Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Взаимоотношения восточно-европейской и сибирской теньковок (Phylloscopus collybita abietinus, Ph. (c.) tristis) в зоне симпатрии: морфологические, биоакустические и генетические аспекты

ВАК РФ 03.02.04, Зоология

Автореферат диссертации по теме "Взаимоотношения восточно-европейской и сибирской теньковок (Phylloscopus collybita abietinus, Ph. (c.) tristis) в зоне симпатрии: морфологические, биоакустические и генетические аспекты"

На правах рукописи

Шипилина Дарья Александровна

ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ И СИБИРСКОЙ ТЕНЬКОВОК (РкуИовсорт соИуЬНа

аЫеНпив, РН. (с.) ЫвЫз) В ЗОНЕ СИМПАТРИИ: МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ, БИОАКУСТИЧЕСКИЕ И ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

03.02.04 - зоология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

25 СЕН 2014

Москва - 2014

005552724

005552724

Работа выполнена на кафедре зоологии позвоночных биологического факультета Московского государственного университета им.М.В.Ломоносова.

Научный руководитель: кандидат биологических наук,

Марова Ирина Михайловна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

Холодова Марина Владимировна

Институт проблем экологии и эволюции имени А.Н.Северцова РАН, заведующая кабинетом методов молекулярной диагностики

кандидат биологических наук, Рубцов Александр Сергеевич Государственный Дарвиновский музей, заведующий научно-исследовательским отделом эволюции

Ведущая организация: Московский государственный

педагогический университет

Защита состоится «13» октября 2014 г. в «15» часов «30» минут на заседании диссертационного совета Д 501.001.20 при Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова, расположенном по адресу: 119991, Москва, Ленинские горы, Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, д.1, стр. 12, биологический факультет, ауд. М-1 Факс: 8(495) 939-43-09; e-mail: ira-soldatova@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова.

Автореферат разослан 7 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук,

Солдатова И.Б.

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. Интерес к зонам вторичного контакта п гибридизации у животных остаётся в фокусе внимания исследователей на протяжении многих десятилетий. В этих зонах открываются широкие возможности для всестороннего исследования процессов микроэволюции и видообразования в природе (Тимофеев-Ресовский, Штреземани, 1947, 1959; Майр, 1947; Панов, 1989). В последние годы на основе молекулярно-генетических методов разработаны принципиально новые подходы к изучению этих процессов. Генетическая идентификация особей наряду с анализом морфологических, экологических и поведенческих признаков позволяет обоснованно судить о наличии гибридизации, ее характере, масштабах и последствиях (Ермаков и др., 2002; Рубцов, 2007; Bensch et al., 2002; Irwin et al., 2009).

Певчие птицы служат традиционным объектом для исследований в зонах вторичного контакта. Особенное внимание уделяется при этом вокализации. Известно, что репродуктивная изоляция между симпатричсскими видами птиц в большой мере обеспечивается различиями в их рекламных песнях, включающих в себя как врожденную основу, так и компоненты, приобретаемые за счет обучения (Catchpole, Slater, 1995; Podos et al., 2004). Двойственная природа песни создает предпосылки для протекания разнонаправленных процессов. С одной стороны, совершенствование изолирующих механизмов сопряжено с усугублением различий в вокализации. С другой стороны, может происходить сближение характеристик вокализации близких видов (феномен «смешанного пения») за счет взаимного обучения или гибридизации (Thielke, 1986; Грабов-ский, Панов, 1992).

Предметом наших исследований была полиморфная популяция псночки-теньковки на Южном Урале, в Республике Коми и в Архангельской области, где этот вид представлен двумя хорошо дифференцированными формами: восточно-европейской (Phylloscopus collybita abietinus) и сибирской (Ph. (с.) tristis), а также переходными морфологическими и акустическими вариантами. Таксономический статус восточно-европейской и сибирской теньковок выглядит неопределенно. Традиционно их рассматривали как подвиды (Степанян, 1990). По иной точке зрения, основанной на результатах анализа мтДНК, пеночки-теньковки представляют собой надвид, в составе которого восточно-европейская форма признаётся самостоятельным видом, а сибирская объединяется в один вид с горной теньковкой Ph.sindianus (Heibig et al., 1996; del Hoyo et al., 2006). Свыше ста лет прошло с тех пор, как П.П. Сушкин (1897) впервые указал на совместное обитание и возможную гибридизацию tristis и abietinus на Южном Урале. Позже было установлено, что область их симпатрии простирается на расстояние свыше 1500 км - от Южного Урала через республику Коми до Архангельской области, причём повсеместно здесь встречаются как типичные представители обеих форм, так и экземпляры со смешанным пением и промежуточными морфологическими признаками. Это послужило основой для предпо-

ложения о гибридизации сибирской и восточно-европейской теньковок (Марова, 1991; Марова, Леонович, 1993). Однако, гибридизация так и не была доказана, поскольку смешанное пение в зоне симпатрии можно объяснить процессами взаимного копирования, а многообразие вариантов окраски - её полиморфизмом (Dean, Svensson, 2005; Martens, Meincke, 1989; van den Berg, 2009; de Knijff et al., 2012). Исследований с применением генетических и биоакустических методов в зоне симпатрии tristis и abietinus до сих пор не проводилось.

Цели и задачи диссертационной работы. Цель работы состояла в получении ответа на вопрос о наличии и масштабах гибридизации между сибирской и восточно-европейской теньковками на основе комплексных исследований в трёх областях зоны симпатрии: на крайнем юго-востоке (Южный Урал), в центральной части (республика Коми) и на крайнем северо-западе (Архангельская область). Для этого мы поставили перед собой следующие задачи:

1. Проанализировать особенности внешней морфологии (окраска, размеры) теньковок и распределение морфотипов в смешанных популяциях на Южном Урале, в Архангельской области и в республике Коми.

2. Изучить характеристики песен abietinus и tristis в аллопатрических и сим-патрических популяциях.

3. Проанализировать генетическую структуру аллопатрических и симпатри-ческих популяций на основе генов митохондриальной ДНК.

4. Проанализировать генетическую структуру аллопатрических и симпатри-ческих популяций на основе ядерных генов при помощи полногеномного секвенирования.

•5. Проанализировать соотношение: морфологические признаки - вокальный диалект - генотип (мтДНК и яДНК).

6. Проанализировать особенности пространственного распределения морфотипов, митотипов и диалектов в зонах симпатрии и аллопатрии.

Научная новизна. Впервые с помощью комплексного анализа морфологических, биоакустических и генетических данных доказано наличие гибридизации между сибирской и восточно-европейской теньковками. Подробно изучен феномен смешанного пения и его природа, а также соотношение морфологических и генетических признаков (как митохондриальной, так и ядерной ДНК) в зоне гибридизации. Впервые получена оценка степени генетической интро-грессии, ширины зоны гибридизации и данные о различиях в структуре северо-западной и юго-восточной частей зоны гибридизации. Впервые получена предварительная сборка полного генома пеночки-теньковки.

Теоретическое и практическое значение работы. Результаты работы вносят вклад в изучение процессов дифференциации популяций у птиц в зонах вторичного контакта, в познание морфологических, биоакустических и генетических аспектов гибридизации в природе. Сборка генома пеночки-теньковки является одной из первых для немодельных видов птиц и открывает широкие

возможности для исследования генотипических признаков этого и других видов птиц, предоставляя возможность детального изучения отдельных регионов генома. Результаты диссертации могут быть включены в лекционные курсы по зоогеографии, экологии и биоакустике, читаемые для студентов-биологов.

Апробация работы. Основные результаты диссертации были доложены на следующих конференциях: 7-й (Цюрих, 2009), 8-й (Рига, 2011) и 9-й (Нор-вич, 2013) конференциях Европейского Орнитологического Союза, XVI и XVII Международных конференциях «Ломоносов»(Москва, 2009, 2010), 25-м Международном орнитологическом конгрессе (Кампос де Джордао, 2010), XIII Международной орнитологической конференции Северной Евразии (Оренбург, 2010), конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования»(Москва, 2010), V Всероссийской конференции по поведению животных (Москва, 2012), XIX Всероссийской молодёжной конференции Института биологии Коми (Сыктывкар, 2012). Методологические аспекты диссертации представлены на конференциях Американской Генетической Ассоциации (Мексика, 2011) и Эволюция (Оттава, 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 научных работ: 3 в журналах из списка ВАК и WOS, 2 в других рецензируемых изданиях, 12 в сборниках трудов конференций и тезисов докладов, а также глава в коллективной монографии.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 7 глав, выводов и списка литературы. Диссертация изложена на 154 страницах, включая 37 рисунков и 10 таблиц. Список литературы включает 216 наименований, из которых 151 на иностранных языках.

Благодарности

Я глубоко признательна научному руководителю И.М. Маровой за предложенную тему работы, всестороннее участие, помощь и поддержку, Н. Бакстрому (Университет Упсалы) и В.В. Фёдорову за руководство молекулярно-генетиче-ской частью работы, В.В. Иваницкому за плодотворные консультации на всех этапах работы, М.Н. Сербину за помощь с компьютерной обработкой данных, A.A. Банниковой и Г.А. Базыкину за консультации по молекулярно-генетиче-ской части работы, А.Ф. Комаровой за помощь в геоботанических исследованиях.

Наши полевые исследования не могли бы состояться без всесторонней помощи сотрудников и администрации Южно-Уральского, Ильменского им.В.И. Ленина, Пинежского государственных природных заповедников и стационара ИПЭЭ РАН «Мирное». Особенно я благодарна сотрудникам этих заповедников, в первую очередь с.п.е., к.б.н. В.Н.Алексееву за неоценимую помощь в сборе полевого материала, а также с.u.c., к.б.н. В.Д.Захарову, с.u.c., к.б.н. С.Ю.Рыковой и в.н.с., д.б.н. О.В.Бурскому. Без их дружеской помощи и участия полевая часть

данной работы не могла бы быть осуществлена.

Также я хочу поблагодарить н.с. Института биологии Коми УрО РАН Н.П.Селиванову за сотрудничество в изучении теньковки в республике Коми, в.н.с., д.б.н. В.К.Рябицева за предоставленные нам фонограммы теньковок и аспиранта кафедры зоологии позвоночных Биологического факультета МГУ Н.С.Ковылова за участие в сборе полевого материала в Красноярском крае. Я благодарна коллективу отдела Орнитологии Зоологического музея МГУ, в особенности к.б.н. Я.А.Редькину за предоставленные образцы тканей теньковок и искреннее внимание к нашей работе. Я благодарна н.с., к.б.н. кафедры зоологии позвоночных Биологического факультета МГУ П.В.Квартальнову - моему первому наставнику в зоологии. Я благодарна коллективу кафедры зоологии позвоночных Биологического факультета МГУ за дружескую атмосферу и заинтересованность в моей работе. Благодарю за моральную поддержку мою семью, друзей и коллег. Финансовая поддержка была оказана Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ), проекты № 07-04-01363, № 08-04-10088; № 10-04-00483, программой «Университеты России» и Королевским физиографическим обществом Швеции.

Содержание работы

Введение

Во введении обоснована актуальность темы работы, поставлены цель и задачи исследования.

Глава 1. Обзор литературы

В разделе 1.1. рассмотрен феномен гибридизации между близкими видами птиц, пути формирования зон гибридизации. В разделе 1.2. приведён обзор современных методов исследования гибридизации. Раздел 1.3. содержит общую характеристику надвидового комплекса пеночек-теньковок РкуИозсорив соИуЬйа. В разделе 1.4. подробно рассмотрены зоны вторичного контакта и гибридизации теньковок.

Глава 2. Материалы и методика

2.1. Места сбора материала. Полевые исследования в зоне симпатрии восточно-европейской и сибирской теньковок проведены на Южном Урале в Южно-Уральском заповеднике (2008 г.) и в Ильменском заповеднике (2009 г.), а также в Архангельской области в Пинежском заповеднике (2009 г.). Материал из аллопатрических популяций восточно-европейской теньковки собран в Московской и Владимирской областях в 2008-2010 гг., из аллопатрической популяций сибирской теньковки в 2009 г. на стационаре ИПЭЭ РАН <Мирное» на

Среднем Енисее (Красноярский край).

2.2. Выборка. Морфометрнческие признаки и окраска проанализированы для 187 самцов теньковок из зон аллопатрии и симнатрии. В акустический анализ включены записи пения 236 особей пеночки-теньковки. Произведено ге-нотипирование 192 (мтДНК) и полногеномное секвенировапие 40 особей.

Помимо собственных сборов мы воспользовались материалами, любезно предоставленными руководителем и коллегами. Эти материалы были собраны в Костромской области (И.М. Марова, В.В.Иваницкий, П. В. Кварталыюв), в заповеднике «Столбы» и на северных отрогах Восточного Саяна, в Кутурчин-ском Белогорье (И.М. Марова, В.В. Иваницкий, Н. С. Ковылов, В.Н.Алексеев), в республике Коми (Н.П.Селиванова и коллеги). Материалы из Коми обработаны и опубликованы совместно с Н.П. Селивановой (Селиванова и др., 2014).

2.3. Отлов птиц. Перед отловом пение самца записывали на цифровые магнитофоны Marantz PMD 660, PMD 222 и мшшдисковый рекордер Sony MZ-NF810CK с выносными конденсаторными микрофонами AKG С 1000 S, Sennheiser и Philips SBS ME 570 с выносной параболой Sony PBR-330. Для каждого самца получены фонограммы длительностью не менее 3 минут. Сразу же после записи самца отлавливали в паутинную сеть при помощи звуковой ловушки и осуществляли прижизненную обработку: кольцевали, измеряли, фотографировали, брали пробу крови из vena brachialis на бумажные фильтры. После обработки птиц отпускали в пределах их гнездовой территории.

2.4. Анализ морфологических признаков Принадлежность птиц к морфотипу определяли по характеру липохромовой окраски вентральной стороны тела. Длину крыла и хвоста измеряли по методике Свенссона. Отмечали относительную длину второго первостепенного махового пера (в сравнении с 6-м, 7-м, 8-м). Достоверность различий между выборками проверяли с помощью однофакторного дисперсионного анализа ANOVA в программе StatSoft Statictica 8.0, графики и карта построены в среде R (ggplot2, png, plotrix).

2.5. Анализ акустических признаков Фонетический анализ произведён для 110 особей: 40 из зон аллопатрии, 70 из зоны симпатрии. Составлены индивидуальные и совокупные популяционные каталоги нот. Меру сходства репертуаров (по 11 популяциям) оценивали с помощью кластерного анализа (K-means, Unweighted pair-group average, Euclidean distances). Индекс сходства репертуаров вычислен по формуле: CI = 2h/ (a + b), где h - число общих нот в репертуарах двух популяций, а и b - число уникальных нот в репертуаре каждой из популяций (Miyasato, Baker, 1999). Для оценки вклада родительских диалектов в песню птиц из зоны симпатрии (п=152) мы применили вокальный индекс - отношение числа нот с восходящей частотной модуляцией (типичных для песни tristis, но отсутствующих у abietinus) к общему числу нот в песне (Марова и др., 2009).

В программе Syrinx 2.6h произведён анализ частотно-временных параметров пеенн теньковок из аллопатрических (п=30) и симпатрических (п=80) популяций. Для каждой особи анализировали по три 3-х секундных фрагмента

пения. Измеряли максимальную и минимальную частоты, частотный диапазон, скорость пения (число нот в секунду). По этим данным произведён дискрими-нантный анализ и вычислены значения дискриминантной функции (R, пакет MASS).

2.6. Генетический анализ. Митохондриальная ДНК. В качестве генетического маркёра, позволяющего разделить формы abietinus и tristis, использован ген цитохрома b мтДНК. С помощью рестрикциоппого анализа произведё-IIо генотипирование 192 особей. Полимеразную цепную реакцию (ПЦР) проводили со следующими праймерами: 5'- gattcttcgccctccacttc-3', 5'- caaactaggaggtgtac-tag-З' при температуре отжига - 48°С. Для рестрикционного анализа мы выбрали две видоспецифические замены в 474 и 495 положениях (по GenBank: Z73479.1, Z73482.1). Для рестрикционного анализа использовали рестрикцион-ную эндонуклеазу Hinf I (GANTC). Рестрикцию проводили при температуре 37°С в течение 9-12 часов.

Ядерная ДНК. Для полногеномного секвенирования использованы образцы ДНК 40 самцов пеночки-теньковки (20 из зон аллопатрии, 20 из зоны симпатрии). Секвенирование было осуществлено с помощью технологии секвенирования Иллюмина на приборе HiSeq 2000 в центре «SNP & Seq Technology Platform» Университета Упсалы (библиотеки фрагментов длиной 350 пар нук-леотидов, две линии секвенирования, paired-end technology). В результате секвенирования получено 30-40 млн. последовательностей длиной 100 пн. для каждой особи.

С помощью программы ConDeTRI vl.O отфильтровали последовательности низкого качества, последовательности высокого качества для каждой из особей картировали к геному мухоловки-белошейки (Ficedula albicolis) (Ellegren et al., 2012) в программе BWA (vO.5.9). В среднем 15% прочтений было картировано успешно. В пакете samtools осуществлена сортировка прочтений по хромосомам и индексация. Для последующего анализа данные по всем особям объединены в общий файл (Picard, пакет MergeSamFiles). Поиск олигонуклео-тидных полиморфизмов (ОНП, англ. SNP) осуществлён с помощью программы GATK 3.1. В среде Pyton (пакет PyVCF) написаны две программы для фильтрации данных: отобраны сайты, в которых отсеквенировано не менее чем б из 10 особей (1 233 236 ОНП) и не менее, чем 9 из 10 особей (18014 ОНП). Критерий Est (индекс фиксации) вычислен по выборке 18014 ОНП в пакете hierfstat в среде R. Кроме того, мы получили гистограмму значений индекса фиксации в зависимости от положения в геноме (усреднение по 100 ОНП). Степень генетических отличий между популяциями визуализировали с помощью анализа главных компонент, выполненного в пакете smartPCA (EigenSoft) для R. Анализ популяционной структуры на основе частот аллелей выполнен в программе STRUCTURE 2.3.4 (модель «Admixture, Use population information»npn 1,000,000 MCMC повторов, периоде отжига 100,000 повторов и К=2, К=3, К=4). Последующие вычисления осуществлены с помощью созданных нами программ в PyVCF. Осуществлён подсчёт количества фиксированных и частных полимор-

физмов между аллопатрическими популяциями, подсчитан их вклад в генотипы особей из зоны симпатрии. Для изучения механизмов генетической дифференциации мы вычислили число олигонуклеотидных полиморфизмов, находящихся в кодирующей части генома, в половой хромосоме и аутосомах.

2.7. Описание биотопов. На Южном Урале отмечали видовой состав и формулу древостоя, сомкнутость крон, особенности микрорельефа на территориях пойманных самцов. В Пинежском заповеднике дополнительно проводили более подробные геоботанические описания (Комарова, Шипилина, 2010).

Глава 3. Анализ признаков внешней морфологии теньковок из аллопатрических и симпатрических популяций

3.1. Изменчивость морфологических признаков теньковок в зонах симпатрии и аллопатрии. Восточно-европейская и сибирская теньков-ка обладают небольшими, но устойчивыми различиями в окраске (ТкеЬигэ!, 1938). Главное отличие сибирской теньковки от восточно-европейской - полное отсутствие липохромпых (жёлтых) пятен в оперении вентральной стороны тела. Жёлтые тона проявляются только в окраске нижних кроющих крыла и подошв. В аллопатрических популяциях аЫеНпив и ШвИв все отловленные нами особи, без сомнения, принадлежали к типичным морфотипам. В то же время популяции пеночки-теньковки во всех точках зоны симпатрии оказались полиморфными как по особенностям окраски, так и по морфометрическнм показателям. По интенсивности липохромной окраски вентральной стороны тела выборку разделили на 3 группы: особи с фенотипом аЫеНпив (европейский морфотип), особи с фенотипом ЬтвИэ (сибирский морфотип) и особи с промежуточными признаками окраски (промежуточный морфотип). Особи сибирского и европейского морфотипа достоверно различаются по длинам крыла и хвоста; особи с переходной окраской (промежуточный морфотип) занимают промежуточное положение между ними, степень их отличий от типичных морфотипов не достигает уровня статистической достоверности (Рис. 1, а).

На юго-востоке зоны симпатрии в популяции Южно-Уральского заповедника (п=88) 46% и 34% особей обладают, соответственно, европейским и сибирским морфотипами. К промежуточному морфотипу мы отнесли 15 птиц (20%). Но к востоку от Уральского хребта, в Ильменском заповеднике (п=19), абсолютное большинство птиц имеет сибирский или промежуточный морфотип (96%). На северо-западе зоны симпатрии, в Архангельской области (Пинежский заповедник) различные морфотипы представлены в следующей пропорции: 17 (34%) теньковок с - европейским, 14 (28%) - с сибирским и 19 (38%) - с промежуточным морфотипом. В Республике Коми (п=31) преобладают особи с сибирским морфотипом - 77,4%, особи с переходным морфотипом составили 19,3%, лишь одна теньковка (3,3%) имела европейский морфотип.

Наши материалы подтверждают данные литературы (ТюеЬиге!;, 1938; Зуепэ-эоп, 1992) о том, что крыло у аЫейпиэ более «заостренное»(2-е первостепенное

маховое перо не длиннее 7-ого), у £т& более «закругленное»(2-е первостепенное маховое длиннее 7-ого, 8-ого) (Рис. 1, б). Абсолютное соответствие морфоти-па и формы крыла мы регистрировали только в аллопатрических популяциях (п=37). В смешанных популяциях основные варианты строения вершины крыла в разных пропорциях встречались у представителей всех трёх морфотипов.

3.2. Пространственное распределение европейского, сибирского и промежуточного морфотипов. Пространственное распределение морфотипов представлено на Рис. 2. В двух из трех изученных нами точках зоны симпатрии с запада на восток доля особей сибирского морфотипа увеличивается, а доля представителей европейского морфотипа уменьшается. В юго-восточной части зоны симпатрии, в Южно-Уральском заповеднике мы обнаружили отчётливую границу между восточно-европейским и сибирским морфотипами - горный хребет Зильмердак. На западе от него представители европейского морфотипа составляют абсолютное большинство (88%, п=41). Восточнее хребта преобладают сибирский и промежуточный морфотипы (в сумме 69%, п=67), сюда проникает некоторое количество особей европейского морфотипа (33%). В северо-западной и центральной частях зоны симпатрии картина распространения морфотипов менее ясна. В Пинежском заповеднике закономерностей в распространении морфотипов в пределах обследованной территории не обнаружено. В центральной части зоны симпатрии, в республике Коми при передвижении с запада на восток доля особей, обладающих сибирским морфотипом, резко возрастает.

Глава 4. Сравнительный анализ песни восточно-европейской и сибирской теньковок в аллопатрических и симпатрических популяциях.

4.1. Основные особенности типичной вокализации восточно-европейской и сибирской теньковок и смешанного пения. Пение восточноевропейской и сибирской теньковок отчетливо различается на сонограммах и легко распознается на слух. Сибирская теньковка исполняет торопливую и разнообразную по составу нот песню, делая лишь небольшие паузы между нотами (Рис. 3, № 5, 6). Песня восточно-европейской теньковки имеет заметно более медленный темп, широкий частотный диапазон, содержит меньшее разнообразие нот (Рис. 3, № 1, 2). Но главное различие вокализации сибирской и восточноевропейской теньковок состоит в том, что в песне последней отсутствуют ноты, начинающиеся с восходящей частотной модуляции, в песне сибирской теньковки они типичны и присутствуют непременно. Малейшая «примесь» восходящих нот чрезвычайно сильно меняет звучание песни. Смешанный тип пения представлен несколькими вариантами: песня одного диалекта с единичными нотами другого (Рис. 3, №3), исполнение нот обоих диалектов попеременно, а также поочерёдное исполнение типичных сибирских и типичных европейских песен одной и той же особью (Рис. 3, №4).

1 55

50

т^шш*

В 60

5- 56

100

2 75

50

25

Рис. 1. (а) Длины крыла и хвоста представителей трёх морфотипов иепочки-теиьковки. 1 европейский морфотип, зона аллопатрии аЫеНпиз{п-10), 2 - европейский морфотип, зона симпатрии (и =50); 3 промежуточный морфотип (п=40); 4 сибирский морфотип, зона сим-патрии (п=69), 5 - сибирский морфотип, зона аллопатрии tristis(п= 14). (б) Форма вершины крыла теньковок (красный аЫеНпиэ, голубой ¿пвйв). 1 зона аллопатрии аЫеЫпив(п=10), 2 Южно-Уральский заповедник (п 41); 3 - Пинежский заповедник (п-34); 4 Ильменский заповедник (п-23). 5 зона аллопатрии tristis(n 14)

Соотношения морфотипов в разных точках ареала теньковок

N=15

Мое КМ

®

" =3- N=91

Рис. 2. Соотношения морфотипов в зонах аллопатрии и симпатрии. Жёлтый европейский морфотип, оранжевый сибирский морфотип. зелёный промежуточный морфотип. Ни врезке показано распределение морфотипов на территории Южно-Уральского заповедника.

чU t U U \ Ц,

• чпиичилтли

■ч ; f'f. i 'V.

к. ицлцдщ.

кГц 6.

Рис. 3. Варианты пения пеночки-теньковки: 1, 2 - европейский диалект (Костома, Южный Урал), 3, 4 - смешанная песня (Южный Урал). 5 - сибирский и 0 «супер-сибирский»диа-лекты (Средний Енисей).

4.2. Фонетический состав песни теньковок. Все йоты, найденные при анализе 110 индивидуальных каталогов, мы разделили на 24 базовых типа. Среди них отчетливо выделяются две большие группы: нисходящие и восходящие. Ноты, характерные для песни восточно-европейской теньковки, начинаются с резкого па- i 010 дения частоты на 2-3 кГц. В нении сибир- 5 0.05 ской теньковки ноты с нисходящей частот- 0.оо ной модуляцией отличаются меньшим частотным диапазоном (не более 1,5 кГц) и большей длительностью, характеризуют- рис. 4 ся плавным падением частоты. Ноты с восходящей частотной модуляцией, типичные для сибирского диалекта, разнообразны по форме и характеризуются сравнительно небольшим диапазоном частот (от 3 до 5 кГц).

Индивидуальные репертуары теньковок включают от 3 до 11 (в среднем 4, 9 ± 1, 9) типов нот. Мы сравнили объем репертуара в трех группах популяций: сибирские, восточно-европейские и смешанные. Вокальный репертуар сибирской теньковки достоверно богаче репертуара восточно-европейской (Крускал-Уоллис ANOVA с последующим post-hoc анализом, Р<0,001). Кроме того, достоверны отличия в размерах репертуаров между европейским и смешанным (популяции «Реветь», «Инзер»на Южном Урале) диалектами (Р<0,001). Сравнение объёмов репертуаров смешанного и сибирского типов пения не показало достоверных отличий (Р=0,07).

о 0.00

г о.15

20 40

вокальный индекс. %

Распределение значений вокального индекса в аллопатрических (Московская, Костромская области - аЫеИпив, Средний Енисей, заповедник «Столбыз»-ЫэНэ) и симпатрических (Южно-Уральский, Ильменский и Пинежский заповедники) популяциях теньковки.

*7.5-о

¡37.07 8

5655

л 2

ко

■ II ■I

1 2 3 4 5

12 3 4 5 6 7

7 8 9 10

Рис. 5. Частотно-временные характеристики песен теньковок из симпатрических и аллопат-рических популяций. Показаны максимальное и минимальное значения параметра, диапазон 25%-75% и среднее, цветом выделены: красный (1) - европейская форма, зелёный - северозападная часть зоны симпатрии. Пинежский заповедник (2). Коми (3), голубой юго-восточная часть зоны симпатрии, Южно-Уральский заповедник (4-7). Ильменский заповедник (8), фиолетовый сибирская форма, заповедник Столбы (9) и Средний Енисей (10).

Мы построили гистограмму значений вокального индекса в аллопатриче-ских (обе популяции показаны на одной гистограмме) и симпатрических популяциях (Рис. 4). Поскольку у европейской теньковки ноты с восходящей частотной модуляцией отсутствуют, то для европейских теньковок вокальный индекс всегда равен нулю. В аллопатрических популяциях сибирской теньковки он принимает значения от 46 до 60%. У самцов из зоны симпатрии (п=122) значения вокального индекса варьируют в широком диапазоне, что свидетельствует о значительной изменчивости пения теньковок. Значительная доля особей (48%) в зоне симпатрии обладает типичными для зон аллопатрии вокальными индексами, из них 18% особей имеют нулевые индексы (европейский диалект) и 30% попадают в диапазон значений, характерный для сибирского диалекта в зоне аллопатрии.

4.3. Частотно-временные характеристики пения теньковок. Анализ частотно-временных параметров песни теньковок показывает их значительную вариабельность в разных популяциях (Рис. 5). Общие закономерности изменения свойств пения таковы: при продвижении по ареалу с запада на восток скорость пения увеличивается, а максимальная частота и частотный диапазон уменьшаются. Нижняя граница частотного диапазона остаётся постоянной.

Особо интересно сопоставить скорость пения в разных популяциях (Рис. 5). Для песни европейской теньковки характерна исключительно стабильная и от-

носительио невысокая скорость исполнения нот (в среднем 3,2 нот/сек). Даже в зоне близкого контакта с стабильность ритма сохраняется. Популяция си-

бирской теньковки неоднородна в проявлении этого признака. Часть сибирских теньковок из аллопатрических популяции обладает типичной (до 6,7 нот/сек), а часть ускоренной «супер-сибирской» песней (6,7 - 8 нот/сек). Скорость пения в зоне симпатрии принимает средние значения (5,0 - 5,5 нот/сек). Исключение составляет западная часть Южно-Уральского заповедника (пойма р. Зуячка), в которой скорость пения в среднем лишь немного выше, чем в аллопатрической европейской популяции (3,3 нот/сек).

4.4. Идентификация смешанного пения по фонетическим и частотно-временным признакам. В зоне симпатрии многие особи исполняют смешанную песню, в разной пропорции комбинируя ноты, типичные для европейского и сибирского диалектов. Их пение обладает промежуточными значениями частотно-временных параметров. Для того, чтобы классифицировать разнообразные типы пения в зоне симпатрии по совокупности всех изученных признаков, мы построили дискриминантную функцию, используя 4 признака: максимальную частоту, диапазон частот, скорость пения и вокальный индекс. По значениям дискриминантной функции европейский диалект достоверно отличается от сибирского и смешанного пения, последние между собой не отличаются. Для последующего анализа мы ввели формальный критерий отличий между сибирской и смешанной песней: значения дискриминантной функции смешанной песни должны быть меньше минимального значения (4,7) для сибирского и больше максимального (-14,0) для европейского диалекта в зоне аллопатрии.

4.5. Географическое распространение диалектов. Популяция теньковок Южпо-Уральского заповедника (юго-восточиая часть зоны симпатрии), уникальна по многообразию и пространственному распределению песенных диалектов (Рис. 6). Здесь па расстоянии всего 60 км мы встречаем теньковок, исполняющих чистую европейскую песню, множество вариантов смешанной песни и, наконец, чистую сибирскую песню. Граница между диалектами выглядит четкой и совпадает с границей в распространении морфотипов - хребтом Зиль-мердак. К западу от него большинство (87,5%) самцов исполняют типичную европейскую песню, используется наибольшее количество европейских нот. К востоку от хребта Зильмердак (всего в 15 20 км от долины Зуячки) в долине Инзера господствует сибирский диалект (82,3% самцов), далее к востоку его абсолютное преобладание сохраняется. Элементы, характерные для песпи европейской теньковки, не проникают восточнее долины Инзера.

В северо-западной части зоны симпатрии (Архангельская область) четких закономерностей в распределении диалектов не обнаружено, повсеместно преобладает смешанное пение. Несмотря на отсутствие в данной популяции «чистого» европейского пения, присутствуют также характерные европейские ноты. Разброс значений вокального индекса велик, но в среднем составляет лишь 38,1%. Из Коми были получены фонограммы с обширной территории, охваты-

Соотношения диалектов в разных точках ареала теньковок

Архангельск

Рис. 6. Географическое распространение вокальных диалектов. Жёлтый европейский диалект, зелёный - смешанное пение, оранжевый сибирский диалект. На врезке показано распределение диалектов па территории Южно-Уральского заповедника

вающсй практически всю республику (п=41). В регионе преобладает сибирский вариант пения, теньковки с европейским типом песни отмечены в небольшом числе (п=6) на юге и юго-западе республики, восточнее европейский диалект не проникает.

Глава 5. Генетическая структура популяций из зон симпатрии и аллопатрии

5.1. Анализ на основе митохондриальной ДНК. Мы провели ти-пироваиие по гену цитохрома Ь 192 особей теньковок, из них 144 из зоны симпатрии. Во всех изученных нами точках зоны симпатрии выявлены европейский и сибирский митотипы. Кроме того, мы обнаружили второй, ранее неизвестный вариант сибирского митотипа - «¿гййв-З». Секвенирование показало, что в положении 474 представлен европейский вариант аллеля. Митотин «¿тойв-й»- отмечен исключительно в зоне симпатрии встречается в 21% популяции Южно-Уральского, 12,5% Ильменского и 8% Пипежского заповедников. В Южно-Уральском заповеднике выявлена граница в распространении митоти-пов хребет Зильмердак.

5.2. Анализ на основе ядерной ДНК

5.2.1. Оценка уровня генетических отличий между сибирской и восточно-европейской теньковками. Для анализа генетической структуры популяций теньковки в зонах аллопатрии и симпатрии мы использовали олиго-нуклеотидные ядерные маркёры, найденные в результате анализа данных полногеномного секвенирования. Уровень генетических отличий между родительскими формами достаточно мал, фиксированные отличия между сибирской и восточно-европейской теньковками найдены в 0,27% сайтов (п=1 233 236). Доля аллелей, в которых у сибирских особей наблюдается внутриполуляционный полиморфизм достигает 29,13%, тогда как для европейской формы она составляет 22,34%. Независимую оценку уровня генетических отличий между восточноевропейской и сибирской теньковками мы получили с помощью вычисления индексов фиксации (Fst). Индекс фиксации между аллопатрическими популяциями оказался невелик (0,062).

5.2.2. Анализ генетической структуры зоны симпатрии. Найденные генетические отличия между восточно-европейской и сибирской теньковками позволяют оценить структуру смешанной популяции, а именно, вклад каждого из родительских генотипов в генотипы особей из зоны симпатрии. Симуляция популяционной структуры в программе STRUCTURE показала, что в формировании популяции из зоны симпатрии принимают участие лишь два генотипа (К=2) (Рис. 7, а), популяции из зоны симпатрии генетически не обособлены и представляют собой результат гибридизации между родительскими формами.

Анализ главных компонент на основе частот аллелей 18014 ОНП (Рис. 7, б) показал, что аллопатрические популяции обособлены друг от друга, в то время как обе популяции из зоны симпатрии занимают промежуточное положение между родительскими популяциями. Для проверки вклада каждого из материнских генотипов в генотипы особей в гибридной зоне мы проанализировали 3381 ОНП маркёры отличий между родительскими популяциями и установили, какой из родительских вариантов присутствует у каждой конкретной особи из зоны симпатрии (Рис. 7, в). Для 14 из 20 особей из зоны симпатрии мы отмечаем как наличие гетерозиготных сайтов (в них представлены по одному аллелю от каждого из родительских генотипов), так и сочетание генов сибирской и восточно-европейской теньковок в различных пропорциях. Эти особи являются гибридами. Из графика также следует, что в популяции присутствуют чистые европейские (№7. 26, 34) и чистые сибирские (№20, 25, 45) генотипы. Примесь чужеродных аллелей в этих генотипах объясняется особенностями выборки.

Глава 6. Сопоставление морфологических, биоакустических и генетических признаков

Проведенные нами исследования характеризуют каждого самца теньковки ио трём группам признаков: морфологическим (окраска оперения - морфотип, размеры крыла и хвоста, формула крыла), акустическим (вокальный диалект)

■0 2 -0 1 0.0 01 РС1

Популяции: О Аллопатрическая abietinus % Смешанная (Архангельская обл.) # Смешанная (Южный Урал) £ Аллопатрическая rristis

i: 15 23 20 36 23 19 33 ИЗ 19 60 27 Л 33 35 6 И » 1 3-1 26

Рис. 7. (а) Результаты моделирования генетической структуры популяций (Structure). 1 аллопатрическая популяция abietinus, 2 - аллопатрическая популяция tristis. 3 северо-западная, 4 юго-восточная части зоны симпатрии. (б) Анализ главных компонент по 18014 оли-гонуклеотидным маркёрам (ОНП. SNP). (в) Генетический состав особей из зоны симпатрии (п 20). Желтый гомозиготные сайты (европейские маркёры), оранжевый - гомозиготные сайты (сибирские маркёры), зелёный - гетерозиготные сайты.

и генетическим, охарактеризованным по материнской линии (митотип) и по совокупности признаков ядерной ДНК.

6.1. Сопоставление морфологических и генетических признаков.

Обращает на себя внимание ярко выраженная мозаичность и асимметрия в сочетании разных групп признаков теньковок из зоны симпатрии. Несоответствие морфотипа и митотипа в общей сложности имеет место у 29 из 103 (28,2%) особей. Ядерные гены сибирской теньковки преобладают среди представителей соответственного морфотипа. Большинство представителей европейского морфотипа (п=10), несут яДНК обеих форм, их соотношения практически равны (38 сибирских и 43,2% европейских аллелей). Важно отмстить, что даже при таком существенном вкладе сибирских генов птицы сохраняют морфотип европейской теньковки. Примечательно, что многие экземпляры из зоны симпатрии, по окраске определяемые как европейские и несущие генетические признаки сибирской теньковки, по размерам не отличаются от типичных сибирских птиц.

6.2. Акустические признаки в сопоставлении с морфологическими и генетическими данными. При сопоставлении морфологических и акустических данных в зоне симпатрии (п=63) полного соответствия между ними выявлено не было. Немногим более половины птиц (58,6%) исполняют песню, соответствующую морфотипу. Соответствие между акустическими и генетическими признаками выглядит более четким. Из 53 самцов с известными мито-типами и диалектами лишь 3 (5,6%) исполняли несоответствующую псспю. Ни один из 25 самцов, для которых установлено совпадение морфотипа и митоти-па, не исполнял песни чуждого диалекта. Это свидетельствует, на наш взгляд, о том, что приверженность теньковок к определенному диалекту в основном закреплена генетически.

Глава 7. Обсуждение результатов

7.1. Доказательства гибридизации между сибирской и восточноевропейской теньковками. Полученные результаты доказывают гибридизацию между восточно-европейской и сибирской теньковками на всей территории вторичного контакта от Архангельской области до Южного Урала. На всем протяжении этой зоны (около 1500 км) обитают теньковки с множеством вариантов смешанного пения, с промежуточными морфологическими характеристиками и смешанными генетическими признаками двух форм. Наиболее очевидные доказательства гибридизации в зоне симпатрии даёт анализ генетической структуры популяции, произведённый на основе нолногеномного секвенирования, а именно наличие гетерозиготных сайтов и сочетание генов сибирской и восточно-европейской теньковок в генотипах особей из зоны симпатрии. Не менее половины исследованных особей несут аллели как сибирской, так и восточпо-европейской теньковок. Однако, можно ожидать, что процент гибридов в зоне симпатрии в действительности ещё выше, т.к. особи со смешанными морфологическими признаками в анализ не включены. Неожиданным оказалось крайне низкое число гетерозиготных сайтов в генотипах гибридных особей. Ни одна из 20 особей не определена как гибрид первого или второго поколения. Другое доказательство гибридизации следует из факта несовпадения генетических (митотип), морфологических и, в меньшей степени, акустических признаков, характеризующих особей (п=90). Уровень генетической интрогрессии в зоне симпатрии, подсчитанный как отношение числа особей, обладающих различающимися (несоответствующими) морфологическими и генетическими признаками (мтДНК) к общему числу проанализированных особей из популяции, составляет: 34,7% - в Южно-Уральском, 37,5% - в Ильменском и 57,7% - в Пинежском заповедниках.

7.2. Морфологические аспекты гибридизации. Интересный вопрос состоит в том, каким образом присутствие в генотипе чужеродных генов влияет на морфологические признаки. По нашим данным, европейский тип окраски сохраняется в популяции, вопреки интенсивной интрогрессии генов сибирской теньковки. Такая ситуация - не единственный пример устойчивости ви-

доспецифичного фенотипа на фоне интрогрессин чужеродной ДНК (Фёдоров и др., 2006; Рубцов, 2007). Две формы теньковки, вероятно, обладают различной устойчивостью к генам чужеродной формы. Представителей сибирского морфотипа являются либо генетически чистыми сибирскими теньковками или гибридами, но не ранее, чем третьего поколения, причём в последнем случае во втором поколении обратные скрещивания происходят только с сибирскими теньковками.

Природа и таксономическая интерпретация изменчивости морфологических признаков теньковок из зоны симпатрии вызывает споры. По мнению некоторых авторов (Степанян, 1990; Vaurie, 1959; van den Berg, 2009), обитающие здесь особи с промежуточной окраской заслуживают выделения в особый подвид, для которого еще H.A. Северцовым (1873) было предложено название ■«.fulvescensy». Валидность этого таксона ставят под сомнение другие исследователи, указывающие на неустойчивость диагностических признаков теньковок, обитающих в ареале формы -zfulvescens» (Коблик и др., 2006). Полученные нами результаты о гибридизации abietinus и tristis в зоне симпатрии - предполагаемом ареале <zfulvescens» - не дают оснований для признания этого таксона.

7.3. Акустические аспекты гибридизации. Совокупность наших данных подтверждает наличие в симпатрической популяции феномена смешанного пения, причём самых разнообразных его вариантов. В обеих частях зоны симпатрии, на юго-востоке и северо-западе зоны гибридизации мы отмечаем оба из описанных в литературе (Thielke, 1986; Bergmann, Weiss, 1976) типа смешанного пения. Большинство смешанных песен представляет собой мозаику нот, присущих родительским диалектам, и только в некоторых случаях особь исполняет песни сибирского и восточно-европейского диалектов попеременно.

Европейский диалект надёжно отделяется от смешанного и сибирского по совокупности признаков. Значения вокального индекса (Рис. 4) и классификация популяций по сходству репертуаров показывают достоверные отличия этих двух типов вокализации. С другой стороны, однозначное отделение смешанного пения от сибирского диалекта в гибридной популяции затруднено. Значения частотно-временных параметров (Рис. 5) и вокального индекса (Рис. 4) представляют собой континуум, т.е. вокализация некоторых птиц особей из зоны симпатрии максимально близка к вокализации сибирской теньковки, однако значения изучаемых параметров не достигают значений, присущих сибирской форме в аллопатрических популяциях. Возможно, увеличение выборки из самых восточных частей ареала сибирской теньковки позволит выделить более чёткие критерии для разделения смешанного н сибирского типов вокализации. Выделенный нами «супер-сибирский» диалект (Рис. 3, №6) свидетельствует о внутренней неоднородности сибирского диалекта. Проведённые нами эксперименты по трансляции песни показали выраженную реакцию самцов на некон-специфический диалект в зоне симпатрии.

Вопрос о генетических основах смешанного пения близких видов птиц в зонах симпатрии часто обсуждается в литературе (Qvarnstrom, 2006); однознач-

ного ответа на него пока не получено. Несоответствие фенотипа и типа пепия может быть объяснено либо гибридным происхождением особей, либо следствием вокального обучения. Могут иметь место и оба эти феномена. Проведённый нами анализ позволяет утверждать, что врождённый (генетический) компонент играет важную роль в формировании песни теньковки наряду с приобретённым. Отметим, что в зоне гибридизации испанской и европейской теньковок {РЪ. Лепет - Рк соИуЬйа соИуЬйа) в Пиренеях, где смешанное пение также широко распространено, большинство самцов со смешанным пением действительно оказались гибридами согласно результатам генетического АРЬР анализа (ВепвсЬ е! а1., 2002)

7.4. Генетические аспекты гибридизации сибирской и восточноевропейской теньковок. Восточно-европейская теньковка относится к виду РкуНовсорш соИуЬйа, таксономический статус сибирской теньковки в настоящее время не столь очевиден. По совокупности акустических и морфологических признаков ее, в частности, предлагают объединить с горной теньковкой РкуНозсорт втМапив. Наши данные подтверждают высокую степень дифференциации морфологических (Рис. 1) и акустических признаков (Рис. 5) между двумя формами теньковок, соответствующую статусу отдельных видов. Однако, по данным митохондриалыюй ДНК (Не1Ь^ а1., 1996) и проведённого нами полногеномного секвенирования степень их дивергенции не достаточно велика для того, чтобы они могли быть отнесены к разным видам. Мы предполагаем, что заниженные значения индекса фиксации могут быть объяснены двумя способами. Возможно, большие размеры популяций затрудняют фиксацию аллелей внутри популяции. Также вероятно, что между двумя формами существовал поток генов в относительно недавнем прошлом.

Анализ данных полногеномного секвенирования позволил нам выявить некоторые механизмы генетической дифференциации между исследуемыми таксонами. Мы выяснили, что значительный процент генетических маркёров (14%), отличающих представителей сибирской и восточно-европейской теньковок, находится в кодирующей части генома. Наличие относительно небольшого количества нуклеотидных маркёров в Z-xpoмocoмe показывает, что генетические отличия между формами не имеют тенденции накапливаться в половых хромосомах. Наиболее интригующим оказался анализ распределения значений ^ на протяжении генома пеночки-теньковки. Он показал, что в геноме есть определённые участки, на которых дивергенция между сибирской и восточно-европейской теньковками происходит более активно. Это даёт потенциальную возможность идентифицировать определённые гены или области генома, «ответственные» за генетическую дивергенцию. Ранее наличие таких «островков дивергенции» было показано для мухоловок пеструшки (Ргсес1и1а куро1еиса) и белошейки {Р. а1ЫсоИв) (Е1^геп е1 а1., 2012).

Сопоставление данных митохондриальной и ядерной ДНК позволяет получить дополнительную информацию о происхождении особей из зоны симпат-рии. Все без исключения особи, которые по признакам яДНК определены как

гибриды с преобладанием генов сибирской формы, имеют мтДНК сибирской теньковки, т.е. гибридные пары образуются за счёт самца гибрида и самки с сибирским вариантом мтДНК. Явное преобладание генов сибирской теньковки в генотипах гибридных особей позволяет предположить, что большинство обратных скрещиваний происходит с сибирскими теньковками.

7.5. Особенности северо-западной и юго-восточной частей зоны симпатрии и гибридизации. Сравнительный анализ морфологических, акустических и генетических признаков показал следующие отличия между юго-восточной и северо-западной частями зоны симпатрии. Существенные отличия отмечены во встречаемости различных вокальных диалектов. В Архангельской области смешанное пение преобладает (63%), европейское пение не встречается, мало особей и с чистым сибирским диалектом. На Южном Урале (ЮжноУральский заповедник) все три типа пения распределены более пропорционально. Кроме того, здесь отмечены случаи прямого несоответствия морфологических и акустических признаков (6,5%), например, сибирский диалект и европейский тип окраски. В популяции Пинежского заповедника заметно преобладание сибирского генотипа, что прослеживается в анализе как митохондриальной (94,4%), так и яДНК (68,2%). В юго-восточной части зоны признаки мтДНК также демонстрируют преобладание сибирского митотипа, по данным яДНК сибирские маркёры присутствуют только у 59,4% популяции.

На Южном Урале граница, разделяющая вокальные диалекты, морфо-типы и митотипы (Рис. 6), определяется с высокой точностью и проходит по невы-сокому хребту Зильмердак. В северо-западной части зоны симпатрии такой отчётливой границы мы не обнаружили. В Коми граница распространения европейского диалекта и морфотипа проходит на самом юге республики (Кой-городский район). Север и восток занимают птицы с сибирскими обликом и типом пения.

Суммируя вышеперечисленные данные, мы предлагаем следующую оценку ширины зоны симпатрии. В Южно-Уральском заповеднике, по крайней мере, в обследованном нами районе протяжённостью около 60 км вдоль трассы Уфа-Белорецк, интенсивная гибридизация происходит лишь в узкой полосе, шириной не более 20 км; к западу и востоку от этой полосы находятся периферийные участки зоны, где преобладают особи либо с сибирскими, либо с европейскими маркёрами - в первую очередь генетическими и акустическими. В центральной части Коми ширина зоны гибридизации в меридиональном направлении, вероятно, достигает уже не менее 500 км. Севернее, в Пинежском заповеднике и северных частях Коми зона гибридизации, вероятно, ещё шире. Можно думать, что Пинежский заповедник - центр области интенсивной гибридизации на северо-западе, а периферия зоны находится предположительно западнее р. Печоры и восточнее Северной Двины.

Полученные нами данные свидетельствуют о том, что юго-восточная (Южный Урал) и северо-западная (Архангельская область) части зоны симпатрии существенно отличаются друг от друга и, вероятно, сформировались не одновре-

менно. Полагают, что Южный Урал служил рефугиумом лесной растительности, убежищем доледниковой фауны Европы (Воронцов, 1949). Возможно, что восточно-европейская теньковка была прижата оледенением к Уралу, а после отступления ледника произошла её встреча с сибирской теньковкой, постепенно распространявшейся с юго-востока в северном и северо-западном направлениях из одного из сибирских - Алтайского или Саянского рефугиумов (Назаренко, 1982, 1985) вслед за отступлением ледника. Архангельская область, в отличие от Южного Урала, была занята ледником, лесной покров, необходимый для жизни пеночек, восстановился там много позже, чем на Южном Урале.

7.6. Экологические барьеры в распространении двух форм тень-ковки. Пеночка-теньковка - экологически пластичный вид. Согласно данным литературы, самое существенное различие двух форм состоит в том, что сибирская теньковка тяготеет к темнохвойным лесам и не встречается в широколиственных, а восточно-европейская теньковка может заселять последние при наличии подроста, особенно елового (Мальчевский, Пукинский, 1983, Рогачёва и др. 1991 и др.). Как уже отмечалось, отчётливая граница распространения теньковок на Южном Урале приурочена к хребту Зильмердак. Этот невысокий хребет (909 м над у.м.) является передовым хребтом Уральских гор, принимающим на себя основную часть осадков, здесь проходит граница в распространении типов лесной растительности: чисто широколиственные леса к востоку от хребта сменяются сосново-мелколиственными и хвойно-широколиственными (Аксёнов и др., 2003) на западе. Таким образом, на Южном Урале барьер в распространении вокальных диалектов, митотипов и морфотипов аЫеИпт и íпsíгs совпадает с границей типов растительности. Мы проанализировали состав древесных пород на гнездовых территориях 86 теньковок в четырёх выделенных нами районах Южно-Уральского заповедника. Доля широколиственных пород достоверно отличается в западной и восточной частях заповедника, убывая с запада на восток. По-видимому, именно этим обстоятельством объясняется отсутствие сибирской теньковки к западу от Зильмердака и приуроченная к нему граница в распространении диалектов, митотипов и морфотипов.

В северо-западной и центральной частях зоны симпатрии резких границ в распространении сибирской и восточно-европейской теньковок нами не обнаружено. На территории Пинежского заповедника нет отчётливой границы в распространении типов растительности. Смена типов леса носит мозаичный характер, отчасти за счёт антропогенных воздействий. Большая часть районов республики Коми, согласно карте лесов России, занята темнохвойными лесами, лишь небольшая часть этой территории занята вторичными смешанными лесами - это южная часть республики Коми (Барталёв и др., 2004). Здесь прослеживается связь между очертанием зоны контакта восточно-европейской и сибирской теньковок и границей типов растительности, европейские теньковки обитают исключительно в зоне смешанных лесов.

7.7. Миграционные пути сибирской и восточно-европейской тень-ковок. Удаленность миграционных путей близких форм птиц влияет на степень дифференциации популяций и географической изоляции между ними (Montgomery, 1896). Восточно-европейские теньковки зимуют в Южной Аравии, в восточной и северо-восточной Африке, сибирские - в Индии и Пакистане (Сте-панян, 1990; Ticehurst, 1938; Inskipp et al., 1985). Данные о том, где зимуют гибридные особи из зоны вторичного контакта, отсутствуют. На осеннем пролете теньковок с переходными морфологическими признаками регистировали в Кировской области (Сотников, 2006) и в Казахстане (Владимирская, Меженный, 1952).

7.7.1. Залёты особей с переходными признаками в Европу и генетический статус европейских мигрантов. С начала XX века залёты сибирских теньковок и теньковок с переходными признаками отмечают в период пролета и на зимовках в Европе (Vallon, 1914; Boano, Восса, 1981 и мн. др.), причём число регистраций неуклонно возрастает. Таксономический статус этих теньковок вызывает сомнения и оживлённые споры (Dean, Svensson, 2005). В частности, на осеннем пролёте в Норвегии особи, которые при отлове были определены как типичные abietinus, оказались носителями митотипа tristis, вследствие чего, вопреки фенотипическому облику, были признаны сибирскими тень-ковками (de Knijff et al., 2012). Мы считаем, что такие особи имеют гибридное происхождение, поскольку аналогичное сочетание признаков обнаружено нами в зоне гибридизации сибирской и восточно-европейской теньковок.

Выводы

1. Восточно-европейская и сибирская теньковка гибридизируют на всем протяжении зоны симпатрии, протянувшейся почти на 1500 км от Беломоро-Кулойского плато в Архангельской области до Южного Урала.

2. Особи, происходящие из аллопатрических популяций, отчетливо различаются по морфологическим и биоакустическим признакам, а также по структуре митохондриалыюй и ядерной ДНК.

3. Сочетание в генотипах большинства особей из зоны симпатрии ядерных маркёров, присущих восточно-европейской и сибирской теньковкам, свидетельствует о гибридном происхождении этих особей.

4. Гибридизация также проявляется в наличии широкого спектра промежуточных вариантов окраски оперения, размерных и биоакустических признаков и характеризуется значительным уровнем генетической интрогрес-сии.

5. Значительный процент особей из зоны симпатрии, обладающих европейским морфотнпом, несёт гены сибирской теньковки и/или исполняет сибирскую песню. Даже при существенном вкладе генов сибирской теньковки эти особи сохраняют морфологическую идентичность.

6. Особи с сибирским морфотипом практически всегда несут одноименный митотип и исполняют соответственную песшо.

7. Связь между акустическими и генетическими признаками выглядит достаточно жёсткой. Вероятно, в формировании песни теньковки немаловажную роль играет врождённый (генетический) компонент.

8. На Южном Урале мы обнаружили отчётливую границу в распространении диалектов, морфотипов и митотипов, приуроченную к хребту Зиль-мердак - границе между чисто широколиственными (на западе) и смешанными хвойно-широколиственными и хвойно-мелколиствеипыми (на востоке) лесами.

9. В Архангельской области и республике Коми четких границ в пространственном распределении биоакустических, морфологических и генотипи-ческих признаков не обнаружено.

10. Разница в масштабах генетической интрогрессии, характере пространственного размещения диалектов и морфотипов в северо-западной и юго-восточной частях зоны гибридизации, скорее всего, обусловлена различиями в продолжительности вторичного контакта и гибридизации.

Список публикаций

Работы в изданиях, рекомендованных ВАК и WOS

1. Марова, И. М. Генетическая и вокальная дифференциация в гибридных зонах воробьиных птиц: сибирская и восточно-европейская теньковки (Phylloscopus [collybita] tristis и Ph. (с.) abietinus) на Южном Урале / Марова И. М., Фёдоров В. В., Шипилина Д. А., Алексеев В. Н. // Доклады Академии Наук. — 2009. —Вып. 427. —С.384-386.

2. Backström, N. Cis-regulatory sequence variation and association with Mycoplasma load in natural populations of the house finch (Carpodacus mexicanus) / Backström N., Shipilina D., Blom M., Edwards S. // Ecology and evolution. — 2013. - Vol. 3. - no. 3 - P. 655-666.

3. Селиванова, H. Внутривидовая изменчивость пеночки-теньковки (Phylloscopus collybita, Sylviidae, Aves) в зоне симпатрии сибирской и восточно-европейской форм на территории республики Romh (по морфологическим, акустическим и генетическим данным) / Селиванова Н., Шипилина Д., Естафьев А., Марова И. // Бюллетень Московского общества испытателей природы. Отдел биологический. — 2014. — Т. 119. — № 1 - С. 3-16.

Работы в других научных изданиях

4. Марова, И. М. К фауне птиц западного макросклона горно-лесной части Южного Урала / Марова И. М., Иваницкий В. В., Федоров В. В., Алексеев В. Н., Шипилина Д. А. // Материалы к распространению птиц на

Урале, в Приуралье и Западной Сибири. — 2008. — Екатеринбург: Изд-во Урал, ун-та. — C.62-G9.

5. Marova I. M., Shipilina D. A., Fedorov V. V., Ivanitskii V. V. Siberian and East European chiffchaffs: geographical distribution, morphological features, vocalization, phenomenon of mixed singing, and evidences of hybridization in sympatry zone // El mosquitero ibérico, Ed. by J. . С. J. L. Rodriguez. N., Garcia. Grupo Ibérico de Anillamiento Léon. — 2013. — P. 119-139.

6. Шипилина, Д.А. Местообитания, структура популяции и вариабельность песни кавказской теньковки (Phylloscopus [sindianusj lorenzii) на Северном Кавказе / Шипилина Д.А., Марова И.М. // Орнитология. — 2013. — Т. 38. - С. 54-63.

Материалы конференций

7. Шипилина, Д. А. Акустическая дифференциация в гибридных зонах воробьиных птиц: сибирская и восточно-европейская теньковки (Phylloscopus [collybita] tristis and Ph. с. abietinus) на Южном Урале. / Шипилина Д. А. // XVII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов». — 2009. — С. 132.

8. Marova I. M. Genetic and vocal différenciation in hybrid zones of birds: the Siberian and Eastern European Chiffchaffs (Phylloscopus ¡collybita] tristis -Ph. [c.] abietinus) in Southern Ural / Marova I. M., Fedorov V. V., Shipilina D. A., Alekseev V. N. // Abstr. of 7th Conf. EOU. —2009. —Sempach. — P. 125.

9. Комарова, А.Ф. Гибридная популяция восточно-европейской и сибирской форм пеночки-теньковки (Phylloscopus collybita abietinus, Ph.(c.)tristis) в Архангельской области / Комарова А. Ф., Шипилина Д. А.//XVIII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов» — 2010. — С. 156-157.

10. Комарова, А. Ф. Гибридная популяция восточно-европейской и сибирской форм пеночки-теньковки (Phylloscopus collybita abietinus, Ph.(c.)tristis) в Пи-нежском заповеднике / Комарова А. Ф., Шипилина Д. А. // Актуальные проблемы экологии и природопользования. М.: «Луч». — 2010. — Вып. 12. - С. 233-236

11. Марова И. М. Вокальная, морфологическая и генетическая дифференциация в зонах гибридизации: сибирская (Phylloscopus ¡collybita] tristis) и восточно-европейская теньковки (Ph. с. abietinus) /Марова И. М., Шипилина Д. А., Федоров В. В. // Орнитология в Северной Евразии. Материалы XIII Международной орнитологической конференции Северной Евразии. /Отв. ред. Е.Н. Курочкин. Оренбург: Изд-во ОГПУ. — 2010. — С. 209.

12. Marova I.M. Acoustic and genetical differentiation in a wide zone of hybridization between Siberian and east-european chiffchaffs (Phylloscopus [collybita] tristis; Ph.c.abietinus) /Marova I.M., Fedorov V.V., Shipilina D.A., Alekseev V. N. // Abstr. of the 10-th International Ornithological Congress. Campos do Jordao

— 2010. — P. 314.

13. Backström, N. Genome, transcriptome and candidate gene sequencing in the house finch (Carpodacus mexicanus), a model species for studying sexual selection and host-parasite interactions / Backström N., Shipilina D., Hill G., Edwards S. //Amer. Gen. Assosiation conference. Guanajuato and Irapuato, Mexico. - 2011. - P. 17

14. Marova I. M. Towards to the East-European and Siberian ChiffchafFs (Phyllosco-pus collybita abietinus - Ph.(c.) tristis): geographical distribution, phenomenon of mixed singing and new evidences of hybridisation in Europe //Marova I. M., Shipilina D. A., Ivanitskii V. V.// Abstr. of 8th Conf. of the EOU. Riga. — 2011. — P. 38.

15. Марова И. M. Модусы изменчивости и сохранности песни птиц в локальных популяциях, на пространстве ареалов и в гибридных зонах / Марова И. М., Шипилина Д. А., Ковылов Н. С., Малых И. М. // V Всероссийская конференция по поведению животных. Москва: КМК. — 2012. — С. 118.

16. Селиванова Н. П. Подвидовая специфика пеночки-теньковки на территории Республики Коми (предварительный обзор) //Селиванова Н. П., Шипилина Д. А. //Материалы XIX Всероссийской молодежной научной конференции Института биологии Коми НЦ УрО РАН «Актуальные проблемы биологии и экологии». Сыктывкар. — 2012. — С. 96-98.

17. Blom М. Molecular consequences of a Mycoplasma epizootic in natural populations of the house finch: allele frequency changes in potential Cis - regulatory regions of HSP90 / Blom M., Shipilina D., Edwards S., Backstrom N. // Evolution Conference. Ottawa, ON, Canada. — 2012. — P. 21

18. Marova I. M. Hybridization zone between Eastern European chiffchaff Phyllosco-pus collybita abietinus and Siberian chiffchaff Phylloscopus (collybita) tristis / Marova I. M., Shipilina D.A., Fedorov V. V., Ivanitskii V. V. // Abstr. of the 9th Conf. of the EOU. Norwich. — 2013. — P. 141.

Научное издание

Шипилина Дарья Александровна

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук на тему:

ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ И СИБИРСКОЙ ТЕНЬКОВОК {РКуИозсорив соИуЬйа аЫеЫпиз, Рк. (с.) ЬШк) В ЗОНЕ СИМПАТРИИ: МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ, БИОАКУСТИЧЕСКИЕ И ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

Подписано в печать 08.08.2014. Формат 60 х 90 1/16. Тираж 100 экз. Издательская фирма «ФАН», г. Москва, пр. Мира, д.103, тел.(495) 602 45 34