Экология, 2021, № 4, стр. 263-270

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Узкочерепных полевок отлавливали на территории Карасукского стационара ИСиЭЖ СО РАН (53°43′48.1″ с.ш., 77°52′00.4″ в.д.) и за его пределами 7–9 августа 2019 г. Жилые колонии обнаруживали визуально, по наличию используемых нор и свежих погрызов травы [10]. В каждой колонии на тропах, ведущих к жилым норам, и возле их отверстий устанавливали 5‒10 трапиковых живоловок. Приманкой служили куски моркови. Ловушки оставляли открытыми в течение всего светлого времени суток, проверку производили ежечасно. Отловы проводили в трех типах местообитаний, различающихся по степени антропогенной нагрузки:

1. Рабочая зона стационара, подвергающаяся значительной антропогенной нагрузке в течение всех сезонов года, но преимущественно летом, когда на территории стационара может одновременно находиться до 100 человек (научные сотрудники, обслуживающий персонал, студенты, школьники). Здесь расположены лабораторные и жилые строения, складские помещения, гаражи, вольеры. Помимо присутствия людей, факторами беспокойства могут быть вибрация почвы и шум от работающей техники, ночное освещение. Растительный покров деградирован, высока доля рудеральной растительности, однако деятельность человека создает дополнительные источники пищи.

2. Периферийная зона стационара, подвергающаяся умеренной нагрузке. Антропогенное воздействие связано с эксплуатацией лабораторного корпуса и нескольких подсобных помещений в летнее время, парковкой нескольких единиц авто- и мототехники. Присутствуют посадки культурных растений, однако доминирует естественная разнотравно-злаковая растительность.

3. Зона слабой нагрузки находится за пределами огороженной части стационара. На расстоянии около 100 м от точек отлова проходит автодорога, являющаяся источником шума, периодически выпасается скот. Преобладает естественная разнотравно-полынно-злаковая и кустарниковая растительность.

Всего за три дня работы было отловлено 67 особей узкочерепной полевки при примерно равном численном соотношении во всех трех местообитаниях. Половозрастной состав пойманных животных приведен в табл. 1.

Сразу после отлова животных подвергали визуальному осмотру для определения пола и репродуктивного статуса, взвешивали и отбирали пробу фекалий для последующего лабораторного анализа. Половозрелых особей выпускали в природу в точке поимки. Всех неполовозрелых зверьков (58 особей) после передержки доставили в ИСиЭЖ СО РАН для дальнейшего лабораторного содержания. Животных содержали в индивидуальных клетках размером 30 × 20 × 20 см с подстилкой из опилок и ватой в качестве гнездового материала в вентилируемом подвальном помещении с комфортной температурой (18–22°С) и фиксированным режимом освещения (16D:8L), имитирующим зимние условия существования. Это было необходимо для того, чтобы предотвратить преждевременное половое созревание молодых зверьков, принадлежащих к позднелетней (зимующей) когорте, и направить их развитие по естественной онтогенетической траектории. Кормом служили свежая морковь, зелень, сено и зерновая смесь. Пища и вода предлагались ad lib.

После месячной передержки в лаборатории животные были подвергнуты процедуре тестирования, включающей набор стандартных поведенческих тестов: открытое поле (3-минутный тест на круглой арене диаметром 63 см и высотой стенки 35 см [11]); черно-белая камера (5-минутный тест, животное помешается в темный отсек (25 × 15 × 25 см), соединенный проходом (3 × 3 см) со светлым отсеком (25 × 30 × 25 см) [12]); однополые парные ссаживания (10-минутный тест на круглой нейтральной арене диаметром 50 см и высотой стенки 35 см [13]). Тесты проводили с интервалом 5 дней. Поведение животных фиксировали на видеокамеру (Panasonic HC-V720M), полученный видеоматериал по тестам открытое поле и черно-белая камера анализировали с помощью программы Noldus EthoVision 3.1, при парном ссаживании визуально регистрировали частоты отдельных элементов поведения. Затем у животных измеряли величину стандартного и максимального обмена. Через 1 и 3 мес. после отлова проводили контрольные взвешивания. Все павшие особи были вскрыты для установления возможной причины гибели.

Величины стандартного и максимального энергообмена, а также способность к поддержанию температурного гомеостаза измеряли в респирометре закрытого типа: стандартный обмен – в термонейтральной зоне (+26 ± 1°С), максимальный – в условиях 15-минутного охлаждения в гелиево-кислородной (80 : 20) смеси при температуре 6 ± 1°С. До начала и сразу после окончания измерения максимального обмена у животных измеряли ректальную температуру тела [14].

Для оценки фонового уровня гормонов стресса определяли содержание метаболитов кортикостерона в фекалиях, собранных в ловушках при изъятии из них животных. Интервалы между проверками ловушек (1 ч) были значительно меньше, чем время, необходимое для попадания гормонов в фекалии [15], что позволяло избегать стрессирующего влияния процедуры отлова. Содержание метаболитов гормона в фекалиях определяли с помощью иммуноферментного анализа, по стандартной технологии, использованной нами в предыдущих исследованиях [16].

Для статистического анализа результатов применяли стандартные методы вариационной статистики (пакет Statistica 6.0). Сравнение кривых дожития проводили методом Каплана-Мейера. По количеству поведенческих актов агрессивного и аффилиативного поведения в тестах парного ссаживания рассчитывали соответствующие индексы. Результаты остальных поведенческих тестов обрабатывали с использованием компонентного анализа. Исходя из вклада поведенческих актов, первые две компоненты, полученные при анализе результатов теста открытого поля, интерпретировали как двигательную активность и эмоциональность; в тесте черно-белая камера первую компоненту интерпретировали как исследовательскую активность, вторую – как эмоциональность. Совместное влияние местообитания и пола животного на значения рассматриваемых показателей оценивали с помощью двухфакторного дисперсионного анализа, влияние местообитания на динамику массы тела – с помощью дисперсионного анализа с повторными измерениями. Множественные сравнения средних значений проводили на основании результатов дисперсионного анализа с использованием HSD теста Тьюки.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Дисперсионный анализ с повторными измерениями показал, что достоверное влияние на изменчивость массы тела животных оказывает уровень антропогенной нагрузки (F_2.44 = 4.7; P < 0.05) и его совместное действие с повторностью измерения (F_4.88 = 5.1; P < 0.01). В момент отлова зверьки из местообитаний с разным уровнем антропогенной нагрузки не различались по массе тела. Однако через 1 и 3 мес. после отлова особи, обитавшие на территории стационара на участках с высокой антропогенной нагрузкой, весили значительно больше, чем особи из местообитаний с умеренной и слабой нагрузкой, расположенных соответственно на периферии стационара и за его пределами (рис. 1).

Рис. 1.

Динамика массы тела при лабораторном содержании узкочерепных полевок из местообитаний с сильной (черные кружки, сплошная линия), умеренной (серые кружки, штрихпунктирная линия) и слабой (светлые кружки, пунктирная линия) нагрузкой. Случаи достоверных (Тьюки HSD тест; P < 0.05) различий средних значений массы тела, измеренной в одно и то же время, у особей из разных местообитаний помечены разными буквами.

Основными зарегистрированными причинами смерти в первые 7 мес. лабораторного содержания были истощение, избыточное ожирение, патологии сердечно-сосудистой, респираторной и пищеварительной систем. Анализ кривых выживания выявил достоверное влияние уровня антропогенной нагрузки на дожитие узкочерепных полевок в лаборатории (X ² = 6.7; P < 0.05). Кумулятивная доля выживших на конец февраля 2020 г. была минимальна для особей из местообитаний с высокой антропогенной нагрузкой (рис. 2).

Рис. 2.

Кумулятивная доля выживших особей из местообитаний с разной антропогенной нагрузкой при лабораторном содержании. Условные обозначения см. на рис. 1.

Двухфакторный дисперсионный анализ при использовании в качестве независимых переменных пола животного и уровня антропогенной нагрузки не выявил достоверного влияния изучаемых факторов на частоту проявления поведенческих актов, отражающих двигательную активность и эмоциональность в тесте открытого поля, эмоциональность в тесте черно-белая камера и агрессивность в тесте парного ссаживания (во всех случаях P > 0.05). Фактор антропогенной нагрузки оказывал достоверное влияние на исследовательскую активность в тесте черно-белая камера (F_2.47 = 3.7; P < 0.05) и аффилиативное поведение животных в тесте парного ссаживания (F_2.47 = 3.5; P < 0.05). Особи из местообитаний с умеренной нагрузкой демонстрировали достоверно меньшее число актов исследовательского и достоверно большее число актов аффилиативного поведения (рис. 3), чем особи остальных групп (тест Тьюки, P < 0.05).

Рис. 3.

Значения индексов исследовательского (светлые столбики) и аффилиативного (темные столбики) поведения у особей из местообитаний с разной антропогенной нагрузкой: I – слабая, II – умеренная , III – сильная. Здесь и на рис. 4 случаи достоверных (Тьюки HSD тест; P < 0.05) различий средних значений одного и того же признака у особей из разных местообитаний помечены разными буквами.

Двухфакторный дисперсионный анализ не выявил влияния уровня антропогенной нагрузки на величину стандартного энергообмена, но показал значимый эффект пола животных (F_1.46 = 3.7; P < 0.05): у самцов был достоверно более низкий стандартный обмен, чем у самок: 4.0 ± 0.2 и 4.5 ± ± 0.2 мл/г ⋅ ч соответственно (t₅₀ = 2.0; P < 0.05). На величину максимального обмена достоверное влияние оказывала только степень антропогенной нагрузки (F_1.46 = 3.7; P < 0.05): у особей из местообитания с высокой антропогенной нагрузкой были достоверно более низкие значения этого показателя (рис. 4), чем у особей двух других групп. Пол животного и степень антропогенной нагрузки на местообитание не оказывали статистически значимого влияния на разность ректальных температур, измеренных у животного до и после теста. Не выявлено статистически значимого влияния рассматриваемых факторов и на содержание метаболитов кортикостерона в фекалиях, собранных в живоловках в момент отлова в природе. Вместе с тем коэффициент вариации значений этого показателя у животных, отловленных в местообитаниях с высокой антропогенной нагрузкой (104.6%), был значительно выше, чем в местообитаниях c умеренной (73.6%) и низкой (57.5%) нагрузкой за счет выраженной правосторонней асимметрии частотного распределения значений.

Рис. 4.

Средние значения стандартного (светлые столбики), максимального (темные столбики) энергообмена и разности ректальных температур, измеренных до и после теста (линия), у особей из местообитаний с разной антропогенной нагрузкой.

Данные отловов в августе 2019 г. показывают, что, как и повсеместно в степной зоне Северной Кулунды, в районе Карасукского стационара узкочерепная полевка является массовым видом грызунов [10]: на территории площадью около 6 га за три дня было отловлено 67 особей. И хотя учеты численности не входили в задачи исследования, тем не менее можно констатировать, что плотность популяции на данной территории как минимум превышает 10 особей на 1 га. Пространственно-этологическая структура изучаемой популяции типична для вида в целом: полевки формировали изолированные поселения, приуроченные к участкам предпочитаемой растительности. Количество отловленных в каждом таком поселении особей колебалось от 2 до 8, однако ограниченность периода отлова (не более 12 ч на одном месте) не позволила надежно оценить их состав. Тем не менее очевидно, что в конце лета в популяции численно преобладают неполовозрелые особи с примерно равным соотношением полов, как это было отмечено и в предыдущих исследованиях, посвященных изучению демографии узкочерепной полевки [9, 10]. Судя по встречаемости перезимовавших особей в отловах первой половины лета, продолжительность жизни зверьков позднелетних генераций в природе может достигать 12 мес., хотя значительная их часть погибает в течение холодного времени года по независящим от возраста причинам.

Можно предполагать, что в контролируемых условиях лаборатории риск гибели особи зависит от того, в каком состоянии она находилась в момент отлова, и прежде всего от ее исходного физического состояния, упитанности, эндокринного и иммунного статуса.

Сравнение физического состояния, физиологического статуса и поведения узкочерепных полевок, отловленных в территориально смежных местообитаниях с разным уровнем антропогенной нагрузки, выявило существенные различия между населяющими их особями. Прежде всего это касается динамики массы тела, которая наряду с поведенческим репертуаром и уровнем стрессированности рассматривается как один из основных критериев благополучия животных при их содержании в неволе [17]. Неполовозрелые особи, отловленные на территории стационара в непосредственной близости от строений, по массе тела в момент отлова не отличались от особей, отловленных на периферии стационара и за его пределами, но быстро набирали массу и затем сохраняли ее на постоянном уровне в течение трех последующих месяцев. У особей, отловленных в местообитаниях с умеренной и слабой антропогенной нагрузкой, масса тела после отлова оставалась неизменной или даже снижалась.

Можно предполагать, что на животных, живущих в непосредственной близости от человека, отлов и помещение в лабораторию не оказывают такого ощутимого стрессового воздействия, как на животных из естественных местообитаний. Оказавшись в комфортных условиях с неограниченным доступом к калорийной пище, эти животные начали быстро накапливать жир. Наличие избыточного подкожного жира является значимым фактором терморегуляции, позволяя эндотермным животным поддерживать температурный гомеостаз без дополнительных энергозатрат на теплопродукцию [18]. Именно с этим, очевидно, связано отсутствие межгрупповых различий по разности ректальных температур, измеренных до и после холодового теста, при достоверно более низком уровне максимального обмена у особей из местообитаний с высокой антропогенной нагрузкой. Кроме того, необходимо учитывать, что жировая ткань является метаболически инертной и не влияет на величину энергообмена на уровне целого организма [19]. Тощую массу, более точно отражающую удельную интенсивность метаболизма, в данной работе мы не оценивали, но можно предполагать, что межгрупповые различия по этому показателю не были бы значительными.

Особи из местообитаний с разным уровнем антропогенной нагрузки достоверно не различались по фоновому уровню глюкокортикоидов, показателем которого является содержание метаболитов кортикостерона в фекалиях [20]. Тем не менее выраженная правосторонняя асимметрия распределения этого показателя у особей из местообитаний с высокой антропогенной нагрузкой свидетельствует о том, что по крайней мере некоторые особи в момент отлова были достаточно сильно стрессированы. Поскольку временной промежуток от повышения секреторной активности надпочечников до поступления метаболитов глюкокортикоидов в фекалии составляет у мышевидных грызунов не менее 4–6 ч [15], можно полагать, что стресс в данном случае не был связан с процедурой отлова. Исходя из наблюдаемых частот распределения, можно предполагать, что особи, обитающие в непосредственной близости от строений, чаще других подвергаются стрессам, но достаточно быстро восстанавливают гормональный баланс.

Высокая стрессоустойчивость и быстрая адаптация к изъятию из естественной среды обитания узкочерепных полевок, живших рядом с человеком, не обеспечили, однако, их успешного выживания при длительном содержании в лаборатории. В первые месяцы после отлова смертность у особей, отловленных в местообитаниях с высокой антропогенной нагрузкой, была значительно выше, чем в двух других группах, однако причину их более высокой смертности при визуальном осмотре выявить не удалось. Лишь в одном случае гибель могла быть связана с избыточным ожирением. Тем не менее полученные данные отчетливо показывают, что обитание животного рядом с человеком еще не является гарантией его успешного содержания в неволе.

Интересны и результаты анализа поведения узкочерепных полевок в стандартных лабораторных тестах. В целом поведенческая реакция животных на экспериментально смоделированные эмоциональные стрессоры была однотипной, однако по ряду показателей животные из местообитаний с умеренной антропогенной нагрузкой достоверно отличались от остальных, демонстрируя пониженную исследовательскую мотивацию и большее “миролюбие” по отношению к конспецификам. Это свидетельствует о преобладании проактивного (пугливого) поведенческого типа [21] в местообитаниях, где контакты с человеком носят спорадический характер. Следует отметить, что именно эти особи лучше всего выживали в лаборатории в первые месяцы после отлова.

При анализе полученных результатов неизбежно возникает вопрос о непосредственных механизмах наблюдаемых различий по устойчивости животных к действию антропогенных факторов. Территориальная близость точек отлова и отсутствие естественных преград между ними исключают возможность существования нескольких изолированных и генетически разнородных внутрипопуляционных группировок с разнонаправленными векторами отбора на стрессоустойчивость. С другой стороны, можно предположить, что расселение молодых зверьков в неоднородном пространстве происходит направленно – в соответствии с их индивидуальными психофизиологическими особенностями: пугливые особи выселяются за пределы стационара, а более устойчивые к действию стрессоров перемещаются (или вытесняются) в зону с высокой антропогенной нагрузкой.

Следует также учитывать, что многие поведенческие и физиологические характеристики у млекопитающих программируются в раннем онтогенезе под воздействием стресс-стимулов, опосредованных реакцией материнского организма [22]. Поскольку объектами исследования были молодые зверьки, возраст которых на момент отлова не превышал 1–1.5 мес., можно предполагать, что их текущее физиологическое и эмоциональное состояние отражало интегрированную стрессированность беременных самок, величина которой варьировала в зависимости от местоположения колонии. Не исключено, что долгосрочные последствия стрессов, испытанных на ранних этапах онтогенеза, являлись одной из причин пониженной выживаемости зверьков, отловленных в местообитаниях с высокой антропогенной нагрузкой, при их лабораторном содержании.

Таким образом, при попытке выявить у узкочерепной полевки фенотип, оптимальный для лабораторного содержания, мы столкнулись с парадоксальным результатом. Особи, обитающие в условиях высокой антропогенной нагрузки и чаще других контактирующие с человеком, легче переносят отлов и транспортировку, однако по не ясным до конца причинам имеют достаточно низкую остаточную продолжительность жизни в неволе. Наиболее пригодными для доместикации оказались узкочерепные полевки, обитающие в условиях умеренной антропогенной нагрузки.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 19-04-00929). Авторы благодарят В.А. Шило за содействие в организации полевых работ, И.А. Поликарпова и А.А. Халина – за помощь в получении фактических данных.

Авторы подтверждают отсутствие конфликта интересов. Методы отлова и содержания животных были адаптированы к особенностям биологии исследуемого вида, чтобы свести к минимуму вредные и стрессовые последствия содержания в неволе. Климатические режимы в лабораторных помещениях были комфортными для животных, рацион был сбалансированным и включал все питательные вещества, необходимые для нормального роста и развития. Помещения периодически стерилизовались с помощью кварцевой лампы. Фактор беспокойства был сведен к минимуму. Все экспериментальные процедуры выполнялись с осторожностью и в соответствии с местными и национальными законодательными требованиями. Протокол работы, утвержденный комиссией по этике ИСиЭЖ СО РАН, соответствует положениям Хельсинкской декларации.