Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Использование методов генеалогического анализадля сохранения генофонда европейского зубра и лошади Пржевальского

ВАК РФ 06.02.01, Разведение, селекция, генетика и воспроизводство сельскохозяйственных животных

Автореферат диссертации по теме "Использование методов генеалогического анализадля сохранения генофонда европейского зубра и лошади Пржевальского"

На правах рукописи

Го о л

• Л -

БЕЯОУСОВА Ирина Павловна

Использование методов генеалогического анализа для сохранения генофонда европейского зубра и лошади Пржевальского

Специальность 06.02.01 - разведение, селекция, генетика и воспроизводство сельскохозяйственных животных

Автореферат ' диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Санкт-Петербург

2000

Работа выполнена в Приокско-Террасном государственном биосферном заповеднике

Научные консультанты:

доктор биологических наук Кудрявцев И.В. (ИПЭЭ РАН) доктор биологических наук Орлов В.Н. (ИПЭЭ РАН)

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Комиссаренко А.Д. (СПбГАУ)

доктор биологических наук, профессор Шумов A.B. (ВГМХА) доктор биологических наук Паронян И.Я. (ВНИИГРЖ)

Ведущая организация :

Северо-Западный научно-исследовательский институт молочного и лугопастбищного хозяйства

Защита состоится 22 марта 2000 года в 14 ч. 30 мин. На заседании диссертационного совета Д 120.37.05 при Санкт-Петербургском Государственном аграрном университете по адресу 189620, г. Санкт-Петербург, Пушкин, Петербургское ш., д. 2, ауд. 342.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета

Автореферат разослан «_ /7- » Ср^аЖ/_2000 года.

Ученый секретарь Диссертационного совета, доцент

Заморская Т.А.

EWMY'ttAoV!)

£ Aqz м</ irFaQ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы обусловлена необходимостью проведения работ по изучению состояния, оценке и сохранению редких видов, занесенных в Красную книгу Международного союза охраны природы (Павлов, Лущекина, 1999; Павлов и др., 1999), в том числе таких как зубр (Bison bonasus Linnaeus, 1758) и лошадь Пржевальского (Equus caballus przewalskii Polakov, 1881), полностью истребленных в природе и поддерживаемых в условиях неволи.

Предварительные исследования в данном направлении свидетельствуют о том, что долговременное сохранение стоящих на грани исчезновения видов возможно лишь при условии сохранения их экологического потенциала и достаточно высокого уровня приспособляемости к изменяющимся условиям окружающей среды. Это осуществимо, прежде всего, в случае сохранения генетических ресурсов вида (разнообразия аллелей и гетерозиготности) в его популяциях. При этом необходимо учитывать, что в зоопарках и других центрах разведения содержат, как правило, небольшие группы крупных животных с эффективной численностью менее 10, что в случае их изолированного разведения или недостаточной интенсивности и широты обменов производителями ведет к утрате части генетического разнообразия вследствие дрейфа генов и, нередко, к инбредной депрессии. Более того, при содержании в зоопарках практически невозможно избежать отбора на приспособляемость к условиям существования в неволе. Сложность проблемы в случае с зубром и лошадью Пржевальского обусловлена также чрезвычайно малым числом (1213) родоначальников современных мегапопуляций обоих видов.

Таким образом, основной целью работ по сохранению редких, истребленных в природе видов, в данном случае - зубра и лошади Пржевальского, становится поддержание их генетических ресурсов при разведении в неволе, воссоздание достаточно крупных вольно-живущих популяций, способных сохранять генофонд вида и высокий уровень генетического разнообразия, обеспечивающий экологическую пластичность, мониторинг и управление этими популяциями. Поставленная задача требует создания и развития всесторонней и целостной программы сохранения и управления мегапопуляциями обоих видов, для чего сегодня необходимо оценить эффективность проводимых работ по сохранению этих видов, определить их современное биологическое разнообразие, дать прогноз микроэволюционных преобразований и обосновать возможности сохранения этих видов Упомянутые виды следует использовать в качестве модели для разработки методов по разведению других видов с целью их долго-

временного сохранения, т.к. они имеют подробные родословные, что позволяет программировать их разведение, линейное и групповое разведение животных проводилось в течение длительных отрезков времени (до 80 лет), осуществлены различные сценарии реинтро-дукции.

Предлагаемая работа является составной частью государственной научно-технической программы (ГНТП) по сохранению биоразнообразия в рамках проекта 2.12.57 (1999 г.), преследующей цель создания всесторонней и целостной программы сохранения европейского зубра и лошади Пржевальского, учитывающей необходимость поддержания жизнеспособности и определенной экологической пластичности вида.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является определение основных факторов, обуславливающих возможность долговременного выживания вида и определение комплекса мер, необходимых для сохранения генетического потенциала и жизнеспособности данного вида.

Задачи исследования:

1) определение степени зависимости показателей жизнеспособности от показателей генетического разнообразия и степени инбридинга в популяциях редкого вида;

2) оценка современного состояния мегапопуляций лошади Пржевальского и европейского зубра по генетическим показателям биологического разнообразия вида с помощью методов генеалогического анализа;

3) определение возможности обеспечения сохранности генофонда лошади Пржевальского современными программами разведения вида;

4) определение возможности выживания европейского зубра при условии сохранения традиционных подходов к восстановлению вида;

5) определение комплекса мер, обеспечивающих долгосрочное сохранение европейского зубра;

6) определение требований к программам разведения редкого вида с учетом необходимости обеспечить сохранение его генетического и экологического потенциала.

Научная новизна: Впервые проведены ретроспективный анализ и оценка состояния мегапопуляций европейского зубра и лошади Пржевальского по генетическим показателям биологического разнообразия вида с помощью комплекса методов генеалогического анализа, оценены возможности выживания европейского зубра при ус-

ловии сохранения традиционных подходов к восстановлению вида. Проведенные исследования позволили определить требования к программам разведения в неволе и восстановления в природе популяций редкого вида, необходимые для сохранения его генетического и экологического потенциала.

Научно-практическое значение работы. Проведенные исследования показали, что жизнеспособность популяции (группы разведения) находится в прямой зависимости от уровня ее генетического разнообразия. Разработанные рекомендации по методам подбора животных с учетом генетических характеристик позволяют комплектовать племенные группы, обладающие высоким воспроизводственным потенциалом, что крайне важно для продолжения работ по сохранению видов.

Комплексная оценка уровня генетического разнообразия современных групп лошади Пржевальского и европейского зубра, содержащихся в неволе, позволила определить действия, необходимые для успешного продолжения сохранения этих видов в неволе, и выявить группы животных, наиболее ценных для сохранения генетического потенциала вида.

Оценка уровня генетического разнообразия и жизнеспособности современных вольноживущих популяций европейского зубра выявила необходимость принятия и определила перечень специальных мер по созданию устойчивых, жизнеспособных популяций вида, позволила определить действия, необходимые для обеспечения их долговременного выживания.

Полученные в ходе исследований данные в настоящее время использованы для разработки Стратегии сохранения зубра в России и Международной программы по сохранению зубра.

Новые подходы к оценке жизнеспособности популяций редких видов могут быть также использованы в ВУЗах в преподавании курсов зоологии, генетики, экологии, охраны природы.

Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены на совещании рабочей группы по зубру, проходившем 2-3 февраля 1995 г. в рамках международного совещания "Состояние териофауны в России и ближнем зарубежье", на международном рабочем совещании "Оценка жизнеспособности популяций зубра (Bison bonasas) в местах их распространения" (Менздровице. Польша. 1995). на рабочем совещании по вопросам восстановления зубра н России в Департаменте заповедного дела Минприроды России (июль 1996 г.), на 1-м Международном симпозиуме по физиологии и этологии диких и содержащихся в зоопарках животных (Берлин, 18-21 сентября 1996 г.), на международном совещании "Редкие виды мле-

копитающих России и сопредельных территорий" (9-11 апреля 1997 г., Москва), на совещании "Устойчивое использование биологических ресурсов и проблема сохранения биоразнообразия" (13-14 ноября 1997 г., Москва), VI Съезде териологического общества (13-16 апреля 1999 г., Москва), международной конференции «Изучение и охрана разнообразия фауны, флоры и основных экосистем Евразии» (2123 апреля 1999 г., Москва), на семинаре Института изучения млекопитающих Польской академии наук (Беловежа, Польша, 19 октября 1999 г.), на международной научной конференции «Охрана здоровья свободноживущих Bison honasus в Беловежской пуще (Варшава, 26-27 ноября 1999).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ (из них 1 монография.

Объем и структура работы. Диссертация представляет собой рукопись на 289 страницах машинописного текста, содержащую 47 таблиц, 18 рисунков и приложение объемом 76 страниц. Рукопись включает в себя: введение, исторический очерк, обзор основных направлений исследований и степени изученности европейского зубра , подходы к оценке генетического разнообразия и жизнеспособности европейского зубра, материал и методы исследований, результаты и их обсуждение. Диссертацию завершают общие выводы и практические предложения. Список литературы насчитывает 214 наименований, в том числе 136 на иностранных языках. Приложение содержит табличный материал результатов генеалогического анализа для конкретных групп разведения и животных, входящих в состав современных мегапопуляций европейского зубра и лошади Пржевальского.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Источником информации служили сведения о происхождении, рождении и гибели животных, приведенные в Международной родословной книге лошади Пржевальского (Kus, 1995), Международной родословной книге зубров (European Bison Pedegree Book = ЕВРВ, 1946-1996), а также в Заводской книге зубров питомника Приокско-Террасного заповедника (1950 - 1995 гг.).

Оценка проявления инбредной депрессии и влияния отдельных показателей генетического разнообразия на жизнеспособность популяции проведены на примере племенных стад зубров специализированных питомников Приокско-Террасного (ПТГЗ) и Окского (ОГЗ) государственных заповедников. Рассмотрены данные за 40 лет работы питомников. Степень проявления инбредной депрессии оценена по показателям жизнеспособности молодняка (перина-

тальная и ювенильная гибель), плодовитости самок и соотношению полов. Коэффициент инбридинга расчитан по стандартной формуле Райта (Wright, 1922) с помощью компьютерных программ д.б.н. Я.А.Пачепского. Жизнеспособность животных определена по формуле: V = х/п , где V- жизнеспособность особей с коэффициентом инбридинга F, х - число выживших особей с коэффициентом инбридинга F; п - число родившихся особей с коэффициентом инбридинга F. В расчетах ориентировались на максимальную плодовитости самок зубра при разведении в неволе - одно рождение для каждого года жизни после 3-летнего возраста и до окончания репродуктивного периода, т.е. до 20 лет (Заблоцкий, 1957; Slatis, 1960). Соотношение полов определяли как соотношение самцов и самок, достигших половой зрелости (т.е. 3-летнего возраста). Для определения влияния инбридинга на жизнеспособность молодняка, плодовитость самок и соотношение полов у зубров применяли стандартную методику расчета коэффициента корреляции (г) для малых выборок (Плохин-ский,1969). В соответствии с общепринятыми рекомендациями попу-ляционных генетиков (Crow, Kimura, 1970; Cavalli-Sforza, Bodmer, 1971; Thomas, Ballow, 1983; Templeton, Read, 1984; Hedrick, Miller, 1992) при определении влияния инбридинга на жизнеспособность молодняка использовали модельное уравнение Мортона с соавторами (Morton et al. 1956).

V, = е(-А - BF),

где Vj - жизнеспособность особей с коэффициентом инбридинга F,; А - выживаемость у неинбредных потомков; В - величина летального эквивалента на гаплоидную гамету; е = 2,7183; F - коэффициент инбридинга. При этом учитывали подход, примененный Темплетоном и Ридом при исследовании проблем разведения в неволе газели Спика (Templeton, Read 1984), и в соответствии с практическим руководством по применению данной формулы (Thomas, Ballow, 1983), использовали это модельное уравнение в следующем виде:

х + 1

А + BF = - In _

/7 + 2

где А - не зависящая от генетических факторов выживаемость потомков: В - величина летального эквивалента на гаплоидную гамету: F - коэффициент инбридинга; х - число выживших особей с коэффициентом инбридинга F; п - число родившихся особей с коэффициентом инбридинга F . Полученное в результате значение А показывает, в какой степени жизнеспособность животных определяется негенетическими причинами, т.е. зависит от условий существования; значение В показывает, в какой степени жизнеспособность животных оп-

ределяется генетическими причинами, и, в частности, зависит от степени инбридинга.

В качестве показателя жизнеспособности популяции были использованы ежегодные данные выхода молодняка и выживания его до половозрелости (т.е. до 3 лет) от каждой семейной группы разведения.

В качестве основного показателя, характеризующего степень генетического разнообразия исследованных групп, использован "геномный эквивалент основателей" (fge) (Lacy, 1989; Ballou, Lacy, 1995) - теоретически ожидаемое число основателей, необходимое для получения того же генетического разнообразия, которое наблюдается в изучаемой популяции; fge отражает величину генетического вклада основателей в современный генофонд популяции (группы) и степень потери аллелей основателей вследствие процесса дрейфа генов, и может быть представлен как 1

= -

X (РГ г,)

I /

где Nf - число основателей, р, - "вклад" основателя /, т.е. ожидаемая доля генофонда популяции, которая происходит от основателя /', г, - "сохранность" аллелей основателя, т.е. ожидаемая доля аллелей основателя /', которая сохранилась в современной популяции.

Определяли также наиболее важные для разработки программ управления популяциями меры генетической значимости: величины среднего сходства особей (тк) и уникальности их геномов (ди) (Ballou, Lacy, 1995). ди конкретной особи - это вероятность, что любой случайно взятый аллель этой особи является уникальным для современной популяции. Величины ди рассчитывают с помощью компьютерного моделирования по методу "выпадения генов", при котором симулируется передача аллелей основателей до уровня современной популяции (MacCluer et al., 1986; Lacy et al., 1995). Величина тк отражает степень представительства генома особи в популяции в целом и расчитывается по формуле:

N

I f¡j j = l

mki = -

N

где/;; - коэффициент сходства, определяемый как возможность идентичности происхождения аллелей, случайно полученных от двух особей (i и j), N - число ныне живущих особей в популяции (Falconer, 1981; Ballou, Lacy, 1995). Эта величина равна пропорциональной потере генетического разнообразия в популяции потомков. При анализе динамики указанных генетических характеристик учитывали также изменения коэффициента инбридинга (F), рассчитываемого по Райту (Wright, 1922).

Определение перечисленных выше генетических характеристик проведено по данным родословных методом компьютерного моделирования с помощью пакета программ "SPARKS" (ISIS, 1991) при содействии Берлинского Института зообиологии и изучения дикой природы (Institute for Zoo Biology and Wildlife Research, Berlin, Germany).

Степень влияния указанных генетических показателей на жизнеспособность популяции, выражаемую в виде показателя выхода молодняка и выживания его до половозрелого состояния, оценивали с помощью коэффициента корреляции г, применяя стандартную методику расчета последнего (Плохинский,1969).

При определении родословных использовали технику линейного анализа (Lacy et al., 1995). В тех случаях, когда в современные содержащиеся в неволе группы вводили зубров без точной родословной, отловленных в реконструированном вольноживущем стаде Беловежской пущи (Польша), для воссоздания полноты родственных связей пользовались методом симуляции родословных (Lacy, 1989), поскольку упомянутое вольное стадо имеет высокую степень однородности генофонда особей. В процессе анализа учитывали традиционное подразделение зубров на две основные линии разведения: беловежскую (ЛЕ) и кавказско-беловежскую (ЛК) (Groeben, 1932: Mohr, 1933, 1937; Zabinski, 1947; Slatis, 1960; Olech, 1989). Все современные зубры происходят от 12 животных-основателей (Slatis, 1960), которых мы обозначили как "основатели-I". В конце II мировой войны (1944-1945 гг.) вследствие гибели животных в ряде пунктов разведения общая численность зубров значительно сократилась, причем жизнеспособное потомство оставили лишь 67 особей. Эту последнюю группу животных мы рассматриваем как основателей по-

слевоенной мировой популяции зубров и поэтому обозначили термином "основатели-И " (Белоусова, 1993а).

Были также определены пути передачи генетического материала от поколения к поколению в условиях прохождения популяцией зубров «бутылочных горлышек» вида. В тех случаях, когда передача генетической информации от целой группы предков происходила через одну особь, для обозначения последней применяли термин "базовое животное" (Белоусова, 1993а). Обобщенные схемы происхождения конкретных стад и групп разведения составляли с использованием родословных деревьев и схем происхо>кцения "основателей-Н" (Белоусова, 1993а,б; Белоусова, 1999).

Степень вероятности закрепления генотипа "основателя-Н" в отдельной популяции, группе разведения или у конкретной особи оценивали по относительной частоте встречаемости (ff) "основате-лей-П" в родословных каждого животного (Белоусова, 1993а):

ff = f/Sf

где f - частота встречаемости предка X в родословной зубра У; S, - сумма частот встречаемости всех "основателей-И" в родословной зубра У; ff - относительная частота встречаемости предка X в родословной зубра У, одновременно отражающая приблизительную вероятность закрепления генотипа предка Ху его потомка У.

Для того, чтобы прогнозировать состояние популяции в будущем, оценивая степень ее генетического разнообразия по прошествии определенного времени и вероятность ее исчезновения, отмечая случаи, в которых численность популяции снизится до нуля, было применено компьютерное моделирование демографических и генетических процессов в вольноживущих популяциях зубров при помощи программы "VORTEX" (Lacy et al., 1995). Данная программа использует переменные, списывающие основные жизненные характеристики популяции, включающие данные о возрасте первой репродукции, численности приплода, уровнях выживаемости, структуре спариваний и о половозрастной структуре популяции, а также о размахе колебаний каждого признака. Кроме того, она учитывает факторы внешнего воздействия (изменения среды обитания, изменения переносимого объема популяции, тяжесть инбредной депрессии) и потенциальные случайности, главным образом, катастрофы - эпизоотии, наводнения, пожары, экстремально многоснежные зимы, засухи и т.п. Повторяемость процедуры моделирования составляет несколько с от раз, что обеспечивает возможность определения статистической изменчивости, ассоциируемой с получаемым результатом. Вероятность вымирания популяции в каждый момент времени оценивается как отношение числа симуляций, давших результат выми-

рания популяции на рассматриваемый момент времени, к общему числу симуляций.

В общей сложности в процессе исследований был выполнен следующий объем основных работ: (1) расчет коэффициента инбридинга для 645 особей; (2) обработка данных по выходу молодняка для 145 семейных групп зубров (650 животных) и определение характеристик генетического разнообразия для указанных групп; (3) оценка вероятности закрепления генотипа "основателя-И" для 1500 особей зубра; (4) генеалогический анализ для "основателей-И" (67 особей) с составлением банка данных объемом 121 информационный блок; (5) генеалогический анализ мегапопуляции зубра для родословной общим объемом 8669 особей, с составлением банков данных по линиям и ветвям разведения; всего составлено 7 банков данных объемом от 190 до 600 информационных блоков в каждом (всего 2666 информационных блоков); (6) генеалогический анализ для 23 вольных стад зубра (271 особь); (7) генеалогический анализ мегапопуляции лошади Пржевальского для родословной общим объемом 2523 особи с составлением банка данных объемом 1451 информационный блок; (8) моделирование демографических и генетических процессов для 23 вольноживущих популяций зубра (46 сценариев с числом повторов не менее 500 раз для каждого).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Проявление инбредной депрессии и влияние отдельных показателей генетического разнообразия популяции на ее жизнеспособность

На самых разнообразных растительных и животных объектах было установлено, что одной из главных особенностей инбридинга является вызываемая им депрессия в отношении жизнеспособности, плодовитости и соотношения полов (УУга^М, 1977; Сеннер, 1983). В то же время следует отметить, что современные популяции зубров в питомниках России в целом не испытывают инбредной депрессии по показателю жизнеспособности молодняка (табл. 1). Однако зависимость гибели молодняка от величины Р может значительно варьировать между поколениями. Так для зубров .7А' питомника ПТГЗ в 1950-1974 гг. не было обнаружено достоверной зависимости между этими двумя величинами (г = 0,02; Р > 0,05), а гибель молодняка была обусловлена в основном негенетическими причинами (А = 0.18±0,09; В = 0.01 ±0,30). В сформированном на базе ЛК питомника ПТГЗ стаде зубров ОГЗ в первые годы его существования наблюда-

Таблица 1.

Зависимость выживаемости на перинатальном уровне от степени инбридинга в трех популяциях зубров в период 1950-1990 гг.

ЛК, ПТГЗ ЛК, ОГЗ ЛБ, ПТГЗ

р п v п v л v

1 3 4 6 7 9 10

1950-1990 гг.

0,1125 14 0,875 - - - -

0,1375 2 1,000 - - - -

0,1625 13 0,769 - - - -

0,1875 42 0,976 - - - -

0,2125 21 0,905 59 0,830 3 1,000

0,2375 7 0,857 16 0,812 16 0,875

0,2625 39 0,795 56,5 0,911 6 0,833

0,2875 26 0,923 45 0,889 14 0,875

0,3125 11 0,913 47 0,808 22 0,818

0,3375 25 0,840 1 1,000 19 0,890

0,3625 6 1,000 14 0,714 30 0,767

0,3875 2 1,000 3 0,667 8 0,875

0,4125 6 1,000 21 0,714 15 0,667

0,4375 11 1,000 8 0,625 4 0,750

0,4625 - - - - 11,5 0,828

0,4875 - - - - 8 0,750

г= 0,46 г = - 0,59 г = - 0,33

Р > 0,05 Р > 0,05 Р > 0,05

Примечание.

Р - коэффициент инбридинга х - число выживших особей л - число родившихся особей

V - жизнеспособность особей с коэфф. инбридинга Р ЯК - кавказско-беловежская линия разведения зубров ЛБ - беловежская линия разведения зубров ПТГЗ - Приокско-Террасный государственный заповедник ОГЗ - Окский государственный заповедник

лась, весьма вероятно, инбредная депрессия жизнеспособности молодняка: расчеты показали отсутствие явного снижения жизнеспособности при росте степени инбридинга (г= -0,83; Р > 0,05), но расчеты по формуле Томаса-Бэллоу (Thomas, Ballow, 1983) позволяют полагать, что гибель телят происходила в основном по генетическим причинам (А = 0,70±0,39; В = 3,15±1,16). В 1975-90 гг. выявлена совершенно иная картина: отсутствие достоверной зависимости жизнеспособности от степени инбридинга (г= -0,48; Р > 0,05), применение формулы Томаса-Бэллоу (Thomas, Ballow, 1983) не позволило установить с достаточной степенью достоверности возможной причины гибели молодняка.

Полученные результаты не противоречат выводам Г.Слэйтиса для мирового стада зубров 1925-54 гг. и данным В.Олех для случаев перинатальной смертности в содержащемся в неволе мировом стаде зубров 1946-78 гг. (Slatis, 1960; oiech, 1987). Отсутствие влияния инбридинга в отдельных группах может быть обусловлено их изоляцией, а также фактором случайности при подборе производителей. Учитывая данные обстоятельства, необходимо периодически анализировать влияние степени инбридинга на жизнеспособность отдельных популяций.

Для животных обеих линий не установлено достоверной зависимости показателя плодовитости самок от уровня инбридинга и гибели потомства от степени инбредности их матерей.

При высоких степенях инбридинга у многих видов млекопитающих характерно увеличение доли самцов среди выживающего потомства, однако в рассматриваемых нами популяциях зубра соотношение самцов и самок, достигших половой зрелости, не зависит от степени инбридинга и в целом близко к 1,00. Уровни смертности для самцов и самок примерно равны и не зависят от степени инбридинга.

Полученные данные свидетельствуют, что, по-видимому, в современном стаде зубров, содержащихся в питомниках России, явных проявлений инбредной депрессии не наблюдается. Это согласуется с точкой зрения Г.Слэйтиса (Slatis, 1975) и подтверждает предположение О.Френкеля и М.Сулея (Frankel. Soûle, 1981) об элиминации большинства летальных и сублетальных генов этого вида ранее путем очень медленного инбридинга и отбора в течение длительного периода, предшествовавшего истреблению его в природе, когда дикие популяции были относительно малочисленны. Кроме того, возможно, на первых этапах инбридинга в небольших изолированных группах животных имеющиеся там летали и полулетали переходят в гомозиготное состояние и депрессируют данную популяцию (линию или группу разведения) (Насриддинова, Струнников. 1991). Неизбеж-

ный в таком случае искусственный и естественный отбор приводит к сохранению особей, главным образом, с повышенным содержанием благоприятных генов. Происходит формирование мощного компенсационного комплекса генов (ККГ), полностью или частично погашающего вредное действие полулеталя. Таким образом происходит нивелировка последствий инбридинга. Отсутствие влияния инбридинга в отдельных стадах может быть также обусловлено фактором случайности при подборе производителей.

В то же время проведенные нами исследования показали, что, несмотря на отсутствие явных признаков инбредной депрессии в классическом ее понимании, плодовитость зубров ЛБ из питомника ПТГЗ значительно ниже плодовитости зубров ЛК из того же питомника, а смертность молодняка ЛБ примерно вдвое выше по сравнению с ЛК. По-видимому, такие показатели свидетельствуют о том, что ЛБ, вероятно, не только очистилась от леталей и поулеталей вследствие длительного изолированного разведения в малочисленных группах, но также утратила часть своего исходного генетического разнообразия. Такой процесс, как показывают исследования (Ayala et.al., 1974; Soûle, 1979; Демин, Сафронова, 1980; Струнников, 1986), в свою очередь мог стать причиной уменьшения жизнеспособности животных. Следовательно, чувствительность популяции к степени инбридинга отнюдь не определяет полностью показатели общей ее жизнеспособности.

Исходя из полученных данных, можем предположить, что для современных вольноживущих стад зубров в настоящее время также не характерны проявления инбредной депрессии. Подтверждением тому являются довольно высокие темпы роста численности, отмеченные для большинства этих стад (Красиньски, 1969; Krasinski, 1978; Белоусова, 1994; Onopiuk, 1984). В то же время, как было показано выше, утрата части генетического разнообразия, связанная с освобождением популяции от леталей и полулеталей, может оказать отрицательное влияние на ее жизнеспособность.

Быстрое (в течение 15 лет) изменение реакции жизнеспособности молодняка на величину F наглядно демонстрирует, насколько изменчив генофонд содержащихся в неволе изолированных групп животных. Таким образом, все наши попытки сохранить генетическое разнообразие в отдельных содержащихся в неволе группах разведения какого-либо вида, в частности зубра или лошади Пржевальского, будут неэффективны без создания единых международных планов разведения вида в неволе, что позволит объединить в единую популяцию большинство групп, содержащихся в зоопарках и других центрах разведения, и воссоздать единый генофонд вида, способный

значительно облегчить задачу сохранения его генетического разнообразия.

Исследование влияния величин fge, тк и ди особей на жизнеспособность популяции показало, что жизнеспособность молодняка (и, соответственно, жизнеспособность группы разведения и всей популяции) зубра напрямую зависит от показателя fge (г= 0.33 при 0,05 > Р > 0,01).

При этом для групп со значениями fge > 1,30 характерна более высокая стабильность размножения. Уровень тк входящих в семейную группу особей также оказывает заметное влияние на выход молодняка (г= -0,32 при р < 0,05), в то время как зависимость показателей размножения от величины ди сравнительно невелика (г = 0,15 при р < 0.05). Выход молодняка возрастает также с увеличением показателя ди самца {г - 0,31 при р < 0,05) и уменьшением его показателя тк (г - -0.33 при р < 0,05). При использовании приведенных выше данных для коррекции планов работы с видом следует проводить также ретроспективный анализ генетических характеристик рассматриваемой группы размножения (популяц.чи) и учитывать историю формирования популяций, линий и групп разведения вида в период до начала ведения подробной племенной документации.

Таблица 2.

Зависимость выхода молодняка от величины геномного эквивалента

основателей (ige) в семейных группах разведения

(ПТГЗ, 1950-1995).__

Величина Выход молодняка

геномного Число коэффи-

эквивалента групп (X ± m), % циент ва-

основателей . fge риации. %

0.90 < fge < 1.00 9 27,40 ± 7,65 83.8

1.00 < fge < 1.10 17 36,86 t 6,02 67,4

1,10 < fge < 1,20 33 37,35 ± 3,96 60.9

1.20 < fge < 1.30 27 44,86 ± 5,48 63.5

1,30 < fge< 1,40 33 73,34 ± 4,94 38.7

1,40 < fge< 1,50 27 62,90 ±6,14 50.8

Примечание. Вследствие малого объема выборок исключены данные

при Где > 1,50. г= 0,33 при 0,05 > Р > 0.01

Пример племенного стада зубров ПТГЗ наглядно продемонстрировал, что введение в группы размножения животных без проведе-

ния их генеалогического анализа зачастую может быть неэффективен. Так пополнение маточного стада ЛБ ПТГЗ в период 1952-1993 гг. лишь 4 зубрами, имевшими значительное генетическое сходство с уже имевшимися животными, привел к формированию крайне однородной группы разведения с показателями: fge = 1,05, тк = 47,4%, ди = 2,2%, F = 41,1%. Завоз в этот же период в маточное стадо ЛК ПТГЗ пяти особей, имевших достаточно низкую степень родственных связей с имевшимся поголовьем, позволил поддерживать генетические характеристики стада на приемлемом уровне (fge = 1,47, тк = 33,5%, ди = 1,5%, F= 23,6%), но был недостаточен для их сколь-нибудь значительной оптимизации. Приведенные данные, полученные в результате компьютерного моделирования на основе родословных животных, полностью подтверждаются результатами прямых генетических исследований.

По результатам иммуногенетического анализа проб крови зубров ЛБ ПТГЗ (Сипко, Белоусова, 1993) аллелофонд этой группы по антигенным факторам имеет показатель 27, причем генетическое равновесие нарушено в сторону преобладания гомозигот. Аллелофонд зубров ЛК ПТГЗ представлен 32 антигенными факторами (Сипко, Белоусова, 1993). Применение ДНК-фингерпринтинга показало, что число попарно совпадающих полос у трех исследованных особей ЛБ ПТГЗ варьировало в интервале 76-85 %, а у трех особей ЛК ПТГЗ - 48-90 % (Рысков и др., 1994).

Приведенные выше данные свидетельствуют о том, что при проведении работ по сохранению и разведению редкого вида необходимо знать и принимать во внимание данные по генетическому разнообразию поголовья. В группах разведения целесообразно поддерживать показатель fge на уровне не ниже 1,30 при значениях тк не выше 40 % и ди не ниже 10 %. При этом важно не просто завозить достаточно большое число животных из других пунктов разведения для обновления племенных стад, но проводить отбор производителей с соответствующими генетическими характеристиками: при подборе самцов для конкретных групп самок следует избегать снижения показателя ди самца ниже 20 % и увеличения его показателя тк выше 40 %. Аналогичных принципов следует придерживаться и при формировании групп, выпускаемых в природу.

В то же время генетическую сторону вопроса ни в коем случае нельзя рассматривать как панацею в деле спасения редкого вида. Это лишь один из важных компонентов (наряду с условиями содержания, состоянием экосистем и вопросами охраны), обеспечивающих продолжение сохранения вида в неволе и успех восстановления его вольноживущих популяций.

1.2. Оценка генетического разнообразия современной

мегапопуляции лошади Пржевальского и европейского зубра методами генеалогического анализа

1.2.1. Происхождение и генетические характеристики мегапопуляции лошади Пржевальского и ее составляющих

Современная мегапопуляция лошади Пржевальского ведет происхождение от 13 животных-основателей, 12 из которых относятся к виду Eqiius caballas przewalskii и 1 - Equiis caballus caballus (обозначаемый далее как ДОМ) (Geyer, Thompson, 1988). Однако в первые годы разведения в неволе число основателей популяции сократилось, поскольку две пары особей оставили только по одному потомку (Geyer et al., 1989). Таким образом, современные популяции лошади Пржевальского несут генетический материап 11 особей. Современная мегапопуляция вида сохранила около половины генетического материала основателей (табл. 3), при этом величина fge = 3,52 показывает, что для достижения аналогичного результата теоретически достаточно было бы иметь всего четырех основателей. В мегапопу-дяции почти полностью сохранился генетический материал основателей N° 182 London 6 (Neville) и № 231 Mongolia (Orlica III). Четыре основателя (№ 11 Bijsk 1, № 39 Bijsk А, № 40 Bijsk В, № 113 Cincinnati 1) передали потомкам немногим более половины генетического материала. Сохранность генофонда остальных основателей невелика (от 16 до 32 %). Генофонд современной мегапопуляции сформирован в основном за счет основателей №№ 39, 113, 182 и 231. Степень участия ДОМ составляет 4,5%.

Начиная с 1970 г. планы по управлению процессом размножения содержащихся в неволе групп лошади Пржевальского составляют с учетом необходимости сохранения генетического разнообразия вида. С 1990 г. региональные планы объединены в единый Глобальный план сохранения лошади Пржевальского (Seal et al.. 1990). Генеалогический анализ современной мегапопуляции показывает, что молодые (в возрасте до 7 лет) особи вида обладают примерно тем же объемом генетической информации, что и старшие поколения. То есть, принятые программы разведения вида в целом обеспечивают сохранение генофонда лошади Пржевальского. В то же время между центрами разведения сохраняется определенный уровень дивергенции. в том числе по показателям генетического разнообразия.

Таблица 3.

Результаты генеалогического анализа современной мегапопуляции лошади Пржевальского

Показатель Возрастные группы

вся популяция старше 7 лет молодые (до 7 лет)

величина показателя

Число основателей 11 11 11

Степень сохранности генофонда основателей, % 48,7 48,8 48,2

Сохранилось геномов основателей 5,36 5,37 5,30

Геномный эквивалент основателя, /де 3,52 3,50 3,45

Сохранилось исходного генетического разнообразия, % 85,8 85,7 85,5

Показатель среднего сходства геномов особей, тк, % 14,5 14,4 14,5

Все российские группы лошади Пржевальского имеют низкие значения характеристик генетического разнообразия (1,34 < /де < 1,81; степень сохранности генофонда основателей от 17,3 до 28,3 %; сохранность исходного генетического разнообразия от 62,7 до 72,3 %) и высокие значения сходства геномов особей (27,6% < тк < 37,9%). В то же время включение этих групп в единый план управления размножением совокупной популяции может значительно улучшить их генетические характеристики.

В направлении восстановления вольных популяций лошади Пржевальского на сегодняшний день сделаны лишь первые шаги: создано три центра разведения в пределах прежнего ареала данного подвида. Причем в группе разведения центра «Тачин Тал» крайне низок уровень генетического разнообразия (фе = 1,45; тк = 34,8%), что может оказать негативное влияние на жизнеспособность создаваемой популяции и ограничить ее адаптационные возможности. Две другие группы имеют гораздо лучшие показатели (2,28 < fgв < 2,38; 21,04% < тк < 22,05%), что позволяет надеяться на успех работ по адаптации животных к суровым условиям их исконных мест обитания.

Проведенные исследования показали, что управление размножением редкого вида на основе генеалогического анализа и расчета генетических показателей является действенным методом, позволяющим создавать эффективные программы по сохранению генетического разнообразия вида. На сегодняшний день программы разведения в неволе лошади Пржевальского, разработанные на основании указанных выше методик, в целом обеспечивают сохранение генофонда этого вида. Обязательным условием успеха остается управление всей совокупностью групп разведения как единой мега-популяцией при понимании необходимости такой работы и единомыслии руководителей локальных групп разведения, а также воссоздание достаточно крупных жизнеспособных вольноживущих популяций.

1.2.2. Происхождение и генетические характеристики

мегапопуляции европейского зубра и ее составляющих

1.2.2.1. Происхождение и генетические характеристики основателей современной мегапопуляции

Основной точкой отсчета при проведении генеалогических исследований являются 12 "основателей-1", носители исходного генофонда современных зубров. Не менее важной также является группа "основателей-И" (67 особей), давшая, как указано выше, начало современной мировой мегапопуляции вида. Эта группа достаточно неоднородна, поэтому ее, видимо, следует разделить на несколько подгрупп, объединенных общностью происхождения (и, соответственно, сходству геномов) с учетом сложившихся линий разведения вида, и представить каждую из них отдельно.

Подгруппа 1 "беловежская" объединяла зубров, относящихся к беловежской линии. Подгруппа имела высокую степень однорорд-ности У,де = 1.7; тк = 30,3%), ее генофонд был сформирован в основном за счет генетического материала "основателей-1" № 42 и № 45.

В то же время только эта подгруппа несла генетический материал "основателя-1" № 147, единственного потомка группы зубров, отловленных в диком стаде Беловежской пущи примерно в 1900 г.

Все остальные подгруппы "основателей-И" относятся к кавказско-беловежской линии разведения.

Подгруппа 2 "восточная" объединила животных, послуживших в дальнейшем базой для разведения зубров данной линии в странах

Таблица 4.

Результаты генеалогического анализа группы "Основатели -II"

Подгруппы "Основателей -II" В це-

Показатель бело- вос- амстер- швед запад- лом

веж- точ- дамская екая ная

ская ная

величина показателя

Число основате- 7 9 5 8 9 12

лей-!

Степень сохран- 32,4 25,0 16,0 23,7 35,2 65,5

ности генофонда

основателей-!, %

Сохранилось ге- 3,9 3,0 1,9 2,8 4,2 7,86

номов основате-

лей-!

Геномный экви- 1,7 2,3 1,5 1,9 3,0 4,48

валент основате-

ля, fge

Сохранилось ис- 40,8 58,7 28,0 49,1 62,5 88,8

ходного генети-

ческого разнооб-

разия, %

Среднее сходст- 30,3 21,5 33,0 26,1 17,0 11,2

во геномов осо-

бей, тк, %

Восточной Европы. Генофонд этой подгруппы на 67 % сформирован за счет геномов "основателей-1" № 42, № 45, N2 87 и № 89, вследствие чего она генетически близка к подгруппе 1. Характерной особенностью данной подгруппы является высокая степень сохранности генофонда основателей № 87 и № 89.

Подгруппа 3 "амстердамская" сформировалась в результате довольно обособленного разведения стада зубров Амстердамского зоопарка (Бельгия) и отличается высокой степенью сохранности генофонда "основателей-!" № 15, № 16 и 96. Кроме того, только в "амстердамской" подгруппе генетическая информация от "основателей-I" N2 95, № 96 и № 100 передана через "базовое животное" № 111 (рис. 10), что позволяет допустить наличие уникальных генов у животных этой подгруппы.

Подгруппа 4 "шведская" сформировалась в результате обособленного разведения зубров Стокгольмского зоопарка и питомника "Авеста" (Швеция). Подгруппа 4 отличается высокой степенью сохранности генофонда "основателей-!" № 15, № 16 и № 89. Путь формирования генофонда подгруппы говорит о значительном его сходстве с генофондом подгруппы 2. Поскольку только в подгруппе 4 генетическая информация от "основателя-1" № 89 передана через "базовое животное" № 212, здесь, как и в подгруппе 3, вполне вероятно наличие уникальных генов.

К подгруппе 4, с учетом последующей истории разведения зубра, мы отнесли и № 684, Avon, потомка самца из подгруппы 3 и самки из подгруппы 4.

В подгруппу 5 "западная " вошли животные, содержавшиеся на конец 1945 г. в зоопарках Шпринге, Хеллабрунн, Неандерталь (Германия). Подгруппа отличается тем, что "основатель-l", № 46 не встречается ни в одной из других подгрупп. Следовательно, животные данной подгруппы могут быть носителями уникальных генов. При этом генофонд большинства "основателей-l" передан через несколько потомков. Именно это обстоятельство обусловило высокую степень сохранения как исходного генофонда, так и генетического разнообразия при низкой степени однородности геномов входящих в подгруппу животных. Особенностью данной подгруппы является также высокая степень сохранности генетического материала животного № 100 Kaukasus, единственного представителя кавказского подвида (B.b.caucasicus Sat.), и относительно равномерное распределение вклада "основателей-!".

В целом группа "основателей-!!" несла около 65% генофонда и около 90 % генетического разнообразия исходной группы "основателей-l" и имела высокие показатели степени сохранности геномов "основателей-l". На начало 1946 года уровень генетического разнообразия как во всей мировой популяции зубров, так и в ее отдельных подгруппах вполне обеспечивал возможность успешного разведения вида (значения fge существенно выше критического уровня 1,3; значения тк ниже или значительно ниже критического уровня 40 %).

1.2.2.2. Происхождение и генетические характеристики современных групп, содержащихся в неволе

Значительная часть мирового поголовья зубра (1230 особей, или примерно 40 % совокупного мирового стада - по данным ЕВРВ, 1995) содержится в неволе (зоопарки, зоосады, питомники). В послевоенный период мировое стадо зубра распалось на несколько полно-

Таблица 5

Генетические характеристики зубров беловежской линии разведения

Показатель Содержащиеся в Вольноживущие

неволе группы популяции *

1945 1995

Число основателей 7 7 7

Сохранилось геномов основателей 3,9 2,8 2,9

Геномный эквивалент 1,7 1,4 1,4

основателей,fge

Среднее сходство геномов особей, тк, % 30,3 36,3 35,0

Основатели, №№ ЕВРВ** Степень сохранности аллелей

основателей.%

15 37.2 19,3 23,6

16 57,8 37,8 43,9

45 97,9 86,1 92,4

42 70,9 59,9 64,4

87 43,7 29,0 39.9

89 43,6 29,9 39,7

147 38,0 20,9 25,1

Примечания:

* - ситуация на момент формирования популяции ** - European Bison Pedegree Book (Международная родословная книга зубров)

стью или в значительной мере обособленных линий и ветвей разведения.

Зубры беловежской линии ведут происхождение от подгруппы 1 "беловежская". Геномы их предков переданы через 5 "базовых животных", что привело к существенному снижению всех показателей сохранности генофонда и генетического разнообразия данной линии (fge = 1,4; тк = 36,3%) (табл. 5).Причем уровень генетического разнообразия линии в целом близок к критическому, а в отдельных группах уже достиг таких значений, когда вполне может оказывать заметное влияние на жизнеспособность животных и успех их разведения.

Кавказско-беловежская линия содержит генетический материал всех подгрупп "основателей-И". Основная часть генофонда и гене-тичиского разнообразия данной линии были утрачены а первый пе-

риод разведения вида в неволе, однако этот процесс продолжается и в настоящее время (табл. 6).

В рамках современной кавказско-беловежской линии целесообразно выделить несколько достаточно обособленных ветвей разведения, сформировавшихся на базе различных, упомянутых в предыдущем разделе, подгрупп "основателей-И".

Ветвь разведения "восточная-1" образована в основном при участии подгруппы 2 "основателей-И" и за счет введения в нее животных из подгруппы 1 "основателей-И". Генетический материал передан через 5 (в некоторых случаях - 6) "базовых животных". Участие не входящих в беловежскую линию основателей №№ 95, 96 и 100 в формировании генофонда ветви "восточная-1" незначительно, крайне низки и показатели сохранности их генофонда. Таким образом, генетически ветвь "восточная-1" близка к беловежской линии и сходна с ней по показателям генетического разнообразия.

Ветвь "восточная-2" отличается от предыдущей введением в разведение потомков основателя № 35 через "базовое животное" № 879 Б^г-Рег. Однако генетические характеристики группы лишь незначительно выше по сравнению с двумя предыдущими, а генофонд данной ветви на 88% сформирован за счет "основателей-1", одинаковых с беловежской линией и ветвью "восточная-1". Таким образом, генетически ветвь "восточная-2" близка к двум предыдущим: Соответственно, для нее также свойственна невысокая степень сохранения генетического разнообразия вида.

Три перечисленные выше ветви, сходные как по составу генофонда, так и по генетическим характеристикам, составляют около 50 % совокупного поголовья, содержащегося в неволе.

Для оценки структуры совокупного стада зубров определили группу особей, генетически наиболее удаленную от первых трех: по относительной частоте встречаемости "основателей-И" в родословной оценили вероятность закрепления их генотипов для каждого животного и выделили особей, в структуре геномов которых "основате-ли-И", встречающиеся в первых трех группах, составляют менее 50 %. Полученной группе дали название "западной" ветви разведения кавказско-беловежской линии. Генетические характеристики этой ветви (/¡де = 2.7; тк = 18.5%) указывают на высокую степень генетического разнообразия. При этом именно "западная" ветвь имеет максимальные показатели сохранности генофонда для большинства "основателей-1" при достаточно равномерном их участии в формировании данной группы. Таким образом, именно входящих в "западную" ветвь животных мы можем рассматривать как важный, а для ряда случаев прохождения генетической информации - как единственный

источник пополнения генетического разнообразия других современных ветвей разведения зубра.

Три следующие ветви разведения объединены названием "смешанные", что отражает их происхождение в результате совместного разведения животных "западной" и "восточных" ветвей кавказско-беловежской линии и беловежской линии. "Смешанные" ветви разделены в соответствии с долей участия геномов "основателей-Н". встречающихся в беловежской линии и "восточных" ветвях кавказско-беловежской линии. Доля участия в их формировании геномов "ос-нователей-П", встречающихся в беловежской линии и "восточных" ветвях кавказско-беловежской линии, колеблется здесь от 50 до 90 % при уровнях показателей 2,4 < fge < 3,0; 16,7% < тк < 20.8 %. Таким образом, входящие в "смешанные" ветви животные также могут быть использованы для пополнения генетического разнообразия первых трех ветвей кавказско-беловежской линии разведения современных зубров.

В заключение необходимо еще раз обратить внимание на показатели сохранности исходного генофонда вида в стадах зубров, содержащихся в неволе (табл. 5-6). По сравнению с аналогичными данными на начало 1946 г. сохранность исходного генофонда и генетического разнообразия вида в беловежской и кавказско-беловежской линиях разведения уменьшились соответственно на 15,6 % и 5,5 %, число сохранившихся геномов основателей сократилось до 2,8 и 7,00, показатель fэe снизился до 1,4 и 3,5 . Эти данные, а также сокращение числа "основателей-П", вошедших в родословные современных зубров, говорят об утрате существенной части генофонда вида за период его разведения в неволе с 1946 по 1995 гг. В настоящее время около 70 % содержащихся в неволе зубров относятся к линиям и ветвям разведения с невысокой степенью сохранения исходного генофонда и генетического разнообразия вида. При этом за последние 10 лет заметно сократилась численность групп, несущих максимум генофонда вида.

Полученные результаты свидетельствуют о высокой скорости процессов утраты генетического разнообразия в части мегапопуля-ции европейского зубра, содержащейся в неволе, и о необходимости принятия специальных мер по сохранению генофонда вида. Основополагающим следует принять научно-обоснованный подход к вопросам размножения зубра в неволе, основывающийся на селекционно-генетическом принципе контролируемого размножения поголовья.

Таблица 6

Генетические характеристики зубров кавказско-беловежской линии разведения

Показатель Содержащиеся в неволе группы Вольножи-вущие

1945 1995 популяции 1

в целом молодые^

Число основателей 12 12 12 11

Сохранилось геномов основателей 7,86 7,0 6,5 4,6

Геномный эквивалент 4,5 3,5 3,2 2,0

основателей, 1де

Среднее сходство геномов особей, тк, % 11,2 14,6 15,5 24,9

Основатели, №№ ЕВРВ3 Степень сохранности аллелей основателей,%

15 81,1 69,9 63,0 36,5

16 88,5 77,9 70,9 46,5

45 97,3 90,1 85,4 89,5

42 69,3 65,1 63,4 66,5

87 7*1,5 65,6 63,4 60,5

89 86,1 81,6 78,6 73,0

147 38,0 24,2 22,2 11,5

100 67,2 62,8 60,4 19,5

95 39,0 34,0 30,4 15,5

96 65,8 56,9 47,8 37,0

35 47,3 43,6 42,0 5,5

46 35,1 28,3 25,9 -

Примечания:

1- ситуация на момент формирования популяции

2 - животные < 5 лет

3 - European Bison Pedegree Book (Международная родословная книга

зубров)

1.2.2.3. Происхождение и генетические характеристики современных вольноживущих стад

1.2.2.3.1. Происхождение и генетические характеристики стад беловежской линии разведения

Схема происхождения данной группы соответствует схеме происхождения беловежской линии в целом. Таким образом, все вольные стада зубров беловежской линии происходят от "базовой группы" из 5 особей. Из "основателей-!!" наиболее часто в родословных животных встречается № 229. В целом, в крупных современных вольных популяциях зубров беловежской линии можно ожидать присутствия генофонда 11-13 "основателей-И". Число геномов "основателей-!", еще сохраняющееся в этих стадах, не превышает 3,1. а значение геномного эквивалента основателя не превышает 1,5 табл. 5). При этом доля сохранившегося исходного генофонда составила от 15,1 до 25,8 %, а генетическое разнообразие - от 34,2 до 39,4 % при средних показателях генетического сходства особей одного стада от 32,6 до 42,4 %. По расчетным данным можно предполагать, что генофонд этих стад на 73 - 83 % состоит из генетического материала "основателей-!!" № 45 Plebejer и № 42 Planta.

1.2.2.3.2. Происхождение и генетические характеристики стад кавказско-беловежской линии разведения

Большинство вольных стад данной^линии относятся к ветви "восточная-1". Они ведут свое происхождение от "базовой группы" из 5 (часть стад - 6) особей. В этих стадах (по данным на момент их формирования) сохраняется не более 30 % исходного генофонда вида (табл. 6) при низких показателях сохранности генетического разнообразия (1,5 < fge < 1,9; 26,2% < тк < 32,8 %). Генофонд этих стад на 73-84 % сформирован за счет геномов четырех "основателей-!": № 42, № 45, № 87 и № 89, причем лишь № 42 и № 45 имеют удовлетворительные (от 46 до 85 %) показатели сохранности геномов.

Несколько богаче по происхождению Буковинское и Скнятинское стада, но их генофонд также сформирован преимущественно за счет геномов четырех "основателей-l": № 42, № 45, № 87 и N° 89. хотя степень сохранности геномов бопьшинства основателей здесь несколько выше.

На основании приведенных выше данных можно сделать вывод, что современные вольноживущие стада зубров несут в совокупности не более 40 % генетического материала "основателей-!", причем ни одно из стад, взятое в отдельности, не является носителем генети-

ческой информации даже в таком объеме. Генофонд современных вольных стад почти на 80 - 90 % сформирован за счет геномов лишь четырех "основателей-!": № 42, № 45, № 87 и № 89, причем только перечисленные выше "основатели-1" имеют сколько-нибудь удовлетворительные показатели сохранности геномов. Кроме того, для всех стад характерны низкие показатели уровня генетического разнообразия (1,2 < fge < 1,9).

Проведенный генеалогический анализ показал значительное сходство между вольноживущими стадами беловежской и кавказско-беловежской линий, сформированными в значительной мере из одних и тех же особей как по набору "базовых животных" и "основате-лей-М", так и по показателям сохранения геномов "основателей-!" и степени их участия в формировании генофонда современных стад. Данный вывод подтверждается результатами расчета генетической дистанции на основе изменчивости ДНК (Сипко и др., 1993).

1.2.2.4. Схема происхождения современной мегапопуляции

Обособленное разведение беловежской линии привело к тому, что в ее современных вольноживущих и содержащихся в неволе популяциях представлена лишь небольшая часть генетического материала животных-основателей. Процессы обменов животными между различными линиями и ветвями разведения происходили довольно хаотично. Так более 30 зубров беловежской линии и восточной ветви кавказско-беловежской линии было вывезено в зоопарки Западной Европы, и только 8 зубров, относившихся к западной ветви разведения, были вывезены в Восточную Европу. В результате произошло значительное уменьшение численности генетически наиболее ценных ветвей разведения.

Таким образом, современная мегапопуляция зубра, по-видимому, уже утратила около половины генетического материала "основателей-!" и очевидна тенденция к дальнейшей утрате генетического разнообразия вида, что ставит под вопрос возможность его выживания в будущем. Приостановить указанный процесс возможно путем научно-обоснованного целенаправленного разведения тех групп животных, которые несут наиболее богатый генетический материал, выявляя при этом генетически наиболее ценных особей. Однако следует учитывать, что генеалогический метод оценки уровня генетического разнообразия может быть недостаточно точен при работе с малочисленными группами животных, в частности при подборе конкретных производителей для репродуктивных стад питомников

или при выборе основателей новых вольноживущих популяций. По-видимому, наиболее целесообразно применять, наряду с генеалогическим, иммуно-генетические, биохимические и молекулярно-генетические методы оценки уровня генетического разнообразия.

1.2.2.5. Вероятность сохранения жизнеспособности современных вольноживущих стад

Проведенные расчеты показали, что для всех современных вольноживущих стад зубров характерны низкие показатели уровня генетического разнообразия. При этом необходимо принимать во внимание, что указанные генетические характеристики рассчитаны на момент формирования каждого вольного стада. Компьютерное моделирование по программе VORTEX показало, что за прошедшие с того времени годы заметная потеря гетерозиготности произошла, по-видимому, лишь в тех стадах, численность которых 10 и более лет назад либо стабилизировалась, либо искусственно удерживалась на уровне менее 40 особей. Следует обратить внимание, что три вольноживущих стада (Борисовскае, Паневежиское и Сары-Челекское) имеют показатель fge ниже критического уровня, равного 1,3. В этом случае потеря гетерозиготности, вполне вероятно, приведет к снижению уровня плодовитости животных, к росту смертности и изменению в негативную сторону других показателей, определяющих жизнеспособность популяции

Используя программу VORTEX, мы попытались дать прогноз перспективы выживания вольных популяций при условии такого развития событий, когда популяции будут существовать в идеальных условиях (исключив возможности катастроф, браконьерства, снижения емкости угодий и т.п.) и единственным лимитирующим фактором останется полная их изоляция при сохранении рекомендованных или уже сложившихся верхних пределов численности рассматриваемых вольных стад.

Расчеты показали, что популяции численностью менее 50 голов нестабильны по демографической и генетической составляющим. При численности популяции более 50 особей вымирание вследствие демографической нестабильности становится маловероятным. Популяции численностью более 50, но менее 100 голов будут, с большой долей вероятности, довольно быстро терять генетическое разнообразие, что, с учетом его низкого исходного уровня, будет отрицательно сказываться на жизнеспособности этих стад. Однако, как показали расчеты, и более крупные (250-300 голов) популяции в условиях изоляции с течением времени, скорее всего, утратят значи-

тельную часть гетерозиготности, что также может создать проблемы для их выживания.

Исходя из изложенного выше, правомерно сделать вывод, что существующие сегодня вольноживущие стада зубра по показателям численности и уровня генетического разнообразия не обладают достаточным потенциалом для долговременного устойчивого развития популяций, что в свою очередь обеспечило бы выживание вида. Очевидна необходимость переориентации работ по созданию воль-ноживущих популяций зубра с простого наращивания численности стад на формирование определенной генеалогической структуры популяций, несущих по возможности максимум сохранившегося еще в неволе (в зоопарках и других центрах разведения) генофонда вида.

Самодостаточная, устойчивая популяция зубра должна, по-видимому, иметь совокупную численность не менее 500 голов. Специалисты Международной группы по зубру рекомендуют иметь популяцию более крупных размеров - не менее 1000 голов (Рисек е1 а1., 1996). В России создание такой крупной совокупности вольноживу-щих стад возможно на территории Калужской, Брянской и северо-запада Орловской областей (Перерва и др., 1997). Причем, опираясь на проведенные исследования, при формировании групп выпуска следует принять во внимание, что в конечном итоге желательно получить совокупную популяцию с показателями генетического разнообразия, близкую к таковым у "основателей-П ". Создание подобной популяции возможно лишь при условии активного использования содержащихся в неволе животных, принадлежащих к ветвям "смешан-ная-2", "смешанная-3" и "западная" кавказско-беловежской линии. Каждую группу выпуска следует формировать с учетом уровня генетического разнообразия, необходимого для устойчивого развития популяции: fge не ниже 1,30 при значениях тк- не выше 40 % и ди -не ниже 10 %. Естественный обмен генетического материала между создаваемыми на единой территории микропопуляциями можно обеспечить, если учитывать экологические и отологические особенности зубра.

Для сохранения существующих сегодня мелких (численностью менее 100 голов) популяций зубра следует уже в ближайшее время перейти к практике организации искусственных миграций животных. При этом следует учитывать, что возможности увеличения уровня генетического разнообразия вольных популяций за счет взаимообменов крайне ограничены, поскольку все они имеют сходное происхождение. Очевидно, что для повышения уровня генетического разнообразия этих популяций также следует использовать содержащих-

ся в неволе животных, принадлежащих к ветвям "смешанная-2", "смешанная-3" и "западная" кавказско-беловежской линии.

1.2.2.6. Итоги генеалогического анализа современной мегапопуляции и перспективы дальнейших работ по сохранению вида

Проведенные исследования свидетельствуют о том, что генетическое разнообразие зубра необходимо сохранять на достаточно высоком уровне не только в целях обеспечения выживания вида в далеком будущем, но для сохранения жизнеспособности его популяций в настоящее время.

Анализ современной европейской мегапопуляции показал, что в ходе работ по восстановлению численности вида не удалось сохранить полностью генетический материал и то генетическое разнообразие, которое было присуще 12 животным-основателям. Практика ориентации работ исключительно на наращивание численности, без учета генетической составляющей, и широкое использование в разведении зубров "восточных" ветвей кавказско-беловежской линии и животных беловежской линии привели к тому, что в настоящее время около 70 % содержащихся в неволе зубров относятся к линиям и ветвям разведения с невысокой степенью сохранившегося исходного генофонда (21,7 -25,9 %) и генетического разнообразия вида (1,4 < fge < 1,8). Наблюдается тенденция к дальнейшей утрате генетического разнообразия. Существующие вольноживущие стада зубров, обладающие не более чем 40% исходного генофонда "основателей-!", по показателям численности и уровня генетического разнообразия не обладают необходимым потенциалом для долговременного устойчивого выживания вида.

Следует также принять во внимание, что зубры уже на протяжении 15 и более поколений существуют в условиях неволи. Вид неизбежно испытывает давление регуляторного отбора на приспособленность к далеким от естественных условиям существования. В такой ситуации вполне вероятна утрата на уровне групп разведения части генетического материала, которая связана с приспособленностью к существованию в естественных условиях и, соответственно, снижение экологического потенциала вида.

Приостановить указанный процесс возможно только путем проведения дальнейшей работы на базе научно обоснованного подхода к вопросам размножения зубра, включающего селекционно-генетический принцип контролируемого размножения поголовья. Следует обеспечить целенаправленное приоритетное разведение

тех групп животных, которые несут наиболее богатый генетический материал, выявляя при этом генетически наиболее ценных особей. Восстановить (вероятно, только частично) экологический потенциал вида возможно путем регулярных обменов животными между отдельными линиями (группами) разведения при наличии единых для всех научно обоснованных планов сохранения генофонда вида. Такие меры следует в обязательном порядке подкреплять действиями по созданию крупных вольноживущих стад, являющихся носителями максимума генетической информации вида, сохранившейся на сегодняшний день. При этом следует учитывать, что популяции с численностью до 300 голов в условиях изоляции с течением времени будут терять генетическое разнообразие, что неизбежно создаст проблемы для их дальнейшего выживания в сроки, зависящие от величины популяции.

Таким образом, сохранение европейского зубра может быть осуществлено только на основе использования генофонда всей ме-гапопуляции вида при условии международного сотрудничества всех заинтересованных стран. Сложившееся положение ставит совершенно конкретную задачу: провести качественную переориентацию работ по созданию вольноживущих популяций с простого наращивания численности стад на формирование крупных (не менее 1000 голов) популяций, несущих по возможности максимум генофонда, сохранившегося еще в неволе. Каждую группу, предназначенную для выпуска на волю, следует формировать с учетом рассмотренных выше характеристик генетического разнообразия, чтобы получить в конечном итоге совокупную популяцию с максимально высокими показателями генетического разнообразия и, соответственно, жизнеспособности. В целях поддержания небольших, малочисленных популяций следует создавать условия для искусственных миграций животных, что также будет способствовать повышению уровня генетического разнообразия вида в целом.

При этом следует учитывать необходимость проведения постоянного мониторинга уровня генетического разнообразия в популяциях и отдельных группах животных, используя не только методы генеалогического анализа, но и биохимические, иммуно-генетические и молекулярно-генетические, способные значительно повысить надежность паспортизационных характеристик животных и обеспечить оптимальный подбор особей при составлении планов расселения и завоза животных из зоопарков. Кроме того, необходимо дальнейшее развитие биотехнологических приемов и методов размножения зубров, что, вероятно, позволит избежать сложной процедуры межгосударственной транспортировки зверей, а при сочетании таких техно-

логий с методами клеточной и генной инженерии быстро и качественно увеличивать состав вновь создаваемых популяций и производить ремонт уже существующих групп животных.

При таких условиях группы содержащихся в неволе зубров действительно смогут выполнять функцию живого генетического банка вида, способного обеспечить проведение работ по поддержанию потенциала существующих вольноживущих стад и созданию новых, крупных, самодостаточных и устойчивых популяций.

Предлагаемая модель сохранения европейского зубра ориентирована на поддержание генетического разнообразия и связанных с ним жизнеспособности и экологической пластичности вида, что является необходимым условием его долговременного существования.

Выводы

1. Генетические ресурсы вида являются одним из основных факторов, определяющих возможность его выживания. Поэтому сохранение редкого «краснокнижного» вида, находящегося под угрозой исчезновения, может быть осуществлено только на основе использования генофонда всей его мегапопуляции.

2. Сохранение редкого вида, особенно в условиях неволи, следует вести с учетом необходимости восстановления его экологического потенциала на основе селекционно-генетического принципа контролируемого размножения поголовья и закрепления достигнутого путем воссоздания в природе крупных, самодостаточных и устойчивых популяций.

3. Проведенные исследования показали, что управление размножением редкого вида на основе генеалогического анализа и расчета генетических показателей является действенным механизмом, позволяющим разрабатывать эффективные программы по сохранению генетического разнообразия вида.

4. Жизнеспособность популяции (группы разведения) редкого вида находится в прямой зависимости от уровня ее генетического разнообразия. Для зубра стабильное размножение и низкий процент гибели молодняка наиболее вероятен для групп со значением Где > 1,30.

5. В современной мегапопуляции зубра явных проявлений ин-бредной депрессии как правило не наблюдается, что, вероятно, является следствием проишедшей ранее элиминации большинства летальных и сублетальных генов вида и формирования компенсаторного комплекса генов. В то же время разброс показателей жизнеспособности конкретных групп разведения свидетельствует, что чув-

ствительность популяции к степени инбридинга отнюдь не определяет степень ее жизнеспособности в целом.

6. На первых этапах работ по восстановлению численности лошади Пржевальского произошла утрата 51,3% генетического материала животных-основателей. Современные программы разведения вида в неволе, разработанные на основе генеалогического анализа и расчета генетических показателей, в состоянии обеспечить сохранение его генофонда при условии воссоздания в ближайшее время достаточно крупных жизнеспособных вольноживущих популяций.

7. Современная мегапопуляция европейского зубра утратила около половины генетического материала "основателей-!", очевидна тенденция к дальнейшему снижению генетического разнообразия вида. Все современные вольноживущие популяции сформированы в основном за счет генетического материала лишь четырех "основателей-!" и не обладают достаточной численностью и генетическим потенциалом для устойчивого развития. Такая ситуация без соответствующей корректировки работы по сохранению вида ставит под вопрос возможность выживания европейского зубра уже в ближайшем будущем.

8. Очевидна необходимость переориентации работ по возвращению зубра в природу на создание крупных (не менее 1000 голов), самодостаточных, устойчивых популяций, несущих по возможности максимум сохранившегося генофонда вида. При этом следует учесть необходимость работ по восстановлению их экологического потенциала. Одновременно следует вести мониторинг и коррекцию уровня генетического разнообразия и связанных с ним жизнеспособности и экологической пластичности содержащихся в неволе групп зубров и вольноживущих популяций.

Рекомендации

На основании проведенной работы можно сделать следующие рекомендации по разведению лошади Пржевальского и европейского зубра в России в связи с проблемой долгосрочного сохранения исчезающих "краснокнижных" видов, считать необходимым:

• Проведение комплекса научных и организационных мероприятий, с обязательным привлечением международных усилий, для сохранения и научно обоснованного увеличения генетического разнообразия содержащихся в неволе групп животных.

• Составление научно обоснованных планов разведения в соответствии с селекционно-генетическим принципом контролируе-

мого размножения поголовья и на основе использования генофонда всей мегапопуляции.

• Создание крупных вольноживущих популяций, несущих максимум сохранившегося генетического материала, на основе эко-лого-этологических принципов с целью сохранения (и, возможно, воссоздания) дикого типа вида и сохранения его генетического разнообразия, способного обеспечить максимальную пластичностьи, соответственно, высокую жизнеспособность в изменяющихся условиях природной среды.

• В группах разведения зубра следует поддерживать показатель Л/е на уровне не ниже 1,30 при значениях тк - не выше 40 % и ди - не ниже 10 %. При подборе самцов для конкретных групп самок следует избегать снижения показателя ди самца ниже 20 % и увеличения его показателя тк выше 40 %. Аналогичных принципов следует придерживаться и при формировании групп, выпускаемых в природу.

• При подборе конкретных производителей для репродуктивных стад питомников (зоопарков) или при выборе основателей новых вольноживущих популяций, наиболее целесообразно применять, наряду с генеалогическим, иммуно-генетические, биохимические и молекулярно-генетические методы оценки уровня генетического разнообразия.

Основные положения диссертации опубликованы в 20 работах:

1. Белоусова И.П. Разведение зубров в Центральном зубровом питомнике в 1981-85 гг. // Первое всесоюзное совещание по проблемам зоокультуры. Тезисы докладов. Часть II. - М., 1986. - С. 11-13.

2. Белоусова И.П., Холодова М.В. Химический состав экскрементов зубров как показатель качества их кормов // Экология, морфология, использование и охрана диких копытных. Тезисы всесоюзного совещания. Москва, 20-22 февраля 1989 г. Часть II. - М., 1989. -С. 232-233.

3. Холодова М.В., Белоусова И.П. Период весеннего роста интенсивности потребления кормов у зубров // Экология, морфология, использование и охрана диких копытных. Тезисы всесоюзного совещания. Москва, 20-22 февраля 1989 г. Часть II. - М., 1989. - С. 233235.

4. Холодова М.В., Белоусова И.П. Потребление и усвоение питательных веществ и энергии зубрами // Зоол.журн., 1989. - Т.68, № 12. - С. 233-235.

5. Холодова М.В., Белоусова И.П., Дылис В.Н. Влияние обилия кормов в среде на интенсивность их потребления зубрами // V съезд

Всесоюзного териологического общества АН СССР (29 янв. - 2 февр. 1990 г., Москва). Тезисы докладов. Том II. - М., 1990. - С. 304.

6. Белоусова И.П. К вопросу о происхождении современных линий разведения вида зубр (Bison bonasus L.) // К вопросу о возможности сохранения зубра в России. - Пущино, 1993, с. 6-28.

7. Белоусова И.П. Влияние инбридинга на жизнеспособность зубров в питомниках России // К вопросу о возможности сохранения зубра в России. - Пущино, 1993, с. 29-43.

8. Белоусова И.П. Вероятность сохранения генетического разнообразия в современных вольных популяциях зубра (Bison bonasus L.); стратегия деятельности по сохранению генетического разнообразия вида // К вопросу о возможности сохранения зубра в России. -Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1993. - С. 43-56.

9. Сипко Т.П., Белоусова И.П. Анализ состояния генофонда зубра в питомниках России // К вопросу о возможности сохранения зубра в России. - Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1993. - С. 56-62.

10. Холодова М.В., Белоусова И.П. Эффективности усвоения кормов и энергетика зубров и бизонов в Центральном зубровом питомнике Приокско-Террасного государственного заповедника // К вопросу о возможности сохранения зубра в России. - Пущино, ОНТИ ПНЦ РАН, 1993. - С. 85-90.

11. Белоусова И.П. Обоснование необходимости разработки программы сохранения генетического разнообразия вида зубр (Bison bonasus L.) // Современные проблемы охраны зубра. Материалы международного симпозиума по зубру (26-27 марта 1992 г., Каменюки). -Минск, 1994. - С. 55-62.

12. Пуцек 3., Белоусова И.П., Лапшов В.А., Сипко Т.П., Кудрявцев И.В. Зубр (Bison bonasus L.) - итоги и перспективы исследований: проект международной программы сохранения редкого вида // Зоол.ж., 1996. - Т. 75, № 12. - С. 1873-1883.

13. Кудрявцев И.В., Белоусова И.П. Принципиальные подходы к оценке современного состояния и перспектив выживания популяций европейского зубра // Редкие виды млекопитающих России и сопредельных территорий. Тезисы Международного совещания 9-11 апреля 1997 г., Москва. - М„ 1997. - С. 52.

14. Кудрявцев И.В., Белоусова И.П. Принципиальные подходы к сохранению биологического разнообразия европейского зубра // VI съезд Териологического общества, Москва, 13-16 апреля 1999. Тезисы докладов. - М., 1999. - С.133.

15. Белоусова И.П. Значение и оценка показателей генетического разнообразия для решения проблемы сохранения европейского зубра. Монография. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1999. 109 с.

16. Белоусова И.П., Орлов В.Н., Кудрявцев И.В. Генетическое разнообразие и возможность микроэволюционных изменений европейского зубра (Bison bonasus) // Успехи современной биологии, 1999. - № 2. - С. 144-150.

17. Белоусова И.П., Орлов В.Н., Кудрявцев И.В. Оценка генетического разнообразия современной популяции лошади Пржевальского и некоторых ее составляющих методами генеалогического анализа // Вестник зоологии, 1999. - № 11. - С. 16-20.

18. Белоусова И.П., Кудрявцев И.В. Генетическое разнообразие в племенном стаде зубров Приокско-Террасного заповедника // Генетика, 2000. - Т. 36, № 2. - С. 217-222.

19. Belousova I.P., Kudrjavtsev I.V. Genetic structure of captive and free-living European bison populations throw pedigree analysis // Pio-ceedings of the 1-st International Symposium on Phisiolodie and Etology of Wild and Zoo Animals. Berlin, Germany, September 18-21, 1996. Ed. F.KIima, R.R.Hofmann. 1997, Gustav Fischer, Germany. P. 12-13.

20. Belousova I.P., Kudrjavtsev I.V., Treboganova N.W. The correlation between some characteristics of genetic variability and viability of European bison - captive groups // International Scientific Conference "Health protection of free-ranging Bison bonasus in Bialowieza Forest, Warsaw, November 26-27, 1999. - Warsaw, 1999. - P. 5-6.