Генетика, 2020, T. 56, № 7, стр. 848-854

Острова способствуют формированию новых видов, поэтому согласно концепции “горячих точек биоразнообразия”, которая была предложена в 1988 г. [1], имеют большое значение для сохранения биоразнообразия в мировом масштабе. Благодаря большому количеству и разнообразию островá залива Петра Великого представляют удобную модель для изучения микроэволюционных процессов в малых изолированных популяциях млекопитающих, в том числе и грызунов. В заливе Петра Великого (Японское море) имеется более 40 островов, окончательно отделившихся от материка 8–11 тыс. лет назад в ходе морской трансгрессии на рубеже плейстоцен-голоцен, ассоциированной с потеплением климата [2]. Максимальная ширина проливов, составляет не более 15 км, и в настоящее время популяции мелких грызунов на них изолированы друг от друга и от материка [3]. На островах залива Петра Великого обитает 17 видов млекопитающих [3], из которых наибольший интерес представляет дальневосточная полевка Alexandromys fortis (Buchner, 1889) поскольку является самым распространенным видом. Этот вид зарегистрирован на всех о-вах за исключением о-вов Стенина [4, 5], Верховского и Аскольд [3]. Следует отметить, что популяции данного вида способны существовать даже на очень маленьких островах, поскольку обладают внутренними механизмами регуляции плотности населения [5], и на большинстве мелких островов представлены единственным видом млекопитающих. На прилежащей материковой части дальневосточная полевка имеет широкий ареал и в настоящее время является одним из фоновых видов открытых пространств [6]. Согласно палеонтологическим данным появление дальневосточной полевки в пещерах Южного Приморья датировано поздним плейстоценом [7]. При этом согласно данным В.Е. Панасенко и М.П. Тиунова [8] в период 30–24 тыс. лет назад (л. н.) этот вид был обычен в раскопках, а начиная с 24–21 тыс. л. н. частота встречаемости остатков вида резко сократилась вплоть до начала голоцена (10 тыс. л. н.). Это вероятно обусловлено последним климатическим минимумом в Южном Приморье, который по данным Короткого с соавт. был 20–18 тыс. л. н. [2].

Исследования древней ДНК являются важным инструментом оценки влияния событий, происходивших в прошлом, на генетическое разнообразие видов, поскольку они позволяют проводить непосредственное сравнение существующих и древних (часто исчезнувших) гаплотипов [9]. Более тридцати лет прошло с тех пор как научились выделять ДНК из ископаемых остатков [10, 11]. Но до сих пор виды, для которых проанализирована древняя ДНК, единичны, при этом для грызунов исследований с древней ДНК значительно меньше [12–15], чем для крупных млекопитающих [16–24]. Дальневосточная полевка является одним из представителей грызунов, для которых имеются данные по древней ДНК [25]. Предварительный анализ древних образцов ДНК дальневосточной полевки, выделенных из ископаемых зубов (обнаруженных в разновозрастных слоях), был проведен авторами из отложений пещеры Медвежий Клык (рис. 1), расположенной на юге Приморского края (43°01′43′′ N, 133°01′23′′ E). Пещера является колодцем карстового происхождения, в которой было выделено 13 слоев, а глубина раскопа составила 5.3 м [8]. Слои формировались в конце плейстоцена и голоцена 11–45 тыс. л. н. [26], при этом предполагаемый возраст для слоя 7 (13 790–14 200 лет) был определен по данным радиоуглеродного анализа.

Рис. 1.

Места сбора материала.

Задача настоящего исследования состояла в сравнении древних гаплотипов мтДНК с современными распространенными в островных популяциях дальневосточной полевки Alexandromys fortis залива Петра Великого (Японское моря). И прояснить вопросы, касающиеся того, как происходило заселение островов и как быстро менялись гаплотипы и их распределение с течением времени.

В работе были использованы короткие последовательности контрольного региона мтДНК, полученные из тканей особей дальневосточной полевки, отловленных на островах залива Петра Великого с прибрежной материковой части ареала (табл. 1, рис. 1). Последовательности основных гаплотипов, выявленные у ныне живущих полевок, внесены в GenBank/NCBI под номерами: HM135816, HM135817, HM135819, HM135820, HM135826, HM135834–HM135837, HM135839, HM135840 и HM135845 [27]. Кроме этого в анализ включены восемь последовательностей (KJ207305, KJ207309, KJ207318, KJ207325, KJ207344, KJ207347, KJ207368 и KJ207373), которые принадлежат трем линиям мтДНК (“North”, “South” и “GX”), обнаруженным в Китае [28]. А также семь последовательностей древней мтДНКа взяты из GenBank/NCBI под номерами KT438867–KT438874 [25].

Редактирование и выравнивание полученных последовательностей проводили с использованием программы BioEdit 7.0.9.0 [29]. Сеть гаплотипов построены при помощи программы Network 5.0.1.1 метод “median joining” [30].

После выравнивания длина участка контрольного региона составила 344 пн. Полученные фрагменты контрольного региона мтДНК содержали 29 вариабельных сайта (табл. 2): 7 трансверсий (Tv) и 22 транзиций (Ts). Всего для полевок островов залива Петра Великого обнаружено 16 гаплотипов (табл. 1 и 2), из которых восемь оказались уникальны. Остальные гаплотипы: Н1 обнаружены у семи экземпляров, Н13 – у шести, Н7 – у пяти, Н9 – у четырех, Н15 – у трех полевок и три гаплотипа (Н3, Н10 и Н14) у двух. Все проанализированные особи разделились на три филогенетические линии (табл. 2), которые согласуются с линиями “North”, “South” и “GX”, выделенными ранее на территории Китая [28]. При этом все особи о-вов залива Петра Великого попали в одну филолинию “North”. К этой же линии были отнесены образцы древней ДНК и ныне живущие особи с прибрежной материковой части ареала.

При более детальном рассмотрении гаплотипы полевок залива Петра Великого можно разделить на две группировки (табл. 2). К первой относятся гаплотипы полевок архипелага Римского-Корсакова (о-ва Матвеева и Большой Пелис), они имеют фиксированные отличия по четырем сайтам. При этом в сайтах 131 и 226 фиксируется тимин (табл. 2) не только в популяциях полевок о-вов Матвеева и Большой Пелис, но и в филогруппах “South” и “GX” соответственно, а в сайте 241 фиксируется цитозин так же как и в филогруппах “South” и “GX”. Ко второй группе относятся гаплотипы полевок всех остальных о-вов залива Петра Великого, а так же особей с прибрежной материковой части ареала.

Сравнение современных последовательностей с древними также подтверждает разделение гаплотипов филогруппы “North” на две группы (табл. 2). При этом часть последовательностей древней ДНК, имеет большее сходство с современными гаплотипами, фиксированными на архипелаге Римского-Корсакова (о-ва Матвеева и Большой Пелис). Тогда как другая часть последовательностей обнаружила большее сходство с гаплотипами полевок остальных островов залива Петра Великого и прибрежной материковой части ареала. При этом следует отметить, что все древние образцы схожие с гаплотипами полевок архипелага Римского-Корсакова датированы были как более старые >40 и >30 тыс. л. н. [25].

Для определения филогенетических отношений гаплотипов современных островных дальневосточных полевок и древних гаплотипов построена медианная сеть по принципу “median joining” (рис. 2). Гаплотипы, фиксированные на о‑вах Матвеева и Большой Пелис, формируют звездчатую структуру с анцестральным гаплотипом Н13. Звездчатая структура сети гаплотипов свидетельствует о монофилетическом происхождении этих популяции, а гаплотип Н13 по-видимому является предковым для остальных гаплотипов этой группы. Следует отметить, что два из четырех гаплотипов для о-вов Матвеева и Большой Пелис – общие, а остальные два уникальны для особей о‑ва Матвеева, что является подтверждением, что оба острова отделялись от материка единым блоком. Древние гаплотипы мтДНК, обнаруженные у образцов KT438871, KT438873 и KT438874, отличаются от анцестрального гаплотипа Н13 на 1–2 замены.

Рис. 2.

Филогенетическая сеть гаплотипов мтДНК дальневосточной полевки Alexandromys fortis. Размеры кружков на сети пропорциональны частотам вариантов мтДНК. Насечки на длинных ветвях сети указывают количество замен. Серым отмечены особи с о-вов архипелага Римского-Корсакова, черным – экземпляры с древней ДНК. Коды выборок соответствуют кодам в табл. 1.

Гаплотипы дальневосточной полевки других о-вов залива Петра Великого образуют более сложную структуру. В этой группе отмечено два наиболее широко распространенных гаплотипа Н1 и Н7, каждый из них встречается на трех удаленных друг от друга островах. Гаплотип Н1 обнаружен у всех особей о-ва Путятина, а также у полевок о-вов архипелага Императрицы Евгении (Рикорда и Пахтусова). Следует отметить, что именно гаплотип Н1 отмечен также у всех ныне живущих полевок на прибрежной материковой части ареала. Второй наиболее широко встречаемый гаплотип Н7 выявлен у полевок с о-вов Унковского, Лисий и Фуругельма. Гаплотипы, обнаруженные на островах Русский, Попова, Рейнеке и Клыкова, формируют на сети отдельную ветку, что свидетельствует о монофилетическом происхождении этих популяций. При этом основной гаплотип полевок этих островов (Н9) отличается от гаплотипа Н7 только одной нуклеотидной заменой (рис. 2). Следует отметить, что гаплотип Н7 полностью совпадает с одной из древних последовательностей мтДНК КТ438868, датированный 2–5 тыс. лет. Остальные древние последовательности имеют свои уникальные гаплотипы и отличаются от анцестрального гаплотипа этой группы (Н1) на 1–3 замены и образуют на сети отдельною ветку. Таким образом гаплотип Н7 можно считать единственным древним гаплотипом, сохранившимся на сегодняшний момент.

Своеобразная генетическая структура дальневосточной полевки могла сформироваться в результате сложной истории, предполагающей двухкратную экспансию вида на рассматриваемой территории, а структура сети отражает общие этапы формирования островных популяций вида на о-вах залива Петра Великого. На первом этапе, около 10 тыс. л. н. происходило отделение единым массивом о-вов Матвеева и Большой Пелис [3]. Этот этап находит свое подтверждение и по результатам генетического анализа, при этом на этих островах сохранились наиболее древние гаплотипы, которые в то время были распространены на северо-восточной части ареала вида. Вероятно после отделения этих островов на прилежащей материковой территории происходит смена основных гаплотипов, и островные популяции, отделившиеся позже чем 10 тыс. л. н., заселялись особями, имеющими другие гаплотипы более молодой линии. Факт смены гаплотипов находит свое отражение и в палеонтологической летописи, проявляясь как сокращение частоты встречаемости остатков вида с 24–21 тыс. л. н. до начала голоцена – 10 тыс. л. н. [8] и следующего за ним резкого подъема численности.

Таким образом, в результате сравнения древних гаплотипов мтДНК участка контрольного региона Alexandromys fortis (Buchner, 1889) из пещеры Медвежий Клык и современных гаплотипов полевок островных и прибрежных популяций залива Петра Великого (Японское море) показано, что у вида около 9 тыс. л. н. происходило сокращение численности, которое привело к смене основных гаплотипов. При этом на основной части ареала древние гаплотипы были утрачены, но они сохранились в изолированных островных популяциях.

Автор благодарен сотрудникам Дальневосточного морского заповедника за помощь, оказанную при сборе материала.

Работа выполнена при частичной поддержке гранта РФФИ 15-04-03871 и программы “Приоритетные научные исследования в интересах комплексного развития ДВО РАН” № 18-4-031.

Все применимые международные, национальные и/или институциональные принципы ухода и использования животных были соблюдены.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.