не достигало значимого уровня (двусторонний t - тест, р=0.076).

Анализ межгодовой динамики чужеродных аллелей яДНК в популяции фенотипических major, обитающих в центральной части зоны симпатрии, показал, что в течение пяти лет частота аллеля minor в ней достоверно не изменялась, находясь на уровне 8 - 10% (р>0.05 при использовании теста %2 для сравнения эмпирических частот с предсказанными уравнением Харди-Вайнберга).

2.5. Бипарентальное наследование мтДНК. Наследование мтДНК от обоих родителей может быть обусловлено попаданием митохондрий сперматозоида в зиготу. Единичные случаи такого наследования описаны для дрозофил (Kondo et al., 1990), мышей (Gyllensten et al., 1991), моллюсков (Zouros et al., 1992) и человека (Schwartz, Vissing, 2002). Редкость описания этого явления объясняется тем, что для его обнаружения митотипы должны достаточно хорошо различаться. Такое различие обычно проявляется в зонах симпатрии при гибридизации видов.

Впервые случай бипарентального наследования мтДНК у птиц был описан Лаурой Квист и др. (Kvist, et al., 2003b) именно на примере гибридов major и minor в среднем Приамурье. Мы, исследуя зону симпатрии major и minor, обнаружили уже 6 птиц, имевших двойной набор мтДНК (еще одна птица, обладавшая таким митотипом, была отловлена в бассейне реки Бурей в г. Чегдомыне, расположенном далеко к северу от общепринятой границы зоны симпатрии). Для всей зоны симпатрии их доля среди фенотипических major (п=203) составила 3.0%, что сопоставимо с представительством птиц, унаследовавших только чужеродную материнскую мтДНК (5.1%). Полученные результаты позволяют считать отцовский путь наследования мтДНК редким, но не уникальным, явлением. Глава 3. Обсуждение

3.1. Феиотипическая структура популяций в зоне симпатрии. Как было показано, фенотипические черты популяций синиц, зимующих на российской территории Среднего Амура, меняются с запада на восток. Это проявляется как в увеличении встречаемости промежуточных фенотипов, так и в некотором нарушении морфологической специфики формы major на востоке зоны симпатрии, что выражено в меньшей сопряженности между признаками окраски

оперения и размерами. Изменение вариации таких диагностических признаков как линейные размеры и орнаментация рулевых перьев в пределах зоны симпатрии может отражать характер взаимодействия форм major и minor. Уменьшение с запада на восток линейных размеров и увеличение белого пятна на первом рулевом пере у зимующих фенотипических major хорошо согласуется с представлением о более высоком уровне гибридизации двух форм в восточной части зоны симпатрии в сравнении с центральной (Назаренко и др., 1999). В ходе своей восточной экспансии вдоль Транссибирской железной дороги большие синицы заняли территории, которые форма minor уже давно освоила в качестве мест размножения.

Помимо высокого уровня гибридизации новый контакт форм сопровождается вытеснением minor из населенных пунктов, активно заселяемых синицами major. В то же время в западной части Хинганского хребта (в центре зоны симпатрии), где обе формы контактируют около ста лет, гибридизация между ними носит ограниченный характер и составляет около 10% смешанных пар от числа всех пар, сформированных при участии представителей формы major в качестве одного из брачных партнеров (Керимов, Банин, 1983; Керимов, Формозов, 1986; Формозов и др., 1993). С учетом довольно точной датировки освоения синицами major Среднего Приамурья данные по фенотипическим преобразованиям популяций major с запада на восток предполагают, что степень ограничения гибридизации напрямую связана с длительностью взаимодействия двух форм. С другой стороны, географические изменения в доле птиц с промежуточными признаками могут быть следствием различий в селективном прессе на гибридов в центральной и восточной частях зоны симпатрии. Как было показано, в популяции, зимующей к западу от Хинганского хребта, к весне исчезают особи с признаками minor. Подобная тенденция не выявлена на востоке зоны симпатрии. На западном склоне Хинганского хребта климатические условия более суровые, чем на восточном, а в Средне-Амурской низменности климат еще мягче, что в частности связано с отсутствием сильных ветров. По нашим наблюдениям и метеоданным в отдельные годы разница зимних температур между г. Облучье и г. Биробиджан составляет около 5° С. Мягкие погодные условия в сочетании с более высокой трофической емкостью местообитаний в Биробиджане (в городе преобладает малоэтажная застройка, и по сравнению с другими городами и поселками ЕАО много парковых территорий) должны снижать конкуренцию в зимующих популяциях и, соответственно, уменьшать элиминацию сравнительно некрупных особей, имеющих признаки minor. Выживая к весне и участвуя впоследствии в размножении, такие особи распространяют своё генетическое влияние на популяцию major.

3.2. Генетическая структура популяций синиц в зоне симпатрии, выявленная на основе анализа мтДНК. Как было показано, доля инородных митотипов у синиц с фенотипом major составила около 6 % и оказалась несколько ниже ожидаемой, если учесть, что около 10% пар, образованных при участии синиц этой формы, были смешанными. В то же время более, чем у трети фенотипических minor, обнаружена митохондриальная ДИСК major. Столь высокая доля инородных митотипов у фенотипических minor требует пересмотра прежних взглядов на механизмы поддержания специфики форм в этой зоне симпатрии. Согласно этим представлениям, основанным на наблюдениях 25- летней давности, различия в структуре территориальных связей больших и восточных синиц являются одним из главных факторов, ограничивающих гибридизацию в исследованной части зоны перекрывания.

В отличие от перелетных восточных синиц, заселяющих в период размножения широкий спектр местообитаний, компактные гнездовые поселения синиц формы major формируются исключительно в населенных пунктах и их окрестностях на основе раздела участков обитания зимующих группировок. Такие населенные пункты и являются основной ареной взаимодействия двух форм синиц, где прибывающим из Китая minor достаются, как правило, вакантные участки на периферии гнездового поселения большой синицы (территориальные отношения синиц двух форм построены как у конспецифичных особей). К этому моменту в популяциях оседлых major уже завершается процесс образования пар, а территории немногочисленных холостых самцов смещаются к периферии поселения. Наличие холостяков обусловлено, с одной стороны, неравным соотношением полов в зимующих группировках, а с другой -спорадичным характером распределения группировок большой синицы в районе исследований, затрудняющим свободный обмен между ними. Даже без учета отличий в поведении, эти особенности динамики структуры поселений ограничивают уровень гибридизации и предопределяют принцип формирования немногочисленных смешанных пар - самец major х самка minor преимущественное образование смешанных пар этого типа подтверждается данными многолетних наблюдений в с. Пашково (Формозов и др., 1993). В генетическом аспекте небольшие по размеру и территориально консервативные оседлые группировки major должны быть подвержены большей интрогрессии, чем многочисленные и перемешивающиеся в местах зимовки подвижные популяции minor. Учитывая то, что митохондриальная ДНК наследуется, как правило, по материнской линии (исключения составляют случаи бипарентального наследования мтДНК (Kvist et al., 2003b, наши данные), выявленный порядок образования пар должен приводить к широкому распространению митотипа

minor в популяциях зимующих в Приамурье синиц. Этому выводу противоречат результаты анализа мтДНК, полученные в данном исследовании.

Аккумуляция чужеродных генов в популяции восточной синицы, колонизирующей среднее Приамурье, по-видимому, может свидетельствовать о высокой степени сё филопатрии и автономности от аллопатричных популяций этой расы, обитающих в Китае. А так как многие синицы с фенотипом minor оказались потомками синиц формы major по материнской линии, превалирующий вариант образования смешанных пар ($ minor х $ major) должен быть иным, чем тот, который характерен для левобережья Среднего Амура.

К сожалению, сведения о проникновении больших синиц формы major в северо-восточный Китай очень скудны (Cheng Tso-hsin, 1987). В провинции Хе-лунг-цзян, примыкающей к территории Еврейской автономной области, синицы формы major, согласно данным Ченг-Тсо-чина, обнаружены не были (сборы до 50-х годов прошлого века). Однако маловероятно, чтобы Амур длительное время мог служить непреодолимой преградой к проникновению больших синиц на его правобережье поблизости от сел Радде и Пашково, где этот вид обитал, по крайней мере, со времен исследований Б.К. Штегмана, то есть со второй половины 20-х годов прошлого века.

Как отмечалось выше, последние десятилетия характеризуются активной экспансией major на восток (Назаренко и др., 1999; Вальчук, 2002). Основным экологическим «руслом» расселения служат населенные пункты вдоль Транссиба. Не исключено, что одновременно с восточной экспансией происходит отток major и в южном направлении - в северный Китай, где за счет быстро возрастающей за последние десятилетия численности человеческого населения существует широкий выбор местообитаний, благоприятных для зимовки этого антропофильного вида.

В различных частях ареала большой синицы наиболее массовый характер свойственен осенним перемещениям, предваряющим перераспределение синиц по местам зимовок (Perrins, 1979). Подвижность территориальных связей обусловлена возрастом и полом - наиболее мобильными внутрипопуляционными группами являются молодые особи и самки. Вовлечение самок формы major в размножение в новых местах их зимовок на правобережье среднего Амура должно приводить к накоплению инородных митотипов в северно-китайских популяциях minor и расширению зоны симпатрии в южном направлении. Эти же популяции могут выступать в качестве основного источника восточных синиц, колонизирующих в весенний период российскую часть среднего Приамурья.

Предложенный сценарий взаимодействия форм предполагает неоднородность зоны симпатрии по характеру скрещиваний: смешанные пары,

образованные по принципу "б* major х $ minor", должны превалировать в северном Приамурье, а пары п$ minor х $ major" - к югу от Амура, в предполагаемой зоне симпатрии в Манчжурии. Для проверки выдвинутой гипотезы необходимо продолжение подобных исследований на территории северо-восточного Китая.

3.3. Генетическая структура популяций синиц в зоне симпатрии, выявленная на основе анализа яДНК. Анализ яДНК выявил высокую долю носителей гетероспецифичных аллелей среди всех исследованных фенотипических групп. Как и следовало ожидать, доля гетерозигот достигала максимума среди фенотипических гибридов. Для нас важно понять в какой мере результат этого анализа отражает характер взаимодействия популяций и, в первую очередь, степень ограничения гибридизации. Учитывая, что одним из факторов ограничения гибридизации является стерильность гибридов первого поколения (F0, важно понять, кем являются выявленные нами гетерозиготы. Случаев гибридизации двух близких видов птиц, где потомки первого поколения стерильны, описано в литературе достаточно много. Правило Холдейна говорит о том, что в случае гибридизации и появления гибридов первого поколения проявление стерильности наиболее вероятно у гетерогаметных особей, так как в этом случае рецессивные аллели половой хромосомы получают возможность доминирования (Dobzhansky, 1937; Muller, 1940, 1942; Coyne & Orr, 1989; Laurie, 1997). У птиц гетерогаметным полом являются самки. Правило Холдейна не имеет абсолютной силы и возможно лишь частичное снижение фертильности у самок гибридного происхождения (Lanyon, 1979; Szijj, 1967; Rohwer, 1976; Ordal, 1976; Falls, 1982 - цит. по Панову, 1989; Haavie et al., 2004).

Рассмотрим подробнее возможность стерильности самок гибридов первого поколения при разных вариантах скрещивания major и minor и последующих возвратных скрещиваниях (рис. 2). При варианте образования смешанных пар "S major х $ minor" все потомство первого поколения будет гетерозиготным по яДНК и нести мтДНК minor (как уже говорилось выше, мтДНК наследуется, как правило, по материнской линии). Если самки этого поколения стерильны, то мтДНК minor не будет передана последующим поколениям. Но тогда невозможно объяснить появление птиц, гомозиготных по яДНК major и являющихся одновременно носителями мтДНК minor. 9 исследованных с помощью генетических методов синиц имели именно такой набор ядерной и митохондриальной ДНК, что составляет 6.1% (п=147) от гомозиготных major. Большинство (7) этих птиц по длине крыла, размеру белого пятна на первом рулевом пере и количеству липохрома на вентральной стороне тела не отличались от типичных major. Понятно, что они не могут быть гибридами

CF,

major Vjjj/ minor

[aa + y] X [bb + z] 1

F1 gcf [ab + z]

возвратные скрещивания

f-*

самки Fi стерильны самки Fi фертильны .......

F2 [ab + у], [аа + у] [ab + z], [аа + z]

Cfminor major

[bb + z] X [aa + y] 1

F1 [ab + y]

возвратные скрещивания f-*

самки Fi стерильны самки Fi фертильны

СГ iab + у] X Q[bb + z] Cf[bb + z] X Q[ab + y]

F2 [ab + z], [bb + z] [ab + y], [bb + y]

Рис. 2. Генетический статус синиц в зоне симпатрии, при различных вариантах образования смешанных пар и возможной стерильности самок гибридного происхождения.

а - аллель major, b - аллель minor, у - мтДНК major, z - мтДНК minor.

первого поколения, а являются потомками фертильных самок гибридного происхождения.

Рассматривая второй вариант образования смешанных пар - $ minor х $ major (рис. 2) - мы получим сходную ситуацию. Птицы, идентифицированные как гомозиготные minor и имеющие мтДНК major, могут быть потомками только фертильных самок гибридного происхождения (21,7%, п=23 для всей зоны симпатрии). Помимо представленных на рисунке оба варианта гомозигот с инородной мтДНК могут произойти от скрещивания фертильных гибридов Fj между собой. В настоящий момент мы не имеем данных для того, чтобы подтвердить или опровергнуть гипотезу о частичной фертильности самок F]; Однако в пользу фертильности гибридов первого поколения свидетельствует достаточно высокое представительство гибридов F2 среди фенотипически чистых птиц, а также то, что: 1) среди птиц, обладающих полным набором генов major, встречаются особи с гибридным фенотипом, что говорит об их происхождении, по крайней мере, от фертильных гибридов Fi; 2) большинство птиц, имеющих мтДНК одновременно major и minor, обладали еще и полным набором генов major, что также говорит об их происхождении от фертильных гибридов Fj_

Вызывают интерес заметные различия в представительстве гомозигот с инородной мтДНК, которые могли появиться при разных исходных вариантах скрещиваний чистых форм (21,7% vs 6.1%). Полученные данные свидетельствуют о том, что направление скрещивания "8 minor х 9 major5' вносит значительно больший вклад в генетическую интрогрессию популяций, чем реципрокный вариант. Не исключено, что эта асимметрия отражает зависимость степени фертильности гибридов F) от направления скрещивания и обуславливает большую неуязвимость локальных популяций major к генетическому влиянию minor. Данное предположение нуждается в проверке в полевых условиях.

В целом, картина, складывающаяся на основе анализа ядерной ДНК, повторяет результаты фенотипического анализа, т.е. в популяциях фенотипических major к востоку от Хинганского хребта доля гетерозиготных по интрону гена миоглобина особей значительно больше, чем на западном склоне. С запада на восток уровень генетической интрогрессии, оцененный по частоте чужеродного аллеля, возрастает почти троекратно - также как и представительство фенотипических гибридов. Сходным образом, возрастает и доля носителей гетероспецифичных аллелей. В дальнейшем, по мере конкурентного вытеснения minor из общих мест размножения, что и наблюдается в последние годы в этой части зоны контакта, степень интрогрессии в популяциях major может стабилизироваться на значительно более низком уровне.

Как уже говорилось, полученные результаты соответствуют представлению о высоком уровне гибридизации двух форм в местах их недавнего контакта (Назаренко и др., 1999). В связи с этим можно представить, что гибридизация происходит лишь во время освоения синицами major новых территорий, а затем концентрация чужеродного аллеля minor поддерживается при отсутствии отбора против него. В пользу этой версии свидетельствуют данные о постоянстве, из года в год, частоты чужеродных аллелей в популяциях фенотипических major в центральной, наиболее старой, части зоны контакта. Этот результат, будучи с известными оговорками интерпретирован с помощью правила Харди - Вайнберга (Алтухов, 2003), свидетельствует об отсутствии отбора против аллеля minor. С другой стороны, мы из года в год наблюдали образование смешанных пар в центральной части зоны симпатрии, хотя гибридизация в этом районе не носит столь массового характера, как на востоке зоны контакта.

Несмотря на значительное увеличение уровня генетической интрогрессии с запада на восток, как в центральной, так и в восточной части зоны симпатрии гетерозиготных особей обнаружено значительно больше, чем птиц со смешанным фенотипом. В связи с этим возникает вопрос о механизмах стабилизации фенотипа major в условиях значительной генетической интрогрессии.

Известно, что между фенотипическими проявлениями и генотипом нет строгой связи. Существует норма реакции, допускающая значительные морфологические перестройки при одном и том же геноме, и напротив, фенотипические черты могут оставаться неизменными на фоне значительной генетической гетерогенности (Тимофеев-Ресовский и др., 1977). Геном, как таковой, не подвержен прямому действию отбора, который оперирует особями, то есть фенотипами. С учетом возможной слабой связи генотипа с фенотипом выявленную картину можно объяснить следующим образом:

1) фенотипические признаки minor являются рецессивными и у гибридного потомства проявляются гораздо реже, чем черты major;

2) как в центральной, так и в восточной части зоны происходит отбор против особей, у которых экспрессируются признаки minor.

Первая версия несостоятельна, так как обе фенотипические группы характеризуются высокой долей носителей гетероспецифичных аллелей.

В пользу второй версии - отбора против особей с признаками minor, -свидетельствуют данные по сезонной динамике фенотипического состава популяции в центральной части зоны симпатрии. Однако, эффект «вымывания» из зимующих популяций особей с фенотипическими чертами minor не обнаружен в восточной части зоны. Отсутствие эффекта отбора в восточных популяциях может быть как следствием малых выборок, так и отражением уменьшения

селективного пресса на птиц с чертами minor в связи с более благоприятными температурными и кормовыми условиями зимовки в этом регионе, о чем уже было сказано выше. Дополнительным аргументом в пользу ослабления отбора против особей с признаками minor в этой части зоны симпатрии является нарушение целостности фенотипа птиц с типичной для major окраской контурного оперения. Это проявляется в уменьшении их размеров тела и увеличении белого орнамента на рулевых перьях (рисунок 16). Однако, представление об ослаблении селективного пресса на особей с признаками minor не объясняет несоответствия между уровнем генетической интрогрессии и фенотипической ингерградации популяций, которое наиболее отчетливо проявляется именно на востоке зоны контакта. В этом районе доля генетических гибридов достигает почти 40%, а фенотипических - 17%.

Морфологические проявления фенотипа minor тесно связаны с функциональными, в частности, с характеристиками территориального поведения, - склонностью к миграционной подвижности. Не исключено, что существенная часть гетерозиготных особей, обладающих чертами minor, покидает левобережье Амура и зимует в Манчжурии, в более благоприятных условиях, избегая тем самым повышенной элиминации в зимний период. Их последующее репродуктивное взаимодействие с оседлыми популяциями major должно способствовать распространению гетерозигот в популяциях последних. 3.4. Гибридогенный статус фенотипических популяций minor и major в зоне симпатрии. Высокая степень гетерозиготности фенотипических major по ядерной ДНК не объясняется доминирующим направлением скрещиваний. Показателем направления скрещивания служит материнская мтДНК, а ее интрогрессия остается на низком уровне как в западных, так и в восточных популяциях major. Однако, существенное различие в интрогрессии по яДНК и мтДНК проявляется только в восточных популяциях фенотипических major, где оно становится 8-кратным.

На время начала образования пар в оседлых группировках major самок значительно меньше, чем самцов, что характерно для разных районов сбора материала по всей исследованной зоне симпатрии. Как следствие, ранне-весенние перемещения и перераспределение синиц, возможно, не обеспечивают достаточного притока самок в будущие гнездовые популяции фенотипических major. Маловероятно, что к моменту прилета minor в зимовавших группировках остаются холостые самки major. A.A. Назаренко и др. (1999) во время своих исследований в восточной части зоны симпатрии не обнаружили смешанных пар, объяснив широкое распространение птиц с гибридным фенотипом внебрачными копуляциями. Если превалирующий вариант внебрачных копуляций состоит в

скрещивании самцов minor с самками major, то он и не должен приводить к интрогрессии мтДНК в популяции major. Однако сложно представить, чтобы этот побочный для моногамных видов канал брачных взаимодействий способствовал бы появлению столь большого количества (до 38,3% среди фенотипических major в восточной части зоны) генетических гибридов.

В отличие от фенотипических major, чужеродная мтДНК широко распространена как во всей выборке фенотипических minor, так и среди тех из них, которые являются гетерозиготами. В целом, фенотипические minor демонстрируют сходство показателей интрогрессии по обоим генетическим маркерам. Объяснением такого различия между major и minor являехся выдвинутое выше предположение о существовании южнее, на территории северо-восточного Китая, популяции синиц гибридного происхождения, в которой превалирует фенотип minor. По материнской линии многие члены этой популяции должны быть потомками major, что может быть следствием аккумуляции в данном районе самок major и вовлечение их впоследствии в размножение вблизи новых мест зимовки. В зависимости от условий года, та или иная порция такой гибридной популяции колонизирует северное Приамурье, взаимодействуя с местными оседлыми группировками major.

Значительная разница в интрогрессии по ядерной и митохондриальной ДНК в популяциях фенотипических major в восточной части зоны симпатрии может быть следствием сходных процессов. Численность большой синицы в поселках вдоль транссибирской железной дороги невелика, пищевые ресурсы зимой достаточно скудны. Это значит, что новые территории, скорее всего, осваивают не самцы, ищущие весной новые гнездовые участки, а молодые особи и самки, вытесняемые крупными доминантными самцами из формирующихся к зиме группировок major у жилья человека. Зимуя в новых местообитаниях, самки major скрещиваются с прибывающими сюда весной самцами minor, способствуя интрогрессии митохондриальной и ядерной ДНК major в популяции фенотипических minor. Когда на более поздних этапах освоения новых территорий в эти места приходят генетически чистые самцы major, то они скрещиваются с самками, уже являющимися гибридными по ядерной ДНК и одновременно носителями митохондриальной ДНК major. Таким образом, может быть достигнуто наблюдаемое нами в популяциях фенотипических major различие в уровне интрогрессии по ядерной и митохондриальной ДНК.

Описанные в современной литературе случаи гибридизации у птиц можно разделить на два класса: случаи полной или «поглотительной» гибридизации, и случаи, когда гибридизация носит ограниченный характер.

В случае «поглотительной» гибридизации в зоне симпатрии формируется популяция, обладающая промежуточными признаками. Такая ситуация, например, описана для большой (Parus major) и бухарской (P. bokharensis) синиц в Юго-восточном Казахстане, где через тридцать лет после того, как там были отмечены первые представители формы major, 97% пойманных птиц обладали смешанными фенотипическими признаками (Формозов и др., 1993). В то же время при «поглотительной» гибридизации возможна ситуация, когда фенотип одного из гибридизующих видов вытесняется другим на фоне значительной генетической интрогрессии (Панов, 2001). Механизмы этого процесса остаются неясными.

Рассматривая данные, полученные нами в центральной части зоны перекрывания ареалов major и minor, мы видим, что при достаточно большом количестве генетически гибридных особей (около 12%) в этом районе, фенотип major доминирует и практически вытеснил фенотип minor. О том, что происходит по другую сторону Амура, мы можем судить по появляющимся весной на российской территории синицам. Фенотипические minor, появляющиеся к началу периода гнездования в центральной части зоны перекрывания ареалов, не отличаются по окраске и размерам от minor из аллопатрических популяций. Тем не менее, в значительной своей части (около 20%) эти птицы являются гетерозиготными, т.е. генетически гибридными. Из этого можно сделать вывод о том, что направление «поглотительной» гибридизация меняется на обратное в популяциях, зимующих к югу от Амура и являющихся источником прилетающих весной фенотипических minor.

Несколько иначе складывается ситуация на восточном склоне Хинганского хребта и в Средне-Амурской низменности. В этом районе доля генетически гибридных особей, достигая почти 40%, значительно превышает таковую в центральной части зоны. Синицы, обладающие окраской, типичной для major, по другим диагностическим признакам занимают промежуточное положение, приближаясь к фенотипу minor. В терминах представления о «поглотительной» гибридизации, фенотипические особенности восточных популяций major могут быть интерпретированы следующим образом. Во-первых, зона гибридизации в Средне - Амурской низменности появилась сравнительно недавно и мы наблюдаем начальные этапы постепенного «поглощения» фенотипа minor в этом регионе. Во-вторых, как уже говорилось ранее, из-за более благоприятных климатических и трофических условий отбор против фенотипа minor может быть ослаблен и это позволяет фенотипическим признакам и геному minor более успешно сохраняться в зимующих популяциях синиц. Как следствие, в гибридных популяциях к востоку от Хинганского хребта пространственный

переход от фенотипа major к фенотипу minor имеет более постепенный характер. Южнее, в Китае, климат еще мягче, а плотность благоприятных местообитаний выше, что должно сдвигать баланс в пользу сохранения и стабилизации фенотипа minor.

Таким образом, в российской части Среднего Приамурья фактически контактируют две популяции, сохраняющие как морфологические, так и экологические видоспецифические черты исходных форм, но одновременно несущие значительный груз чужеродных генов, полученных в резулыате гибридизации. При этом, в популяциях синиц, живущих оседло на левобережье Амура, сохранение и накопление генов minor происходит в виде гетерозигот под «эгидой» фенотипа major, возможно более жизнеспособного в суровых условиях зимовки. Обратный процесс, т.е. накопление генов major под «эгидой» фенотипа minor, должен происходить в популяции, обитающей на правобережье Амура - в Китае. Последние выступают в качестве поставщика фенотипических minor, прилетающих весной на российскую территорию. При взаимной интрогрессии, стабилизирующий отбор, имеющий разное направление в северной и южной частях зоны симпатрии, приводит к поддержанию фенотипического единообразия каждой из взаимодействующих популяций. С.С. Четвериков (1926) показал, что любая природная популяция неизбежно гетерогенна и накапливает мутации, сохраняя в тоже время фенотипическую устойчивость. В этом отношении, сохранение морфологической специфики major и minor в зоне контакта может отражать изначальную фенотипическую устойчивость исходных форм. Однако конкретные морфогенетические механизмы стабилизации фенотипов популяций синиц в Среднем Приамурье остаются не ясными и требуют дальнейшего изучения. Выводы

1. Зона симпатрии большой (Parus major) и восточной (P. minor) в Среднем Приамурье неоднородна по уровню генетической интрогрессии и фенотипической интерградации, причем доля фенотипических и генетических гибридов выше в районах, где виды вступили в контакт совсем недавно.

2. Доля носителей гетероспецифичных аллелей среди фенотипических major значительно превосходит долю фенотипических гибридов.

3. В популяциях фенотипических major уровень интрогрессии по яДНК превышает генетическую интрогрессию, выявленную с помощью маркеров мтДНК. Различие в уровне интрогрессии, обнаруженное с помощью разных генетических маркеров, достигает максимума на востоке зоны симпатрии, где два вида вступили в контакт недавно.

4. Фенотипические minor демонстрируют сходство в уровне интрогрессии по двум разным генетическим маркерам.

5. Высокий уровень генетической интрогрессии в фенотипической популяции перелетных minor позволяет предположить проникновение в северный Китай синиц формы major и образование там гибридной популяции.

6. Фенотипическая стабильность популяций major и minor в зоне симпатрии поддерживается несмотря на значительную взаимную генетическую интрогрессию.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Федоров В.В., 2005. Генетические и фенотипические последствия контакта большой и восточной синиц в Среднем Приамурье // Мат-лы Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов". Вып. 10. М.: МГУ. С.29-30.

2. Федоров В.В., Формозов Н.А., Сурин В.Л., Вальчук О.П., Керимов А.Б., 2006. Генетические последствия гибридизации большой (Parus major) и восточной (P. minor) синиц в Среднем Приамурье // Зоол. журнал, Т. 85, №2.

3. Fedorov V.V., Formozov N.A., Surin V.L., Valchuk O.P., Kerimov A.B., 2005. Genetic and phenotypic consequences of secondary contact between great (Parus major) and Japanese (P. minor) tits in the middle Amurland, Russia // 5th Conference of European Ornithologists' Union. 20-23 August 2005, Strasbourg, France. Abstract volume. - Alauda, 73 (3): 265.

Принято к исполнению 02/11/2005 Исполнено 03/11/2005

Заказ № 1198 Тираж: 100 экз.

ООО «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 Москва, Варшавское ш., 36 (095) 975-78-56 (095) 747-64-70 www.autoreferat.ru

Р219 л5

РНБ Русский фонд

2006-4

18813

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Федоров, Вячеслав Владимирович

Введение

Цели и задачи работы

Глава 1. Материалы и методы

1.1. Места сбора материала

1.2. Характеристика больших и восточных синиц

1.3. Отлов и описание синиц

1.4. Размер выборок и соотношение разных фенотипических групп

1.5. Методы анализа ДНК

1.6. Статистические методы

Глава 2. Результаты

2.1. Генетическая характеристика разных фенотипических групп

2.2. Морфологические черты выявленных генетических групп

2.3. Региональные отличия фенотипической и генетической структуры популяций в зоне контакта

2.4. Сезонная и годовая динамика фенотипической и генетической структуры популяций в зоне контакта

2.5. Б ипарентальное наследование мтДНК

Глава 3. Обсуждение

3.1. Фенотипическая структура популяций в зоне симпатрии

3.2. Генетическая структура популяций синиц в зоне симпатрии, выявленная на основе анализа мтДНК

3.3. Генетическая структура популяций синиц в зоне симпатрии, выявленная на основе анализа я ДНК

3.4. Гибридогенный статус фенотипических популяций minor и major в зоне симпатрии

Выводы

Введение Диссертация по биологии, на тему "Генетические и фенотипические последствия контакта большой (Parus major) и восточной (P. minor) синиц в Среднем Приамурье"

Роль кольцевых ареалов в теории аллопатрического видообразования.

Одной из центральных тем эволюционной биологии является проблема формирования и поддержания дискретных межвидовых различий в ходе микроэволюции. В этой связи особый интерес представляет природа барьеров нескрещиваемости, которые вслед за Т. Добржанским (Dobzhansky, 1937) и Э. Майром (1968, 1974) принято обозначать в качестве «изолирующих механизмов». После опубликования работы Э. Майра (Мауг, 1942), теория аллопатрического (географического) видообразования стала общепринятой среди зоологов - эволюционистов для объяснения дивергенции популяций до видового уровня. Она утверждает, что у животных, размножающихся половым путем, новый вид образуется в случае, когда популяция, географически изолированная от других популяций предкового вида, приобретает признаки, обеспечивающие ее репродуктивную изоляцию после разрушения внешних преград. Видообразование - это медленный эволюционный процесс, и ни один исследователь не может наблюдать его непосредственно. В этом отношении особый интерес представляют кольцевые ареалы, которые долгое время служили классическим примером географического видообразования, «развернутого в пространстве, а не во времени» (Huxley, 1942). Цепь интерградирующих популяций (подвидов) образует петлю или замкнутую окружность, причем конечные звенья оказываются замкнутыми по отношению друг к другу (Майр, 1974). Среди множества доказательств географического видообразования кольцевые ареалы всегда по праву считались особенно убедительными. Они формируются в условиях исключительного сочетания географических факторов и в силу этого должны быть весьма редкими. Было описано более 20 случаев образования таких ареалов (Мауг, 1942; Майр, 1974). Наиболее \ яркими'примером является кольцевой ареал галапагосских вьюрков. Д. Лэк

Lack, 1947) показал, что один из галапагосских вьюрков (Camarchynchus psittacula) колонизировал остров Чарльз дважды, причем колонизировавшие остров популяции происходили из разных концов цепи подвидов и сейчас обитают на острове Чарлз как два самостоятельных вида. Сходный случай был описан для саламандр Ensatina. Одна цепь популяций проникла в южную Калифорнию по Береговому хребту, а другая - через горы Сьерра-Невада. Эти два «потока» популяций, которые образуют плавный переход от одной к другой к северу от долины Сан-Хоакин, встречаются южнее, в горах Сан-Бернардино, не проявляя при .; v никаких признаков гибридизации (Stebbins, 1960).

Однако, при более углубленном изучении каждого конкретного случая кольцевого ареала обнаруживали, что в действительности ситуация намного сложнее. Так, выяснилась неполнота считавшегося классическим кольцевого ареала европейских чаек, где концевыми звеньями в цепи подвидов, охватывающих северную часть умеренной области, являются Latus argentatus и L. fuscus. Были выявлены четкие разрывы в цепи популяций, обитающих между западной Европой и восточной Азией. Очевидно, ареал L. argentatus в плейстоцене в течение некоторого времени был разделен на ряд рефугиумов. Желтоногая группа cachinnans эволюционировала в Арало-Каспийской области и позже дала начало атлантической группе fuscus. Группа с розовыми ногами (vegae и родственные формы) формировалась на тихоокеанском побережье Азии и впоследствии дала начало близкородственной типичной форме argentatus из Северной Америки. Выселение argentatus в Европу через Атлантику произошло сравнительно недавно (Майр, 1974). Несколько иное объяснение дает Е. К. Барт (Barth, 1968). Там, где встречаются vegae и cachinnans, они обмениваются генами; то же самое происходит на севере Балтики, где встречаются cachinnans и argentatus. Однако там, где argentatus и fuscus встречаются вдоль побережья Европы, они живут бок о бок, не смешиваясь, лишь в редких случаях производя гибридов. Этологические и экологические различия, позволяющие этим двум формам существовать как хорошим видам, были описаны Ф. Гете (Goete, 1955). В настоящее время серебристая чайка рассматривается как комплекс из 5—7 близких видов, различающихся вокализацией, цветом мантии, клюва, ног, глаз, деталями поведения и экологии. Возможно, некоторые из них имеют гибридогенное происхождение. Нет сомнений, что видообразование в группе так называемых "сельдевых" чаек, включающих помимо комплекса серебристой чайки серокрылую (L^Glaucescens), тэйерову (L. thayeri), калифорнийскую, происходит в настоящее время по всей Голарктике (Панов и др, 1999; Spear, 1987; Yesou, 1991).

Другим классическим примером кольцевого ареала считался изучаемый нами ареал надвида большая синица (Parus major). Э. Майр (1942), опираясь на интерпретацию Б. Реншем (Rensch, 1929) данных Б. К. Штегмана (Stegmann, 1928), рассматривал ареал синиц как «кольцо», состоящее из ареалов ряда форм (major, minor, cinereus) (рис. 1), различающихся по окраске (структуре распределения липохрома в оперении и форме белых пятен на крайних рулевых перьях),размерам и пропорциям тела. В этом кольце в качестве конечных репродуктивно изолированных звеньев рассматривались популяции major и minor в Среднем Приамурье. Однако впоследствии, также как и в случае с серебристой чайкой, взгляды на ареал надвида Parus major как на кольцо были пересмотрены. JI.A. Портенко (1955) опубликовал сообщение о существовании на Среднем Амуре промежуточной между подвидами major (kapustini) и minor (wladiwostokensis) популяции на Среднем Амуре. Это замечание, тем не менее, было оценено очень осторожно. Так Д. Сноу (Snow, 1957) отметил, что для верной оценки этого замечания необходимы новые данные, однако возможно допустить, что репродуктивная изоляция между этими формами не столь полная, как предполагал Б.К. Штегман. Однако после того, как Ч. Вори посетил Ленинград и обсудил этот вопрос с JI.A. Портенко (Vaurie, 1959), стало принятым считать, что формы major и minor действительно интерградируют на Среднем Амуре. Под их

Рис. 1. Схема ареала большой синицы И

- Ареал Parus minor зоны вторичных контактов, в

- Ареал Parus / которых были обнаружены major >1 ч смешанные пары и гибридное потомство

- Ареал Parus major intermedius зоны вторичных контактов, для

- Ареал Parus boKharensis -S которых показано наличие птиц й с фенотипом, отличным от

- Ареал Parus cinereus родительских форм

- Ареал Parus major влиянием изменил свои взгляды и Э. Майр (1968). Он выдвинул предположение, что ареал большой синицы состоит из трех групп популяций, разобщенных в плейстоценовых рефугиумах и гибридизирующих друг с другом в зонах вторичных контактов. Согласно этой версии, подвид'группы major скрещиваются в Персии и в Южной Туркмении с формой южноазиатской группы cinereus; эти две группы постепенно переходят здесь одна в другую, образуя промежуточную форму intermedius. Группа cinereus скрещивается в Фудзяне с восточноазиатской группой minor, образуя промежуточную популяцию commixtus, а группа minor в свою очередь гибридизирует с major в бассейне Амура. A.A. Назаренко (1971) после специально проведенных исследований по морфологии, экологии и акустической активности major и minor, обитающих на Среднем Амуре, пришел к выводу, что интерградации популяций в этом районе не происходит, а гибридизация, если и существует, носит ограниченный характер. Он также подверг критике теорию о гибридном происхождении формы commixtus, предположив, что это на самом деле форма minor, у которой произошла спонтанная утрата пигментов, как это происходит на островах Рююо. Последующие исследования подтвердили данные A.A. Назаренко о четких различиях основных форм по морфологии, акустическим сигналам и особенностям экологии (Степанян, 1983; Керимов, Формозов, 1985; Формозов и др., 1993; Иванкина и др., 1997).

JI.C. Степанян, основываясь на собственных исследованиях и данных литературы (Зарудный, 1896; Зарудный и др., 1912; Дементьев, 1954; Портенко, 1955; Назаренко, 1971; Vaurie, 1950. 1959), подчеркнув высокую степень морфологической обособленности всех основных форм группы Parus major и ограниченность гибридизации в зонах вторичного контакта, предложил присвоить группе Parus major статус надвида.

Первоначальному представлению о кольцевом ареале большой синицы в трактовке Б. Ренша (Rensch, 1929) противоречат результаты недавних исследований, основанные на анализе первичной структуры контрольного региона и гена цитохрома b митохондриальной ДНК (Kvist et al., 2003). Сделанная авторами оценка генетических дистанций между четырьмя основными формами поддерживает представление Э. Майра (1974) о том, что кольцевой ареал синиц - это результат дивергенции четырех основных форм в изолированных плейстоценовых рефугиумах с последующим расширением их ареалов и формированием зон вторичных контактов.

Зоны вторичных контактов и эволюционные последствия гибридизации.

Ключевыми для понимания процессов географического видообразования являются зоны вторичных контактов ранее дивергировавших популяций, в которых решается вопрос, будут ли два филума существовать как независимые эволюционные единицы, или же в результате гибридизации сольются в единое целое. В последнее время появилось много работ, свидетельствующих о том, что межвидовая гибридизация - явление достаточно обычное. Например, у птиц доля видов, для которых отмечены случаи гибридизации, составляет не менее 10% от мировой орнитофауны (Панов, 1989). С развитием молекулярно-биологических методов исследователи получили возможность оценить степень гибридизации не только по фенотипическим признакам, но и непосредственно на генетическом уровне. Их применение позволило как проверить многие ранее выдвинутые гипотезы, так и предложить новые. Было показано, что многие животные сохраняют видоспецифические Л

-^ношхва в условиях массовой и, как правило, асимметричнои интрогрессии чужеродной ДНК.

Так, у птиц случай полностью асимметричной интрогрессии был впервые описан Ф. Гиллом (Gill, 1997) при поглотительной гибридизации синекрылого певуна (V. pinus) со златокрылым (Vermivora chrysoptera) в

Пенсильвании. Длительная послеледниковая гибридизация желтоголовой древесницы (Dendroica occidentalis) и древесницы Таунсенда (D. townsendi) привела к вытеснению первого вида вторым в северной части ареала вдоль тихоокеанского побережья Канады (Rohwer et al., 2001). Генофонд обитающих на этой территории внешне чистых Таусендовых древесниц насыщен митотипами вытесненного вида. Даже на юге Аляски (окр. г. Валдес, побережье зал. Принс-Вильям), в 2000 км к северу от современной границы желтоголовой древесницы (национальный парк "Олимпик", шт. Вашингтон), 78% древесниц Таунсенда имели чужеродные митотипы. Две выборки этого вида с о-ва Грейам и о-ва Принца Уэльского состояли только из носителей митотипа желтоголовой древесницы (Rohwer et al., 2001). Обзор более 80 случаев гибридизации показал, что в 50 из них интрогрессия мтДНК была строго асимметрична (Wirtz, 1999).

Традиционно последствия гибридизации животных рассматриваются с двух альтернативных позиций — как эволюционно негативные, способствующие разрушению коадаптивных генных комплексов (Майр, 1968), и как эволюционно творческие, то есть приводящие к формообразованию (Панов, 1989). В свете данных, демонстрирующих способность видов животных сохранять свою устойчивость на фоне интрогрессивной гибридизации, наиболее сильным аргументом сторонников позиции Эрнста Майра является утверждение о том, что интрогрессия митохондриальной ДНК, несущей ограниченное количество генов, не вызывает нарушения коадаптивных генных комплексов ядерного генома и не противоречит наличию отбора против гибридов.

Зоны вторичных контактов в надвидовом комплексе большая синица.

В свете результатов последних исследований комплекса P. major, основной интерес представляет не столько установка систематического положения форм синиц, сколько проблема сохранения их устойчивости (морфологической специфики) в зонах симпатрии, для трех из которых описаны случаи образования смешанных пар и гибриды (major х bokharensis в Западной Монголии и Юго-восточном Казахстане, major х minor в Среднем Приамурье). Кроме того, относительно недавно была подробно исследована промежуточная форма intermedius в Юго-западной Туркмении, рассматриваемая как возможный результат гибридизации форм major и cinereus. Остановимся подробнее на каждой из этих зон вторичного контакта.

Гибридная зона Parus major и Parus bokharensis в Юго-Западной Монголии. При обсуждении объема вида Parus major чаще других рассматривался вопрос об отношении к нему формы bokharensis. В отечественной литературе конца 19 - начала 20 веков эта группа, наиболее сильно отличающаяся от других форм не только окраской, но и пропорциями тела, формой крыльев и хвоста, трактовалась в качестве самостоятельного вида. Столь существенные морфологические отличия повлияли на пересмотр статуса этой формы (Delacour et al.,1950. Vaurie, 1950. 1957. 1959) и до начала 70-х годов прошлого века было принято считать bokharensis самостоятельным видом. Однако в 1969. 1974 и 1975 годах на юго-западе Монголии Монголо-Германской биологической экспедицией были добыты 6 синиц и все они были определены как гибриды большой и бухарской синиц (Eck, Piechocki, 1977). Эти данные позволили JI.C. Степаняну (1983), включить bokharensis в надвидовую группу Parus major.

Неограниченная гибридизация в зоне симпатрии Parus major и Parus bokharensis в Юго-Восточном Казахстане. В недавней работе H.A. Формозова с соавторами (Формозов и др., 1993), на основании морфологических данных и структуры песни была описана зона гибридизации большой и бухарской синиц в Уштобе (Юго-Восточный Казахстан), куда большие синицы проникли в начале 70-х годов прошлого века. Собранные данные позволили авторам сделать вывод об отсутствии изолирующих механизмов и, как следствие, предположить существование неограниченной гибридизации в зоне совместного обитания major и bokharensis в бассейне Урунгу. По мнению авторов, два из четырех подвидов бухарской синицы (P.b. dzugaricus и P.b. iliensis),, оказались под угрозой засорения гибридами и полной потери индивидуальности в ближайшие годы.

Копетдагская большая синица (Parus major intermedius) — результат гибридизации major и cinereus, или нечто другое? Долгое время предполагалось, что зона вторичного контакта форм major и cinereus достаточно изучена и не содержит никаких сюрпризов. Общепринятой была точка зрения Ч. Вори (Vaurie, 1950), что эти две формы связывает промежуточная по окраске и гибридная по происхождению форма intermedius. В конце прошлого века были высказаны две противоположные, но полностью отрицающие традиционную, точки зрения. Ю. В. Мищенко (1982) рассматривал intermedius как подвид большой синицы, а ослабление липохромовой окраски копетдагских синиц связывал с действием правила Глогера. Другая гипотеза была высказана J1. С. Степаняном (1983). Он так же, как и Мищенко, придавал статус видов формам major и cinereus, но intermedius считал подвидом не P.major, a P.cinereus. Гипотеза о происхождении этой формы в результате гибридизации major и cinereus Л. С. Степаняном не обсуждалась, а лишь приводился совершенно справедливый, но не относящийся к существу дела, вывод о том, что эта форма не могла быть продуктом гибридизации major и bokharensis. Результаты последующего детального анализа этой популяции (Керимов, Формозов, 1985. 1986. Формозов и др., 1993), основанного на сравнении морфологических и акустических признаков синиц в Копетдаге, в целом, не позволяют отбросить предположение Ч. Вори о гибридном происхождении этой популяции.

Взаимодействие форм minor и major на Среднем Амуре.

Зона вторичного контакта этих форм является основным предметом нашей работы и история ее изучения заслуживает особого внимания. Считается, что контакт восточных (minor) и больших (major) синиц в Среднем Приамурье возник около ста лет назад как результат встречного расселения, с одной стороны, популяций major на восток вслед за человеческими поселениями, а с другой - minor на север из Китая (Смиренский, 1986; Назаренко и др., 1999). Территориальная стратегия освоения Среднего Приамурья различается у major и minor: первые формируют оседлые группировки, круглогодично тяготеющие к населенным пунктам, а вторые колонизируют данный регион только в период размножения, занимая более широкий спектр местообитаний включающий пойменные леса и полосу разреженных мелколиственных и широколиственных лесов, в том числе и в окрестностях населенных пунктов. На востоке зоны перекрывания и далее на восток minor занимает местообитания major - населенные пункты и измененные деятельностью человека леса вокруг них. Недавняя ревизия зоны симпатрии показала, что при протяженности более 250 км она неоднородна в отношении характера и длительности контакта (Назаренко и др., 1999; рис. 2). К западу от реки Бурей популяции major и minor практически не взаимодействуют (Смиренский, 1977). Наиболее длительный и устоявшийся контакт форм характерен для центральной части зоны симпатрии (от села Пашково до пос. Вира), где четко выражены различия в предпочитаемых синицами местообитаниях и существует ограниченная гибридизация, составляя, в районе села Пашково, около 10% смешанных пар от числа всех пар, сформированных при участии представителей формы major в качестве одного из брачных партнеров (Керимов, Формозов, 1986; Формозов и др., 1993). Восточная часть зоны (от пос. Вира до г. Биробиджан) представляет собой район недавней и продолжающейся экспансии major, которая J ч в ц 4

Облучье R в в - *

Ц в в в в V

Вира

Пашково ццМц ц цц

Ц ц g в в Биракан в в 1ЧУ в в в в в В В g В g в в в Биробиджан в в в в

Еврейская Автономная Область

48 * 30*

Л1 Г

Рис. 2. Карта - схема зоны симпатрии

Parus major и P. minor. 3 - западная часть зоны симпатрии В - восточная часть зоны симпатрии Ц -центральная часть зоны симпатрии з?о wo по А.А.Назаренко и др., 1999,

Л» и» с изменениями iioo 2000

9ж 1000

0 500 I I I 50 200 I W

-О 30 О

20 Кш сопровождается интенсивной гибридизацией двух форм и вытеснением minor из смешанных поселений в пределах населенных пунктов (Назаренко и др., 1999).

Обзор молекулярно-генетических методов, которые могут быть использованы для оценки статуса и генетических последствий взаимодействия популяций в зоне симпатрии.

Несмотря на существенный вклад работы A.A. Назаренко с соавторами (1999), анализ фенотипической структуры популяций в зоне вторичного контакта в Приамурье носит достаточно фрагментарный характер. С другой стороны, сам по себе фенотипический анализ популяций не может дать полного представления о степени изоляции геномов взаимодействующих популяций. Уровень генетической интрогрессии в зоне гибридизации вызывает большой интерес и в связи с тем, что между генотипом и фенотипом нет однозначно четких связей. Это объясняется тем, что фенотип возникает в результате чрезвычайно сложных взаимодействий между разными генами, а также между генами и внешней средой. Вообще говоря, не существует фенотипически идентичных организмов, хотя отдельные признаки различных организмов могут быть одинаковыми. Более того, организмы, обладающие сходными фенотипическими проявлениями какого-либо признака, не обязательно имеют идентичные по этому признаку генотипы (Айала, 1984). Полное представление о последствиях и характере взаимодействий популяций может быть основано не только и не столько на классических зоологических, а на молекулярно-генетических методах, позволяющих оценить реальную степень генетической интрогрессии в популяциях.

Молекулярно-генетический анализ стал сегодня почти необходимой частью любого таксономического, экологического и даже этологического исследования. Число работ, основанных на расшифровке полной последовательности индивидуальных генов или их участков, сравнении более или менее протяженных повторяющихся последовательностей или на интегральной оценке общего сходства геномной ДНК, растет как снежный ком. Значение молекулярных маркеров в филогенетических и вообще эволюционных исследованиях увеличилось с разработкой высоких технологий молекулярного клонирования и секвенирования ДНК, а также с использованием полимеразной цепной реакции (ПЦР/РСЯ). В распоряжении зоологов теперь есть подходы, позволяющие вести исследования на самых разных уровнях - от индивидов и популяций до отрядов и надотрядных категорий (Банникова, 2004). Они включают:

1. Определение первичной структуры, т.е. нуклеотидной последовательности отдельных генов или некодирующих участков ДНК, и ее сравнение у разных организмов. В результате таких исследований можно установить, какие конкретные замены нуклеотидов произошли в анализируемом участке ДНК в эволюции разных филетических линий.

2. Поиск таксонспецифичных семейств повторяющихся последовательностей или отдельных копий известных повторов, общих для ДНК разных видов, в т.ч. компьютерными методами. Этот подход позволяет выявить соответствие между эволюцией таксонов и появлением и распространением в геномах отдельных генетических элементов и семейств повторов.

3. Сопоставление протяженных, но анонимных участков генома с неизвестными функциями и часто неясной локализацией путем сканирования мутаций по всему геному. Эта группа методов дает общую оценку молекулярно-генетического сходства видов.

Если первые два подхода технически основаны, главным образом, на секвенировании, то последний связан с применением таких методов, как разные варианты ПНР, ПДРФ (полиморфизм длин рестрикционных фрагментов), молекулярная ДНКхДНК гибридизация. Традиционный рестриктазный анализ при разделении ДНК методом агарозного электрофореза и молекулярная ДНКхДНК гибридизация проигрывают секвенированию по разрешающей способности, информативности и широте сопоставлений. Однако, постоянное техническое усовершенствование и модификация методик, направленных попрежнему сохраняют популярность метода ДНКхДНК гибридизации (Банникова, 2004).

Арсенал маркеров и методов современной геносистематики достаточно обширен. Все они имеют свои положительные и отрицательные стороны и разную степень разрешающей способности. Далее мы, ссылаясь на обзор A.A. Банниковой (Банникова, 2004), рассмотрим основные достоинства и недостатки некоторых молекулярных маркеров, наиболее широко используемых при изучении микроэволюционных процессов.

Анализ митохондриалъной ДНК (далее, мтДНК). Привлекательность этого маркера связана, в частности, с малыми размерами митохондриального генома, в связи, с чем он прост для анализа и потому изучен гораздо подробнее, чем ядерный. Средняя скорость накопления нуклеотидных замен в мтДНК обычно превышает таковую для ядерной ДНК (далее, яДНК) в 5-10 раз и оценивается в 2-4 % за 1 млн. лет (Brown et al., 1979; Wilson et al., 1985). Скорость накопления несинонимичных замен (замены нуклеотидов, приводящие к замене аминокислот) в мтДНК и яДНК сопоставимы, но синонимичные замены (замены, которые не приводят к замене аминокислоты, «молчащие» замены) появляются в 100 раз чаще в митохондриальном геноме, чем в ядерном (Pesóle et al., 1992).

Высокая частота замен в митохондриальном геноме еще более по сравнению с яДНК усиливает эффект насыщения в нуклеотидной последовательности и экранирует "филогенетический" сигнал. Например, у приматов кривая дивергенции цитохрома b выходит на плато по истечении 15-20 млн. лет при 25 % различий (Brown et al., 1982). Далее замены концентрируются в положениях, которые уже были замещены, т.е. наступает насыщение, которое является источником гомоплазий молекулярных конвергенций). В результате мтДНК видов, разошедшихся 80 млн. лет назад, отличается немногим больше, чем мтДНК видов, общий предок которых существовал 20 млн. лет назад.

Скорость возникновения замен, конечно, варьирует на разных участках мтДНК: гены рибосомной РНК - 12S и 16S - изменяются медленно, а D-петля - быстро. Таким образом, митохондриальные последовательности значительно более полиморфны, чем ядерные, что обуславливает целесообразность их использования в популяционных исследованиях. Изучение микрогеографической изменчивости митохондриальных генов повлияло на развитие нового направления -филогеографии (Avise, 1998). Филогеография изучает географическое распространение генеалогических линий, т.е. рассматривает гены в пространстве и во времени (Hewitt, 2001). В связи с развитием этого направления в последние годы сделан необычайный прорыв в понимании послеледниковой экспансии животных и растений Европы и Берингии и плейстоценовых изменений их ареалов. Так, многое дал филогеографический анализ нуклеотидных последовательностей митохондриальных генов ND3 и цитохрома b желтой (Motacilla flava) и желтоголовой (M. citreola) трясогузок. В рамках традиционно распознаваемого вида М. flava филогенетический анализ обнаружил существование трех линий, распространенных в Европе и Юго-западной Азии, в Северо-восточной Евразии и в Юго-восточной Азии. Поскольку эти линии не являются монофилетической группой и на филогенетическом дереве разделены линиями желтоголовой, горной и белой трясогузок, оказалось целесообразным выделить их в отдельные виды. Парафилетическим также оказался вид М. citreola, западная и восточная линии которого заслуживают присвоения им видового статуса. На филогенетическом дереве северо-восточная линия желтой и восточная линия желтоголовой трясогузок являются сестринскими группами, также как и юго-восточная линия желтой и западная линия желтоголовой трясогузок. Западная линия желтой трясогузки оказалась значительно более удаленной от этих четырех линий, вместе образующих монофилетическую группу. Географическая структура распределения гаплотипов в каждой из пяти линий прослеживается слабо. Анализ "иерархических монофилетических групп" (Nested Clade Analysis) показал расширение ареала юго-восточной желтой трясогузки и ограниченный обмен генов с изоляцией расстоянием в популяциях северо-восточной линии желтой и восточной линии желтоголовой трясогузок (Pavlova et al., 2003).

С привлечением анализа мтДНК к решению микроэволюционных вопросов сильно продвинулось изучение гибридизации на основе выявления чужеродных митотипов у гибридизирующих видов. Для целого ряда европейских видов найдены гибридные зоны между расами и подвидами, простирающиеся через Центральную Европу с севера на юг и разделяющие их геномы на западную и восточную формы. Из млекопитающих это, например, две формы домовой мыши Mus domesticus и M. musculus (Dallas et al., 1995; Boursot et al., 1996), землеройки-бурозубки из группы видов Sorex araneus (Taberlet et al., 1994), европейский и белогрудый ежи Erinaceus europaeus и E. concolor (Santucci et al., 1998).

Один из удачных примеров такого рода исследований - изучение гибридизации между четырьмя видами сусликов Поволжья (Ермаков и др., 2002). Секвенирование и рестриктазный анализ контрольного региона мтДНК большого (Spermophilus major), желтого (S. fulvus), малого (S. pygmaeus) и крапчатого (S. suslicus) сусликов выявили у 43 % особей большого суслика чужеродные митотипы, специфичные для желтого и малого сусликов.

Быстрая дивергенция мтДНК ограничивает шкалу времени, в пределах которой она может дать полезную информацию на надвидовом уровне, особенно если речь идет о структуре контрольного региона.

Поэтому исследования, имеющие отношение к большим эволюционным промежуткам, предпочтительно проводить на более консервативных последовательностях.

Анализ ядерной ДНК (далее яДНК). Сравнительный анализ филогенетических возможностей ядерных и митохондриальных генов на уровне таксонов высокого ранга показал, что ядерные экзоны (кодирующие участки ядерных генов) более подходят для этих целей, чем гены мтДНК (Springer et al., 2001 в). Причем, это относится как к индивидуальным генам, так и к комбинированным последовательностям многих генов. В связи с меньшей скоростью замещения насыщение сайтов в яДНК происходит медленнее, чем в мтДНК. Различие между разными сайтами по скорости замен в ядерных генах также ниже, чем в митохондриальных, замены распределены равномернее, а вероятность повторных замещений в одном и том же сайте ниже. Предположение о том, что для достижения нужного уровня разрешения дифференциации ветвей на древе для яДНК требуется большая длина последовательности, чем для мтДНК (Arnason et al., 1999), не подтверждается (Springer et al., 2001).

Для исследования таксономических связей на уровне рода и вида более пригодны нуклеотидные последовательности, которые изменяются с большей скоростью. К ним относятся, например, интроны - некодирующие участки гена, которые вырезаются из матричной РНК в процессе сплайсинга. Несмотря на очевидные преимущества, ядерные последовательности реже используют в филогенетических исследованиях, чем митохондриальные, из-за трудностей связанных с их выделением из больших и сложных эукариотических геномов. Как правило, для разных видов изучены последовательности разных генов. Это делает межвидовые сравнения фактически невозможными.

Повторяющиеся последовательности. Существенно больший объем генома, по сравнению со структурными генами, приходится, по-видимому, на селективно нейтральные повторяющиеся последовательности -тандемные и диспергированные. К тандемным принадлежит сателлитная ДНК (далее, стДНК) которая составляет от 10 до 20 % генома млекопитающих. Степень повторяемости элементов может достигать более 106 копий на геном. Располагается стДНК в гетерохроматиновых участках центромер, т.е. в функционально неактивной области (Беридзе, 1982). Функции высокоповторяющейся ДНК дискуссионны, но основное положение о сателлитах как о «мусорной» или «эгоистической» части генома (Orgel, Crick, 1980) теперь поколеблено (Оловников, 1996; Dimitri, Junakovic, 1999). Их упорядоченная структура сохраняется благодаря концертной эволюции, под которой понимается способ эволюционирования тандемных последовательностей, определяемый взаимодействием различных механизмов молекулярного драйва: неравного кроссинговера, генной конверсии, транспозиции, репликационного проскальзывания и РНК-опосредованной передачи генетической информации (Dover, 1982; 1986). В результате амплификации отдельных элементов или блоков из нескольких элементов повторов и быстрого распространения мутаций по геному происходит гомогенизация семейств повторов. Поэтому стДНК - одна из наиболее динамичных частей генома. Это позволяет использовать стДНК при изучении взаимодействия на популяционном и внутрипопуляционном уровнях. Так, определение молекулярно-генетического статуса алеутских канадских казарок (Branta canadensisJe^c помощью анализа микросателлитных повторов TTUCG4. TTUCG5 и т.д., а также контрольного региона мтДНК позволило выяснить, что две популяции, гнездящиеся на двух островах, являются независимыми. В то же время генетически они оказались гораздо ближе друг к другу, чем к мелкому подвиду, гнездящемуся на материке, -B.c. minima. (Pierson et al., 2000)

Внутривидовое постоянство и таксономическая специфичность стДНК показана также на разных группах насекомоядных, парнокопытных

Банникова и др., 1995; 1996) и рукокрылых (Матвеев и др., 2000) методом таксонпринта (Федоров и др., 1992). В целом, наличие общих сателлитов у близких видов, видимо, распространенное явление, но большая скорость эволюции стДНК может приводить к так называемой «звездной» филогении (ВасЬшапп е1 а1., 1993). Подробное использование сателлитов в качестве эволюционных маркеров и многочисленные подробные примеры этих исследований по разным группам млекопитающих и других позвоночных изложены в обзоре Гречко (2002).

Для проведения полноценного генетического анализа ключевое значение имеет выбор метода этого анализа и подбор маркера с соответствующим «разрешением». СтДНК, как наиболее динамичная часть генома обладает слишком высокой разрешающей способностью и пригодна больше для выяснения внутри - и межпопуляционных взаимоотношений. Кодирующие части ядерных генов и митохондриальные гены обладают сравнительно низкой изменчивостью и подходят больше для систематических исследований в таксонах более высокого ранга.

Таким образом, три маркера представляются наиболее подходящими для изучения взаимодействия недавно дивергироваших популяций: анализ последовательности контрольного региона (Б-петли) мтДНК, интронов яДНК и анализ частоты микросателлитных локусов яДНК. Два первых метода были использованы в нашей работе. Контрольный регион мтДНК достаточно изменчив для оценки различия между близкими популяциями и видами. Наследуемость мтДНК по материнской линии позволяет выявить направление скрещиваний. Интроны ядерных генов, как правило, обладают меньшей изменчивостью, чем контрольный регион мтДНК. Тем не менее, она достаточна для нахождения полиморфизмов и видоспецифических нуклеотидных замен у близких видов. Ядерная ДНК позволяет оценить текущее взаимодействие геномов популяций и, в сочетании с мтДНК оценить уровень интрогрессии чужеродных генов в фенотипических популяциях.

Цели и задачи работы

Итоги последних исследований в зоне вторичного контакта P.major и P.minor ставят следующие вопросы. Насколько выражено генетическое взаимодействие между популяциями и как оно меняется в пределах зоны симпатрии и в зависимости от длительности контакта? Как соотносятся фенотипические и генотипические преобразования в популяциях? С последним вопросом тесно связана проблема сохранения морфологической специфики форм в условиях генетической интрогрессии. Ответы на эти вопросы позволят оценить последствия взаимодействия популяций в зоне контакта и определить их статус.

Цель работы состояла в оценке характера и масштаба генетического взаимодействия между популяциями большой (Parus major) и восточной (P. minor) синиц на Среднем Амуре и его динамики в зависимости от длительности контакта. Изучая соотношение фенотипических и генотипических преобразований популяций в зоне симпатрии, мы пытались выявить пути сохранения морфологической специфики форм в условиях генетической интрогрессии. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Оценить генетические последствия гибридизации Parus, major и P. minor на Среднем Амуре

1.1. Используя анализ митохондриальной ДНК и ядерной ДНК, выявить формоспецифичные генетические маркеры для P. major и P. minor.

1.2. С помощью маркера мтДНК оценить преимущественное направление скрещивания при образовании смешанных пар.

2. Оценить характер фенотипических преобразований популяций синиц в зоне симпатрии.

2.1. Оценить сезонные и годовые изменения фенотипической структуры популяций.

2.2. Оценить региональную вариацию фенотипической структуры популяций.

3. Оценить соотношение фенотипической и генетической структуры популяций в зоне симпатрии.

Заключение Диссертация по теме "Зоология", Федоров, Вячеслав Владимирович

Выводы

1. Зона симпатрии большой (Parus major) и восточной (P. minôi^VCpe^HeM Приамурье неоднородна по уровню генетической интрогрессии и фенотипической интерградации, причем доля фенотипических и генетических гибридов выше в районах, где виды вступили в контакт совсем недавно.

4. Фенотипические minor демонстрируют сходство в уровне интрогрессии по двум разным генетическим маркерам.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Федоров, Вячеслав Владимирович, Москва

1. Айала Ф., 1984. Введение в популяционную и эволюционную генетику. // Москва, «Мир», С. 1-230.

2. Алтухов Ю. 77., 2003. Генетические процессы в популяциях // М.: ИКЦ «Академкнига» 431 е.: ил.

3. Банникова А.А., Долгов В.А., Федорова JI.B., и др., 1995. Родственные отношения ежей подсемейства Erinaceinae (Mammalia, Insectívora) по данным рестриктазного анализа суммарной ДНК // Зоол. журн. Т. 74. Вып. 5. С. 95-107.

4. Банникова А.А., Долгов В.А., Федорова JI.B., и др., 1996. Дивергенция землероек (Insectívora, Soricidae) по данным рестриктазного анализа повторяющихся последовательностей ДНК // Зоол. журн. Т. 75. Вып. 2. С. 256-270.

5. Банникова А.А., 2004. Молекулярная филогенетика и современная систематика млекопитающих // Журнал общей биологии, ., том ., вып.

6. Беридзе Т.Г., 1982. Сателлитная ДНК. М.: Из-вд Наука. 120 с.

7. Вальчук О.П., 2002. Большая синица Parus major в Хабаровске: расселение на восток продолжается //Русский орнитологический журнал. Экспресс-выпуск. N206. С.1111-1116.

8. Гизенко А. И., 1955. Птицы Сахалинской области. Москва, Наука.

9. Гречко В.В., 2002. Молекулярные маркеры ДНК в изучении филогении и систематики // Генетика. Т. 38. № 8. С. 1013-1033.

10. Дементьев В.П., 1954. Птицы Советского Союза// М.: Сов. Наука, т. 5.

11. Зайкин Д.В., Пудовкин А.И., 1991. Программа МУЛТТЕСТ расчет показателей статистической существенности при множественных тестах // Генетика. Т.27. С. 2034-2038.

12. Зарудный H.A., 1896. Орнитологическая фауна Закаспийского края (Северной Персии, Закаспийской области, Хивинского оазиса и равнинной Бухары) // М., С. 1 555.

13. Зарудный H.A., Бшькевич С. И., 1912. Большая белая синица (Parus bokharensis Licht.) и её расы.// Орнитол. вестник, т. 3 №2, С. 132 156.

14. Иванкина Е.В., Керимов А.Б., Формозов H.A., 1997. Изменчивость песни и проблема кольцевого ареала большой синицы// Бюл. Моск. О-ва испытателей природы. Т. 102, вып. 5, стр. 13-19.

15. Керимов А.Б., БанинД.А., 1983. К экологии забайкальской большой и белобрюхой синиц в зоне совместного обитания//Птицы Сибири. Тез. докл. 11 Сиб. орнит. конф. Горно-Алтайск, С. 138-140

16. Керимов А. Б., Формозов Н. А., 1985. Гибридизация больших синиц формы «major» и «cinereus» в Западном Копетдаге // Растительность и животный мир Западного Копетдага. С. 176-185.

17. Керимов А. Б., Формозов Н. А., 1986. Зоны вторичных контактов в кольцевом ареале большой синицы (юго-западная Туркмения, Приамурье) // Докл. МОИП. Зоол. и бот. М., С. 27-31

18. Матвеев В.А., Банникова A.A., Ломов A.A., 2000. Возможности использования метода таксонпринта ДНК в систематике рукокрылых (Chiroptera) // Plecotus. №3. С. 3-19.

19. Майр Э., 1968. Зоологический вид и эволюция // Москва, «Мир».

20. Майр Э., 1974.Популяции, виды и эволюция // Москва, «Мир».

21. Медников Б.М., Банникова A.A., Ломов A.A., Мельникова М.Н, Шубина Е.А., 1995. Рестриктазный анализ повторяющейся ядерной ДНК, критерий вида и механизм видоо-бразования // Мол. биол. Т. 29. С. 1308-1319.

22. Мищенко Ю.В., 1982. О таксономических взаимоотношениях Parus major intermedius (Zarudny) с синицами смежных регионов// Вестн. зоол. . № 5. С. 35—42.

23. Назаренко A.A., 1971. Краткий обзор птиц заповедника «Кедровая падь» //Тр. Биол. почв, ин-та ДВНЦ АН СССР. Т.6, С 52 64.

24. Назаренко А. А., Валъчук О. П., Мартене Й., 1999. Вторичный контакт и перекрывание популяций большой — Parus major и восточноазиатской Р. minor синиц на Среднем Амуре // Зоол. журнал. Т. 78, № 3 С. 372 381.

25. Оловников A.M., 1996. Молекулярный механизм морфогенеза: теория локационной ДНК // Биохимия. Т. 61. В. 11. С. 1948-1970.

26. Панов Е. H., 1973. Птицы Южного Приморья // Фауна, биология, поведение. Новосибирск.

27. Панов E.H., 1989. Гибридизация и этологическая изоляция у птиц // Москва, Наука. С 1-600

28. Панов E.H., 1993. Граница вида и гибридизация у птиц. в кн.: Панов E.H., Томкович П.С. Гибридизация и проблема вида у позвоночных. // Сборник трудов зоологического музея МГУ. Т.20. С. 53-95

29. Панов E.H., Монзиков Д.Г., 1999. Интерградация между серебристой чайкой Larus argentatus и хохотуньей L. cachinnans в европейской части России.// Зоологический журнал т. 78, №3. С. 334-348

30. Панов E.H., 2001. Межвидовая гибридизация у птиц: эволюция в действии// Природа №6 С: 35 43.

31. Портенко Л. А., 1955. Новые подвиды воробьиных птиц (Aves, Passeriformes) //Тр. Зоол. ин-та АН СССР. Т. 18. С. 493 507.

32. Пудовкин А.И., Зайкин Д.В., Татаренков А.Н., 1996. Программа DBOOT для расчета генетического расстояния и генетической идентичности (по Нею) и их бутстрепных доверительных интервалов. // Генетика, т.32, N7, С.1017-1020.

33. Смиренский С. М, 1977. О систематическом положении больших синиц Дальнего Востока //Тез. докл.7-й Всес. орн. конф. Киев: Наук, думка, 4.1. С. 25-26.

34. Смиренский С.М., 1986. Эколого географический анализ авифауны Среднего Приамурья // Автореф. дис. . канд. биол. наук. М. С. 1 - 23

35. Степанян JI.C., 1983. Надвиды и виды-двойники в авифауне СССР // M.: Наука. С. 1-292

36. Тимофеев-Ресовский Н.В., Воронцов H.H., Яблоков A.B., 1977. Краткий очерк теории эволюции // M., Наука, С. 1-296

37. Федоров A.H., Гречко В.В., Слободянюк С.Я., Федорова Л.В., Тимохина Г.К, 1992. Таксономический анализ повторяющихся элементов ДНК // Мол.биол. Т. 26. Вып. 2. С. 464-469.

38. Федоров В.В., Формозов H.A., Сурин В.Л., Валъчук О.П., Керимов А.Б., 2006. Генетические последствия гибридизации большой (Parus major) и восточной (P. minor) синиц в Среднем Приамурье // Зоол. журнал. Т. 85, №2.

39. Четвериков С.С., 1926. О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики // Журн. эксп. биол., сер. А. 2, С. 3-54

40. Arnason U., GullbergA., JankeA., 1999. The mitochondrial DNA molecule of the aardvark, Orycteropus afer, and the position of the Tubulidentata in the eutherian tree // Proc. R. Soc. Lond. V. 266. P. 339-345.

41. Avise J. С., 1998. The history and purview of phylogeography: a personal reflection // Molecular Ecology. V.7. P. 371-379.

42. Bachmann L., SchibelJM, Raab M., Sperlich £>., 1993. Satellite DNA as taxonomic marker//Biochem. Syst. Ecol. V. 21. P. 3-11.

43. Barth E. K., 1968. The circumpolar systematics of Larus argentatus and Larus fiiscus // etc., Medd. Zool. Mus. Oslo (Nytt Mag. Zool.), 15, suppl. 1, 1 50.

44. Boursot P., Din W., Anand R., 1996. Origin and radiation of the house mouse: mitochondrial DNA phylogeny // J. Evol. Biol. V. 9. P. 391-415.

45. Brown W.M., Gerge M.L., Wilson A.C., 1979. Rapid evolution of animal mitochondrial DNA // Proceeding of the National Academy of Sciences USA. V. 76. P.1967-1971

46. Brown W.M., Prager E.H., WangA., Wilson A.C., 1982. Mitochondrial DNA sequences of primates; tempo and mode of evolution // J. Mol. Evol. V. 18. P. 225-239.

47. Cheng Tso-hsin, 1987. A Synopsis of the Avifauna of China. / Beijing: Science Press, Hamburg-Berlin: Paul Parey Scient. Publ.

48. Crochet, P.-A., and E. Desmarais., 2000. Slow rate of evolution in the mitochondrial control region of gulls (Aves: Laridae). Mol. Biol. Evol. 17:17971806.

49. Dallas J.F., Dod B., Boursot P. et al., 1995. Population subdivision and gene flow in Danish house mice //Mol. Ecol. V. 4. P. 3110320.

50. Dobzhansky Th., 1937. Genetics and the origin of species // N. Y., Columbia Univ. Press, P. 1-364

51. Delacour J., Vaurie C., 1950. Oiseau et Rev. franc, ornithol. V.20. N 2. P.90-121

52. DiMauro, S., and E. A. Schon. 2001. Mitochondrial DNA mutations in human disease // Am. J. Med. Genet. 106:18-26.

53. Dimitri P., Junakovic N., 1999. Revising the selfish DNA hypothesis. New evidence on accumulation of transposable elements in heterochromatin // TIG. V. 15. №4. P. 123-124.

54. Dover G.A., 1982. Molecular drive a cohesive mode of species evolution // Nature V. 299. P. 11-117.

55. Dover G.A., 1986. Molecular drive in multigene families: How biological novelties arise, spread and are assimilated // Trends Genet. V. 2. P. 159-165.

56. Ericson G.P., Johansson U. S., 2003. Phylogeny of Passerida (Aves: Passeriformes) based on nuclear and mitochondrial sequence data. // Molecular Phylogenetics and Evolution 29 P. 126-138

57. Falls J.B., d'Agincourt L.G., 1982. Why do meadowlarks switch song types // Canad. J. Zool. Vol. 60. P. 3400-3408

58. Gill F.B., 1997. Local cytonuclear extinction of the Golden-winged Warbler // Evolution, v. 51, p. 519-525.

59. Goete F., 1955. Vergleichende Beobachtungen zum Verhalten des Silbermowe (Larus argentatus) und der Heringsmowe (Larus fiiscus) // Acta XI Int. Ornithol. Congr. Basel, 1954, 577 582.

60. GrayA., 1958. Bird hybrids. Alva

61. Gyllernten, U., D. Wharton, A. Josefson, and A. Wilson. 1991. Paternal inheritance of mitochondrial DNA in mice. Nature 352:255-257.

62. Haavie J., Borge T., Bures S., Garamszegi L., Moreno J., Qvarnstrom A., Torok, J., 2004. Flycatcher song in allopatry and sympatry Convergence, divergence and reinforcement. Journal-of-Evolutionaiy-Biology. 2004; 17(2) - 227-237.

63. Hewitt G.M., 2001. Speciation, hybrid zones and phylogeography or seeing genes in space and time // Mol. Ecol. V. 10. P. 537-549.

64. Huxley J., 1942. Evolution, the Modern Synthesis, Allen and Unwin, London

65. Kondo,R.,Y.Satta, E. T. Matsuura,H.Ishiwa, N.Takahata,andS. I. Chigusa. 1990. Incomplete maternal transmission of mitochondrial DNA in Drosophila. Genetics 126:657-663.

66. KvistL, Ruokonen M, Lumme J & Orell M, 1999. The colonization history and present-day population structure of the European great tit (Parus major major). Heredity 82: 495-502.

67. KvistL, Martens J, Higuchi H, NazarenkoAA, ValchukOP, Orell M, 2003. Evolution and genetic structure of the great tit {Parus major) complex. Proc. R. Soc. Lond B Biol Sci., Jul 22. V. 270 (1523). P. 1447-54.

68. Mayr E., 1942. Systematics and the origin of species // N.Y., P. 1 427.

69. Muller, H.J. 1940. Bearings of the 'Drosophila' work on systematics // In: The New Systematics (J.S. Huxley, ed.), pp. 185-268. Clarendon, Oxford.

70. Muller, H.J. 1942. Isolating mechanisms, evolution and temperature // Biol. Symposia 6: 71—125.

71. Nesbo, C. L., M. O. Arab, andK. S. Jakobsen. 1998. Heteroplasmy, length and sequence variation in the control regions of three percid fish species (Perca fluviatilis, Acerina cernua, Stizostedion lucioperca) // Genetics 148:1907-1919

72. Ordal J. M., 1976. Effect of sympatry on meadowlarks vocalizations // Condor. Vol. 78. P. 100-101.

73. Orgel L., Crick F., 1980. Selfish DNA: the ultimate parasite // Nature. V. 284. P. 604-607.

74. Orr, H.A. 1993. Haldane's rule has multiple genetic causes I I Nature 361: 532533.

75. Pavlova A., ZinkR., DrovetskiS. V., Red'kin Y., Rohwer S., 2003. Phylogeographic patterns in Motacilla flava and Motacilla citreola: species limits and populations history // The Auk 120(3):744-758.

76. Perrins C.M., 1979. British Tits. London: Collins. P. 1-304.

77. Pesole G., Sbisa E., Preparata G., saccone C., 1992. The evolution of the mitochondrial D-loop region and the origin of modern man // Mol. Biol. Evol. V. 9. P. 587-598.

78. Pierson B. J., PearceJ. M, Talbot S. L., Shields G. F., Scribner K. T. 2000. Molecular genetic status of Aleutian Canada geese from Buldir and the Semidi Islands, Alaska//Condor, 102: 172-180.

79. Rehfisch M., Robertson P., Williams M, 2003. Competition and hybridization resulting from introduced waterfowl: an issue rising up the political agenda // proceedings 23rd international ornithological congress Beijing China P 99.

80. Rensch B., 1929. Das Prinzip geographischer Rassenkreise und Problem der Arbildung. Berlin: Borntr. Ver., C. 1 436.

81. Rohwer S., 1976. Specific distinctiveness and adaptive differences in southwestern meadovlarks // Occas. Pap. Mus. Natur. Hist. Univ. Kans. № 54. P. 1-13.

82. Rohwer S., Bermingham E., Wood C., 2001. Plumage and mitochondrial DNA haplotype variation across a moving hybrid zone. // Evolution, v. 55, № 2, p. 405-422.

83. SantucciF., Emerson B.C., Hewitt G.M., 1998. Mitochondrial DNA phylogeography of European hedgehogs // Molecular Ecology. V. 7. P. 1-10.

84. Savolainen, P., L. Arvestad, and J. Lundeberg. 2000. mtDNA tandem repeats in dogs and wolves: mutation mechanism studied by analysis of the sequence imperfect repeats. Mol. Biol. Evol. 17:474-488.

85. Schwartz, M., and J. Vissing. 2002. Paternal inheritance of mitochondrial DNA. N. Engl. J. Med. 347:576-580.

86. ShererS., Hilsberg Т., 1982. Hybridisierung und Verwandtshafitsgrade innerhalb der Anatidae eine systematische und evolutions-theoretische Betrachung //J. Ornithol. Vol. 123. S. 357-380.

87. Snow D. W. Supplementary notes (for Vaurie, 1957), 1957.1I American Muzeum Novitiates, New York, No.27, p.36-43

88. Solignac, M., M. Monnerot, andJ.-C. Mounolou. 1983. Mitochondrial DNA heteroplasmy in Drosophila mauritiania. Proc. Natl. Acad. Sei. USA 80:69426946.

89. Spear L.B., 1987. Hybridization of glaucous and herring gulls at the Mackenzie Delta, Canada//Auk. V. 104. P. 123-125.

90. Springer M.S., De Jong W. W., 2001. Which mammalian supertree to bark up? // Science. V. 291. P. 1709-1712.

91. Stegmann, В., 1928. Vorlaufige Mitteilung über eine ornithologische Forschungsreise an den mittleren und oberen Amur, sowie in das westliche Stanovoi-Gebirge// Докл. АН СССР, сер. А. С. 509-514.

92. Stebbins G. L., 1960. The comparative evolutions of genetic systems, in: S. Tax, ed., Evolutions after Darwin, Univ. of Chicago Press, Chicago.

93. Szijj L.J., 1967. Hybridization and the nature of the isolating mechanism in sympatric populations of meadowlarks (Strunella) in Ontario // Ztschr. Tierpsychol. Bd. 23 S. 677-690.

94. Taberlet P., Fumagalli L., HausserJ., 1994. Chromosomal versus mitochondrial DNA evolution: tracking the evolutionary history of the southwestern European populations of the Sorex araneus group (Mammalia, Insectivora) // Evolution. V. 48. P. 623-636.

95. Vaurie Ch., 1950. American Muzeum Novitates, New York,, No. 1459, p. 1-66.

96. Vaurie C., 1957. Systematic notes on palearctic birds. Paridae: the general Parus and Sylviarus. // American Muzeum Novitates, New York, No.27, p.27-35

97. Vaurie Ch., 1959. The birds of Paleartic fauna. Passeriformes. L. P. I-XII. 1762.

98. Wilkinson, G. S., and A. M. Chapman. 1991. Length and sequence variation in evening bat D-loop mtDNA. Genetics 128:607-617.

99. Wilson A.C., Cann R.L., Carr S.M. et al., 1985. Mitochondrial DNA and two perspectives on evolutionary genetics // Biological Journal of the Linnean Society. V. 26. P. 375-400.

100. Yesou P., 1991. The symparic breeding of Larus fuscus, L. cachinnans and L. argentatus in western France // Ibis, V. 113, P 256-263.

101. Zaykin D. V., Pudovkin A.I., 1993. Two programms to estimate significance of Chi-square values using pseudo-probability test // J.Heredity. V.84. P. 152.

102. Zouros, E., K. R. Freeman, A. O. Ball, and G. H. Pogson. 1992. Direct evidence for extensive paternal mitochondrial DNA inheritance in the marine mussel Mytilus // Nature 359:412-414.

Информация о работе

Федоров, Вячеслав Владимирович
кандидата биологических наук
Москва, 2005
ВАК 03.00.08

Диссертация

Генетические и фенотипические последствия контакта большой (Parus major) и восточной (P. minor) синиц в Среднем Приамурье - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы