Известия РАН. Серия биологическая, 2022, № 6, стр. 626-635

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Основу статьи составляют морфометрические исследования 77 тушек колонка, собранных в бассейне средней Лены в 2003–2018 гг. Дополнительно были измерены 53 черепа колонков Центральной Якутии из зоологической коллекции Института биологических проблем криолитозоны СО РАН за 1950–1980 гг. Приведены промеры 124 черепов колонка из Западной Сибири, 16 черепов из бассейна р. Амур, 3 – из Забайкалья, 1 – из бассейне р. Кама, хранящихся в зоологическом музее Института систематики и экологии животных СО РАН (г. Новосибирск). Масса тела дана по тушкам без шкурок. Для краниологической характеристики использованы 8 признаков: кондилобазальная длина, общая длина, основная длина, длина лицевого отдела, длина мозгового отдела, скуловая ширина, межглазничная ширина, мастоидная ширина. Возраст определяли по числу годовых слоев в цементе клыка (Клевезаль, 2007).

Степень полового диморфизма оценивали в процентах по формуле D = X_♂ – X_♀ ⁄X_♀ × 100, где D – величина полового диморфизма, X♂ и X_♀ – средние величины признаков для самцов и самок (Павлинов, Россолимо, 1974).

Статистический анализ и визуализацию проводили в программной среде для статистических вычислений R-Project функция 'hclust', использовали метод минимальной дисперсии Уорда для поиска компактных сферических кластеров (https:// www.rdocumentation.org/packages/stats/versions/3.6.2/topics/hclust).

Выделение ДНК проводили фенольно-хлороформным методом из фиксированной в 96%-ом этаноле мышечной ткани (Sambrook et al., 1989). Выделенную ДНК хранили при температуре 4°C. Выполнен анализ изменчивости первой субъединицы гена цихром b мт ДНК, амплифицированного в полимеразной цепной реакции с использованием разработанных внешних праймеров MmarL1 5'‑GACAAAATCCCATTCCACC-3' Forward и MmarH1 5'-GTAATTA ATATACTACAAAGACT-CTTCATTT-3' Reverse. Амплификацию фрагмента проводили в реакционной смеси объемом 20 мкл. Программа амплификации фрагмента цитохрома b включала этап первоначальной денатурации ДНК: +95°C – 5 мин; 32 цикла синтеза фрагмента: +95°C – 1 мин, +56°C – 50 с, +72°C – 1 мин 15 с; заключительный этап достройки концов: +72°C – 5 мин. В результате амплификации фрагмента гена были получены последовательности длиной в 600 нуклеотидных оснований (н.о.). Полученные ПЦР продукты очищали с помощью набора реактивов “БИОСИЛИКА” (Новосибирск, Россия) и секвенировали по прямому и обратному праймерам на автоматическом анализаторе ABI 3130xl Genetic Analyser (“Applied Biosystems”) в компании “Синтол”. Затем нуклеотидные последовательности выравнивали с помощью алгоритма ClustalW и редактировали вручную. Полученные последовательности были депонированы в базу данных GenBank и их номера приведены в табл. 1.

Для выявления полиморфизма нуклеотидных последовательностей использовали следующие параметры: число полиморфных (сегрегирующих) сайтов (S), число гаплотипов (h), разнообразие гаплотипов (H_d), нуклеотидное разнообразие (π), среднее число нуклеотидных различий (k). Все расчеты выполняли в программе DnaSP v. 5.10 (Librado, Rozas, 2009). Кроме собственного материала из бассейнов среднего течения р. Лены (Центральная Якутия) и верхнего течения р. Бия (Республика Алтай) в генетический анализ включены данные по нуклеотидным последовательностям у колонка в других частях ареала из базы данных GenBank NCBI (табл. 1). Географическое распространение использованных в работе гаплотипов колонка показано на рис. 1.

Рис. 1.

Географическое распределение гаплотипов колонка в ареале (1 – Урал; 2 – Басс. верхнего течения реки Обь (Алтай); 3 – Забайкалье; 4 – Басс. нижнего течения реки Вилюй (Якутия); 5 – Басс. средней Лены (Якутия); 6 – Басс. нижнего течения реки Алдан (Якутия); 7 – Басс. реки Амур (Приморье); 8 – П-ов Корея; 9 – Архипелаг Цусима; 10 – Остров Хонсю (Япония); 11 – Остров Тайвань). Величина кружков пропорциональна размеру выборок.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Половые и возрастные различия морфологических признаков колонка в Якутии мало изучены. Величина полового диморфизма колонков в возрасте до 1 года (7–10 мес) по массе тела составляла 62.9%, по длине – 14.1%. У взрослых зверьков межполовые различия выражены резче. По длине тела они достигали 19.3%. По массе взрослые самцы были, в среднем, в 2.2 раза тяжелее взрослых самок (табл. 2). Молодые самки уступали взрослым самкам по массе и длине тела на 4 и 2%. У молодых и взрослых самцов эти показатели отличались на 28 и 6% соответственно, свидетельствуя о большей продолжительности весового и линейного роста у самцов-сеголетков, чем у одновозрастных самок. По длине стопы и хвоста молодые и взрослые зверьки практически не отличались.

По большинству краниологических показателей молодые и взрослые самцы статистически значимо превосходили одновозрастных самок (p < 0.01). Величина полового диморфизма увеличивалась с возрастом. По кондилобазальной длине у молодых самцов и самок она составляла 11.2%, у взрослых – 16.3%, по скуловой ширине соответственно 14.0 и 20.9%. Возрастные различия по промерам черепа среди самок не отмечены. Размеры черепа взрослых самцов по шести признакам из восьми были больше, чем у молодых самцов (p < 0.01), что, как и приведенные выше данные по массе и длине тела, указывает на их более длительный рост в сравнении с самками (табл. 3).

Сравнение средних показателей размеров черепа колонка из бассейнов рр. Лены, Амура и Западной Сибири показало, что в обеих половых группах среднеленские зверьки более сходны с западносибирскими, менее – с амурскими. Малочисленная выборка черепов из Забайкалья не использовалась в данном анализе.

Результаты кластерного анализа краниологических показателей самцов и самок из пяти географических популяций колонка демонстрируют дендрограммы, показанные на рис. 2. Среди самок в основании дендрограммы расположились амурские и забайкальские зверьки, среднеленские, обские (западносибирские) и одна особь из бассейна р. Кама образовали хорошо дифференцированный кластер. Среди самцов основание дендрограммы образуют среднеленские и обские колонки, а отдельный кластер – амурские и забайкальские. Таким образом, межпопуляционное сравнение размеров черепа колонка по средним показателям и их кластерный анализ, дают сходные результаты. В обоих случаях среднеленские колонки обнаруживают большое морфологическое сходство с западносибирскими, а забайкальские с амурскими зверьками.

Рис. 2.

Географическая дифференциация колонка по краниометрическим признакам (а – самки, б – самцы) методом минимальной дисперсии Уорда.

Изменчивость митохондриальной ДНК в разных частях ареала колонка относительно высокая (табл. 4). Якутский (среднеленский) колонок на этом фоне отличается относительно большим гаплотипическим разнообразием и пониженным уровнем нуклеотидного разнообразия. В целом на территории России показатели генетической изменчивости несколько ниже, чем в Корее и Японии.

На медианной сети гаплотипов колонка выделены три гаплогруппы, характеризующие филогенетические взаимоотношения между географическими популяциями вида (рис. 3).

Рис. 3.

Медианные сети гаплотипов колонков: 1 – О-в Тайвань (белый); 2 – Архипелаг Цусима и о-в Хонсю (серый); 3 – Забайкалье (темно-серый); 4 – П-ов Корея (черный); 5 – Приморье (бассейн Амура) (белый с черным кругом); 6 – Урала (Челябинская, Сверловская области) (серый с черным кругом); 7 – Якутии (Лено-Алданское и Лено-Вилюйское междуречья) (черный с белым кругом); 8 – Алтая (басс. р. Бия) (белый с черным прямоугольником); 9 – Черная окружность обозначает необнаруженные или вымершие гаплотипы. Цифры на связях отражают число замен между гаплотипами. Размер кругов (от 1 до 5) соответствует количеству особей, представляющих данный гаплотип.

В первую группу (I) вошли в основном гаплотипы колонка Алтая, Урала, Якутии, Забайкалья и одного образца из Приморья. Во вторую гаплогруппу (II) вошли главным образом колонки п-ова Корея, архипелага Цусима, а также одна особь из Приморья. В пределах этой группы обособлены колонки с гаплотипами Н_10, Н_11 и Н_12. Третью четко обособленную группу (III) образовали колонки с о-вов Тайвань и Хонсю. Наиболее удален в ней гаплотип H_14 (о-в Хонсю, Япония), связанный со второй и третьей гаплогруппами посредством 7 мутационных шагов и необнаруженного или вымершего гаплотипа.

Максимальные значения показателя межпопуляционной подразделенности F_ST получены при попарном сравнении географически наиболее удаленных континентальных популяций с популяцией Японского архипелага (табл. 5). В других вариантах попарного сравнения выборок значения F_ST были довольно низкими (от 0.131 до 0.670; в среднем, 0.411).

Тест на нейтральность эволюции Tajima’s в рассматриваемых популяциях дал отрицательные и недостоверные значения, как для отдельных выборок, так и для всей гаплогруппы (табл. 6). Отрицательная и на грани достоверности величина отмечена только для выборки с Японского архипелага. Показатели теста Fu’s Fs также в основном отрицательны и в большинстве случаев статистически незначимы. Отрицательное достоверное значение отмечено для объединенной выборки забайкальских и приморских колонков, а также для всей исследованной выборки. Величина Фу для гаплотипов колонка с Японских островов имеет положительное значение.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Морфология. Колонок характеризуется хорошо выраженным половым диморфизмом массы и размеров тела и черепа. Наибольшие половые различия у взрослых колонков выявлены по массе тела, которые у самцов были вдвое больше, чем у самок. Это согласуется с литературными данными по разнице массы тела у самцов и самок разных видов куницеобразных, включая колонка, варьирующей в пределах от 1.4 у куницы и солонгоя до 3.1 раз у итатси (Терновский, Терновская, 1994). Возрастная динамика массы и величины тела и черепа у молодых самцов колонка занимает более продолжительный период, чем у самок; они позже достигают веса и размеров взрослых животных.

По данным В.А. Тавровского и др. (1971), полученным в середине прошлого столетия, средние показатели массы и длины тела взрослых самцов (353 ± 10.4 г и 332 ± 3.0 мм) и самок (203 ± 7.0 г и 277 ± 4.0 мм) якутского колонка значительно меньше (p < 0.01), чем в нашей выборке (см. табл. 2). Как мы полагаем, это связано с использованием разных методов определения возраста и разным возрастным составом исследованных зверьков, а не с реальным увеличением их размеров. Такие же различия выявляются по кондилобазальной длине, скуловой и мастоидной ширине черепа у самцов (p < 0.01), у самок эти показатели сходны, кроме мастоидной ширины (p < 0.01). Сравнение наших выборок черепов взрослых колонков (1–3+ года) за 1950–1980 гг. и 2000-е гг. не выявило хронологической изменчивости, их размерные характеристики соответствовали таковым M. s. sibirica.

Изменчивость митохондриальной ДНК. По уровням гаплотипического и нуклеотидного разнообразия среднеленская популяция колонка близка к сибирским популяциям вида. Изначально низкая эффективная численность и пониженный биотический потенциал подобных группировок при накоплении генетической изменчивости могут значительно повышаться, обеспечивая популяционный рост (Avise, 2000). В Приморье, Японии и на Корейском п-ове колонок характеризуется генетическими параметрами предковых популяций.

Филогения. Медианная сеть гаплотипов колонка на значительной части Северной Азии четко разделена на гаплогруппы. Континентальные популяции образуют две группы, соответствующие подвидовому разделению на дальневосточную (M. s. manchurica Pall., 1911) и сибирскую формы (M. s. sibirica Pall., 1773) (Аристов, Барышников, 2001). В группу manchurica вошли преимущественно гаплотипы колонка из Приморья и п-ова Корея, в группу sibirica – из бассейнов р. Лены и р. Оби.

Предполагается, что расселение колонка из коренного ареала на юго-востоке Азии и Приморья происходило в постледниковый период и продвинулось до западных пределов в первой половине XIX в. (Кассал, 2013). Это подтверждается отсутствием плейстоценовых находок колонка в северной части современного ареала, а также низкими и в большинстве своем недостоверными значениями Tajima’s D и Fu’s Fs в сибирских популяциях (Ishikawa и др., 2020; наши данные).

На юге Дальнего Востока ископаемые останки колонка известны с позднего плейстоцена (Алексеева, Барышников, 2020). В Средней Сибири, на севере Приангарья они датируются ранним голоценом (8–10.3 тыс. л. н.) (Клементьев, 2014). В бассейн средней Лены он проник, в среднем, голоцене во время климатического оптимума и окончательного формирования современной растительности (6–5 тыс. л. н.) (Боескоров, Барышников, 2013). Однако остаются неизвестными границы распространения и численность колонка в этом регионе. В документах о ясачных сборах в Якутии в XVII в. упоминаются все массовые пушные виды – соболь, лисица, песец, горностай, белка, однако сведения о колонке отсутствуют. Не упоминается мех колонка в описаниях одежды народов Якутии в XVII–XVIII в. (Гаврильева, 2000; Миллер, 2009). Сообщения о заготовках колонка появляются только в начале XIX в., причем сразу о больших их объемах. В 1837–1843 гг. из Якутии ежегодно вывозилось от 1050 до 5000 шкурок этого вида (Некоторые замечания о Якутской ярмарке, 1817; Павлов, 1972; Дьяконов, 1990). Изложенное может объясняться двумя причинами: поздним вовлечением в пушной рынок шкурок колонка вследствие снижения численности и добычи более популярных пушных видов; подъемом численности колонка и повышением эффективности его промысла. Одним из факторов этого роста численности могло быть снижение угнетающего пресса со стороны соболя, истребленного к тому времени на больших территориях. Их обостренные межвидовые отношения и агрессивность соболя по отношению к колонку наблюдались во многих частях ареала (Тимофеев, Надев, 1955; Войлочников, 1977; и др.).

Идентичность морфо-генетических признаков якутского колонка с сибирскими популяциями, а также сравнительно позднее появление в Якутии свидетельствуют о сложной истории освоения им данного региона. Из этих и палеонтологических данных (см. выше) можно предположить, что первоначально расселение колонка из исходного ареала шло в западном направлении – в Среднюю и Западную Сибирь. Заселение колонком холодных районов Якутии было вторичным явлением в этом процессе, возникшим по мере адаптации и формирования новых популяций в Сибири, а затем расширения их ареала на северо-восток.

Финансирование. Исследования выполнены в рамках проектной части государственного задания в сфере научной деятельности Министерства науки и высшего образования РФ по теме FSRG-2020-0019 “Био- и хеморазнообразие экосистем, эволюция и генетические особенности биоиндикаторов Восточной Сибири и разработка технологий освоения возобновляемых растительных ресурсов”, 2020–2022 гг. и “Структура и динамика популяций и сообществ животных холодного региона Северо-Востока России в современных условиях глобального изменения климата и антропогенной трансформации северных экосистем: факторы, механизмы, адаптации, сохранение” (номер гос. регистрации АААА-А17-117020110058-4)

Соблюдение этики работы с животными. Все применимые международные, национальные и/или институциональные принципы ухода и использования животных были соблюдены.

Конфликт интересов. Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.