Известия РАН. Серия биологическая, 2023, № 5, стр. 581-594

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Данные по динамике численности волка и лося представлены архивными материалами ЗМУ лаборатории зоологии ИБ КарНЦ РАН по Республике Карелия за период с 1965 по 2021 гг. и отдельно по Кондопожскому району РК за 2001–2021 гг. Сведения по добыче волков с 1965 по 2010 гг. из того же архива, а для периода 2011–2021 гг. предоставлены Министерством природных ресурсов и экологии Республики Карелия (МПРиЭ РК).

В рамках выполненного исследования рассматривались аспекты пространственной организации вида на экспериментальной территории. Поскольку изучение собственно пространственной экологии волка не входило в задачи исследования, то мы ограничились составлением генерализованного представления о территориальной структуре населения волка Кондопожского района РК. Эта работа выполнена для анализа изменений популяционной структуры вида изучаемой территориальной группировки под влиянием охоты. Для фиксации границ семейных участков мы использовали ряд независимых источников, данных: опросные сведения районного государственного инспектора, охотоведов и охотников, первичные материалы ЗМУ и акты добычи животных. Общая картина складывалась из многолетних наблюдений стай и одиночных волков и их следов в разные сезоны года, встреч выводков, мест групповой вокализации, расположения логовищ, традиционных маршрутов волков и мест их добычи. Подчеркиваем, для нас не стояло задачи охарактеризовать пространственную организацию семейных групп волков, но при этом было важно понять в целом границы занимаемых ими участков.

За период исследований было собрано 111 проб биоматериала (мышечные ткани, шкуры) от легально добытых волков в Кондопожском районе РК с 2012 по 2022 гг. с указанием: пола, возраста животного, числа особей в группе, способа добычи, даты, географических координат и ряда других дополнительных параметров. Полученные образцы по координатам системы GPS соотносились с территориями стай. Для последующего генетического анализа из указанной выше выборки были использованы 60 образцов. Дополнительно мы использовали 30 образцов волков со всей территории Карелии. Таким образом, общий объем биоматериала использованного для анализа контрольного региона I мтДНК составил – 90 проб.

ДНК из биоматериала выделяли с помощью набора Qiagene DNeasy Tissue kit (Qiagen), следуя инструкции производителя.

Изучение генетического разнообразия, динамики пространственно-временной структуры населения вида в районе исследований, филогеографической характеристики выполнены с использованием фрагмента контрольного региона I мтДНК длиной 350 п.н. (Saccone et al., 1987). Использованы универсальные праймеры Thr-L 15926 5'-CAATTCCCCGGTCTTGTAAACC-3' и DL-H 16340 5'-CCTGAAGTAGGAACCAGATG-3' (Vilà et al., 1999).

Амплификацию фрагмента контрольного региона I мтДНК проводили в объеме 25 µл, содержащим 16.5 µл H₂O, 5 µл Screen Mix (Евроген), 1 µл каждого праймера (10 μM, Синтол) и 1.5 µл матричной ДНК. Протокол ПЦР: первоначальная денатурация при 95°С в течение 3 минут, 35 циклов – 20 с при 95°С, 20 с при 52°С и 20 с при 72°С, финальная элонгация в течение 5 мин при 72°C. Определение нуклеотидных последовательностей амплифицированного участка мтДНК было проведено по методу Сэнгера в двух направлениях с применением наборов для секвенирования ДНК BigDye Terminator 3.1. (Applied Biosystems, США) и генетического анализатора Seqstudio (Applied Biosystems). Полученные последовательности были отредактированы вручную и выравнены в программе MEGA11 (Tamura et al., 2021) при помощи алгоритма ClustalW. Гаплотипическое (Hd) и нуклеотидное (Pi) разнообразие рассчитывались в программе DnaSP 5.0 (Librado, Rozas, 2009).

Филогенетическая реконструкция проведена в MEGA11 методом ближайшего соседа (Saitou, Nei, 1987) в 1000 бутсреп репликациях. Эволюционные расстояния подсчитаны по методу Тамура-Ней (Tamura, Nei, 1993).

Все материалы ЗМУ, данные по добытым животным и полученные последовательности гаплотипов внесены в специально подготовленные формы в программе Excel. Геоинформационная система экспериментальной территории в комплексе с анализируемыми данными создана на базе программ: SASPlanet.190707 и QGIS Desktop 3.4.14.

Динамику численности волка описывает линейная модель, расчеты для нее выполнены в программе RStudio 2021.09.1+372 “Ghost Orchid” с использованием пакета “basicTrendline” (Mei, Yu, 2020).

Для анализа связей в системе “хищник-жертва-охота” были рассчитаны ранговые коэффициенты корреляции Спирмена в программе STATGRAPHICS Plus Version 5.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Характеризуя динамические показатели населения волка с начала нового тысячелетия, отмечается тенденция к сокращению его численности, как на экспериментальной территории в Кондопожском районе, так и в целом в подзоне средней тайги Карелии (рис. 1). Линейные модели, построенные в программе RStudio для описания этих процессов, показывают достоверное снижение численности вида на обеих территориях (рис. 2).

Рис. 1.

Динамика численности лося в подзоне средней тайги в Карелии (1), в Кондопожском районе РК (2) и волка для тех же территорий, соответственно (3) и (4), а также добыча волка в Кондопожском р-не РК (зеленые столбики). По оси абсцисс – годы. По оси ординат: а – число следов лося и волка на 10 км маршрута; б – количество волков добытых в Кондопожском р-не РК, экз.

Рис. 2.

Модель, описывающая динамику численности волка в подзоне средней тайги (а) и в Кондопожском районе (б) Карелии. По оси абсцисс – годы. По оси ординат – число следов волка на 10 км маршрута.

Анализируя взаимоотношения в системе “хищник-жертва” с учетом тайм лага на экспериментальной территории с 2000-х гг., взаимосвязь динамик численности видов не прослеживается (r = –0.220; p = 0.337). Значимых достоверных корреляционных связей между изменениями численности хищника и жертвы (r = 0.006; p = 0.985), добычей волка и динамикой волка (r = 0.194; p = = 0.559) и лося (r = 0.456; p = 0.171) на изучаемой территории не выявлено. Точно также отсутствуют достоверные корреляционные связи между динамикой численности волка и лося в подзоне средней тайги (r = –0.373; p = 0.104). Рассматривая изменение этих параметров в большей разрядности на территории всего региона – Республика Карелия и за более продолжительный период времени, выявлено (рис. 3):

Рис. 3.

Динамика численности лося (1) и волка (2), а также добыча волка в Карелии (3). По оси абсцисс – годы. По оси ординат: число следов волка (а) и лося (б) на 10 км маршрута; В – количество волков, добытых Карелии, экз.

1) согласованность хода численности волка и лося с 1965 по 2000 гг. (r = 0.707; p = 0.0001);

2) связи между добычей волка и ходом его численности в этот период (r = 0.245; p = 0.1727), а также лося (r = –0.038; p = 0.8302) выявлено не было;

3) отсутствие зависимости изменений динамики численности хищника от таковых жертвы за 2001–2021 гг. (r = –0.286; p = 0.200);

4) в этот же время увеличение добычи волка положительно сказывается на популяционной динамике лося (r = 0.733; p = 0.001) и, что очевидно, отрицательно − на ходе численности самого хищника (r = –0.566; p = 0.011).

В указанную выше матрицу расчета корреляционных связей мы включили и данные по динамике зайца-беляка в Карелии. Оказалось, что для периода 1965–2000 г. существует значимая связь в паре волк-заяц (r = 0.607; p = 0.001), но в отличие от пары волк-лось, в случае с зайцем она сохраняется и в новом тысячелетии (r = 0.474; p = 0.034).

Общая биогеографическая характеристика населения волка Фенноскандии представлена на рис. 4а. Прослеживается изолированность шведско-норвежской популяции, выраженная мозаичность финской и равномерное население волка на юге и в центральной Карелии, тогда как север, включая Мурманскую область, напротив заселен хищником неравномерно, присутствие волка непостоянно, а численность его там низка.

Рис. 4.

Местоположение района исследований – красный прямоугольник и здесь же распространение волка в Фенноскандии по: Kaczensky et al, 2021, дополненное нашими данными для Кольско-Карельского региона (а). Места добычи волков (1)*, полигоны соответствующие территориям занимаемыми разными стаями (2), особи с указанием пола, даты добычи и цветовым обозначением соответствующего гаплотипа мтДНК OP503597 (3)** и OP503598 (4), на территории Кондопожского муниципального района (б). * – точка на карте, в нескольких случаях, совпадает для животных, добытых в одной и той же локации, ** – стайные особи сгруппированы вместе.

Данные по добыче волков, их семейным участкам и гаплотипам мтДНК, принадлежащим разным стаям, отмечены на карте Кондопожского района (рис. 4б). На территории района нами установлены участки обитания пяти стай (рис. 4б), что не исключает наличия территорий других семей.

Результаты оценки генетического разнообразия представлены в табл. 1. Полученная выборка разделена на два кластера: 1 – Кондопожский р-н РК (n = 60); 2 – Республика Карелия (n = 32, включая два образца с территории Кондопожского р-на). Всего было получено три гаплотипа: два принадлежали волкам и один собаке. Полученные нуклеотидные последовательности волков были депонированы в международной базе данных GenBank с номерами доступа: OP503597 и OP503598. При сравнении с данными из GenBank установлено: Гаплотип № 1 (OP503597) ранее был отмечен у волков из России, в частности из района Уральских гор, а так же в Латвии, Финляндии и Швеции. Гаплотип № 2 (OP503598) полностью совпал с гомологичными нуклеотидными последовательностями фрагмента контрольного региона I мтДНК волка из России, Латвии, Эстонии, Польши, Беларуси, Украины, Швеции, Норвегии и Финляндии (Ellegren et al., 1996; Vilà et al., 1999; Randi et al., 2000; Valière et al., 2003; Flagstad et al., 2003; Leonard et al., 2005; Bjornerfeldt et al., 2006; Weckworth et al., 2010; Pilot et al., 2010; Hindrikson et al., 2012). Доля гаплотипа №1 в исследованной выборке составила 67%.

В филогенетический анализ включена 31 последовательность контрольного региона мтДНК длиной 308 п.н., из них два гаплотипа, полученных в нашей работе, 28 из GenBank и в качестве “внешней группы” одна нуклеотидная последовательность шакала – OL323053 (Rykov et al., 2022) (рис. 5, табл. 2).

Рис. 5.

Филогенетическое дерево контрольного региона мтДНК волка, построенное методом ближайшего соседа.

Отмеченные нами гаплотипы распределены по территории Карелии довольно равномерно, однако гаплотип № 1 распространен более широко и дальше на север (рис. 6).

Рис. 6.

Распределение гаплотипов контрольного региона мтДНК волка по территории Карелии: 1 – гаплотип №1 OP503597; 2 – гаплотип № 2 OP503598; 3 – “гибрид”, гаплотип собаки Canis familiaris L.

В ходе анализа материалов по добыче волка и гаплотипического разнообразия контрольного региона I мтДНК в районе исследований отмечены особенности организации пространственно-временной структуры популяции. На рис. 4 показана территория стаи WP5, здесь в течение одного месяца 2013 г. вокруг пос. Кяппесельга были добыты шесть волков, пять из которых имели гаплотип № 2, а один № 1. Вероятно, они принадлежали одной стае, однако достоверно степень родства этих животных нам не известна. Из-за постоянного пресса охоты стая здесь сформировалась только к 2018 г. и была изъята. Эта семья состояла из шести особей (три самца и три самки), имевших особенности окраса – ярко выраженный рыжеватый оттенок. Животные вели полусинантропный образ жизни – питаясь отходами форелевого хозяйства, что возможно объясняет и особенности окраса зверей. Пять членов этой стаи имели гаплотип №1, от одной особи биоматериал не был получен. Позднее и по настоящий момент на этой территории добывают одиночных особей с вариациями двух упомянутых гаплотипов, но с преобладанием № 1. Семья волков на территории WP2 была изъята в 2019 г., все особи имели гаплотип №1, в последующем здесь добывали особей с гаплотипом № 2. Осенью 2019 г. на территории WP1 обитала стая из восьми волков, из них в декабре этого же года добыли двух самцов (2+ и 3+). Оставшиеся 6 зверей ушли в заповедник “Кивач”, расположенный полностью внутри территории WP1. Однако в феврале 2020 г. эти волки покинули ООПТ “Кивач” и были отстреляны, включая матерых самца и самку пяти лет. Все восемь членов этой стаи имели гаплотип № 1. Уже осенью 2020 г. по периферии территории WP1 стали добывать отдельных зверей с гаплотипами № 1 и № 2. Единственная смешанная группа волков, отмеченная в сопроводительных документах к добыче, как стая, состоявшая из трех особей с гаплотипами № 1 (две особи) и № 2 (одна особь), была добыта на территории WP3 в 2019 г. Участок стаи WP4 (рис. 4) с юго-восточной стороны изображен с зубчатым краем, поскольку нам неизвестно где оканчивается территория данной семьи. На обсуждении этой стаи мы не будем останавливаться, поскольку здесь в разные годы были добыты всего три одиночных волка.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

История волков Фенноскандии мало чем отличалась от всего, что происходило c крупными хищниками в западной Европе. В Скандинавии (Швеции и Норвегии) волки перестали существовать в середине XX в. (Wabakken et al., 2001), а еще раньше примерно к 1920-м гг., эти хищники практически исчезли с территории Финляндии (Pulliainen, 1980). В первой половине XX века в Карелии, особенно в северной ее части, волк был крайне редок, а последующий рост его населения совпал с интенсивным лесопромышленным освоением республики и увеличением численности лося (Данилов и др., 2020а). Возникнув вновь в начале 1980-х гг., скандинавская популяция волков и по сей день остается практически изолированной (Smeds et al., 2021). В отношении финской популяции считается, что она на всех этапах своего развития до начала нового тысячелетия отражала колебания численности карельской (российской) (Aspi et al., 2006).

Современная численность волка в Карелии примерно вдвое ниже, чем в 1970–1980-е гг., при этом, добыча вида достигла и даже превышает показатели того периода. С 2005 г. отмечается более чем пятикратный рост ежегодной добычи волков с 40 до 236 в 2018 г. (по материалам государственной экологической экспертизы лимитов добычи охотничьих животных МПРиЭ РК). Нелегальной добычи волков в регионе нет. Разрешения на охоту доступны и за добытого волка выплачивается премия. Кроме того, с 2018 г. у охотников появилась возможность получить дополнительную лицензию на добычу лося за истребление волков, что стало очередным триггером интенсификации этого процесса (рис. 3). Активизация охоты не замедлила сказаться на численности волка. Все это происходит на фоне длительной депрессии численности зайца-беляка, начавшейся в конце 1980-х гг. По мнению некоторых исследователей (Данилов и др., 1979; Руковский, 1985 и др.), уровень численности зайца может иметь критическое значение для выживания волчьих выводков. В пользу высказанного предположения говорит и отмеченная нами сильная корреляционная связь между изменениями численности этой пары. Постепенно к XXI в. естественные факторы, в частности популяционная динамика основной жертвы – лося, перестают быть ведущими, и на первый план выходит деятельность человека в виде охоты. Прямым следствием добычи волка является сокращение численности его населения. Впоследствии, вероятно срабатывает некий каскадный эффект, отражающийся на многих аспектах популяционной структуры. Частое истребление стай или регулярная потеря их членов приводит к разрушению социальной структуры, ротации размножающихся особей, изменению физиологического статуса животных, снижению успешности размножения и выживаемости молодняка, инбридингу и гибридизации (Рябов, 1973; Jędrzejewska et al., 1996; Grewal et al., 2004; Brainerd et al., 2008; Bryan et al., 2015 и др.). Однако как частный случай активная охота может способствовать увеличению генетического разнообразия, но при условии интенсивного притока особей с других территорий (Jędrzejewski et al., 2005). Тем не менее, итогом чрезмерного изъятия животных является потеря уникальных генов и общее обеднение генофонда, как это было показано на примере частично изолированной скандинавской популяции волка (Kardos et al., 2018; Smeds et al., 2021).

Не располагая демографическими показателями на текущий момент, судить о доле изымаемых особей, их “удельном весе” в популяции в ходе охоты трудно, мы можем попытаться сделать это только приблизительно. В случае с самым “оптимистичным” прогнозом для рассматриваемой популяции, опираясь на данные приводимые П.И. Даниловым (2005) для Карелии, даже если соотношение полов близко к 1 : 1, а в размножении участвуют до 70% всех самок, охотничье изъятие будет соответствовать показателям воспроизводства популяции после естественной смертности сеголетков к началу зимнего периода. Таким образом, пополнение возможно только за счет притока особей извне, а этого, судя по трендам численности, не происходит в достаточной степени (рис. 2 и 3).

В представленной работе мы использовали анализ мтДНК, являющийся инструментом разнообразных филогенетических построений и филогеографических исследований, редко используемый для изучения современных событий. Однако в своих рассуждениях мы шли от общей картины гаплотипического разнообразия региона к пониманию механизмов его формирования через анализ современных локальных популяционных преобразований. За период наблюдений на изучаемой территории нам удалось определить несколько семейных участков волков и проследить за судьбой обитавших там стай. Выполненный нами генетический анализ показал, что в целом пул гаплотипов мтДНК волков Карелии (рис. 6) и района исследований (рис. 4б) неуникален и представлен всего двумя распространенными в Евразии вариантами (рис. 5). Исходя из этих предпосылок, предполагалось, что характер динамики гаплотипического разнообразия в результате охоты состоял в “перетасовке” имеющихся двух вариантов. По трем стайным участкам WP1, WP2 и WP5 информация была наиболее подробной. Три стаи, обитавшие на этих территориях, полностью состояли из особей “носителей” гаплотипа №1 (рис. 4б). Это говорит в пользу родства их членов в результате материнского типа наследования мтДНК, но и самцы-основатели этих стай так же не отличались гаплотипами. Известно, что в естественных условиях ядро популяции формирует семья-стая, в которой обычно в размножении участвует только α-пара. В случае с нарушенной популяционной структурой в размножение могут вступать особи разного возраста, социального статуса и даже близкого родства (Данилов и др., 1985; Ballard et al., 1987; Mech, 1999; Fuller et al., 2003; Юдин, 2013). Однако и эта вынужденная реакция имеет свои биологически обусловленные пределы, ярким примером служат наблюдения за волками на острове Айл-Рояль, когда небольшая и в определенный момент своего существования изолированная популяция, оказывается не в состоянии преодолеть комплекс внутривидовых ограничений и последствий, вызванных инбридинговой депрессией (Hedrick et al., 2019). Рассматривая наш пример, возможно, что наблюдаемая структура есть результат построения семей близкородственными особями (у всех один гаплотип, притом, что в регионе распространены два) в условиях постоянного преследования, а, следовательно, и стресса животных. В этом смысле интересна история волков с семейного участка WP5 (рис. 4б). В самом начале наших наблюдений в 2013 г., здесь поодиночке добыли шесть зверей, пять из которых были с гаплотипом № 2, а один с № 1, возможно, что они были из одной стаи. История этой группы была прервана, и впоследствии здесь обосновалась стая с гаплотипом № 1, но и она закончила свое существование в 2018 г. Таким образом, полностью стираются все генетические линии, присущие конкретным семьям, и если это происходит до дисперсии молодых, то эти преобразования уже необратимы. Масштабность вмешательства в естественные генетические процессы волка Карелии становится очевидной на фоне общего регистрируемого в настоящий момент уровня добычи этого вида (рис. 3).

Следующий механизм, включающийся в условиях жесткой нехватки особей своего вида – межвидовая гибридизация. В относительно небольшой выборке с территории Карелии (n = 32), по крайней мере, один из исследованных нами образцов принадлежал волко-собачьему гибриду (рис. 6). Материнский тип наследования мтДНК предполагает, что (про)матерью гибрида была собака. Для гибридизации между волками и собаками характерна половая асимметрия и описанный вариант межвидового скрещивания встречается редко, чаще волчица, оставшись одна, подбирает себе в пару кобеля собаки (Hindrikson et al., 2012). Данная проба получена из северной Карелии, где плотность популяции ниже, а распределение волчих стай носит мозаичный характер (Данилов, 2005). Сочетания условий сильно разреженного населения вида и интенсивной охоты на него, по всей видимости, оказалось достаточно для появления редкого по характеру происхождения гибрида. В результате неизбирательная охота ведет к “засорению” генома дикого вида, что ставит вопросы правового характера о статусе популяции и перспективах ее дальнейшего “легального” существования. Эти вопросы являются предметом широкого обсуждения в Европе, а на практике в Скандинавии действует правило незамедлительной выбраковки гибрида из природы, что обеспечивает генетическую “чистоту” популяции, несмотря на высокую инбредность (Liberg et al., 2012; Smeds et al., 2021).

В биогеографическом смысле фауна млекопитающих Карелии относится к Восточной Фенноскандии и функционально связывает Фенноскандию с европейским севером России и далее на восток, причем реализуется она ограниченно посредством работы трех экологических коридоров (Linden et al., 2000; Курхинен и др., 2006). Ряд видов диких животных в Финляндии восстановились и существуют за счет “донорства” популяций с территории Карелии. Данное утверждение справедливо в отношении таких зверей как лесной северный олень (Данилов и др., 2020б), росомаха (Данилов, Тирронен, 2010) или волк (Pulliainen, 1980). В свою очередь, население волка Скандинавии характеризуется общностью происхождения с финско-российской популяцией, которая по результатам полногеномного секвенирования объединена в один кластер (Smeds et al., 2021). При этом в отношении двух территориальных субъединиц географически и генетически единой популяции финско-карельских волков реализуются совершенно разные стратегии управления. Охота на волка в Финляндии и Скандинавии – сложный процесс согласования и поиска компромисса многих заинтересованных сторон с европейскими директивами в отношении крупных хищников. В целом добыча невелика, а управление в большей степени сводится к охране, хотя отмечается и браконьерство в форме социального протеста (Suutarinen, Kojola, 2018; Liberg et al., 2020). Кардинальные различия в подходах популяционного менеджмента волков двух стран сказываются на трендах численности вида. В новом тысячелетии они находятся в противофазе (Aspi et al., 2009; Suutarinen, Kojola, 2017). Более того, в генетической структуре населения волков двух стран также проявляются различия. Так Янссон с соавторами (Jansson et al., 2012) указывают на снижение потока генов из России в Финляндию по мере роста численности вида в последней. Это может объясняться “насыщением” и стабилизацией популяционной семейной структуры волков этой территории. Э. Ранди отмечает, что для демографически стабильных популяций, по-видимому, характерен очень ограниченный поток генов (Randi, 2011). Очевидно, в такой системе происходят процессы характерные для естественной популяции за пределами периода экспансии. Более того, оценка направлений потоков недавней миграции, показала, что в большей степени он идет из Финляндии в Россию, чем наоборот (Aspi et al., 2009). В отсутствии других источников для обмена генетическим материалом, финская и скандинавская популяции уязвимы и крайне нуждаются в связи с “материнской” – российской и интенсивном обмене мигрантами для поддержания жизнеспособности и нивелирования эффектов изоляции (Jansson, 2013; Laikre et al., 2016). Однако на современном этапе ситуация обратная – теперь финская популяция волков выступает в роли донорской.

Гаплотипическое разнообразие контрольного региона мтДНК волков Финляндии, представлено в статье Э. Ранди с соавторами (Randi et al., 2000), а обнаруженные ими последовательности загружены в GenBank (AF115692, AF115693, AF115698). После выравнивания фрагментов по длине они полностью совпали с двумя гаплотипами, полученными в нашей работе (OP503597, OP503598). Ретроспективный анализ динамики гаплотипического полиморфизма мтДНК волков за минувшее столетие в Финляндии показал, что всего существовало восемь гаплотипов, пять из которых к настоящему времени уже утрачены в современной популяции (Jansson, 2013). На сегодняшний день, для волка Евразии отмечено 57 гаплотипов, из которых 41 уникальны для территории России (Нечаева и др., 2022). Авторы этого исследования полагают, что волки лесной и лесостепной зон России формируют ядро генофонда вида в Палеарктике. Таким образом, на фоне выраженного разнообразия (заметим, что исследованиями охвачен далеко не весь ареал), генетическая структура мтДНК волка изучаемого региона выглядит обедненной. Наиболее очевидно, это объясняется историей вида, этапами сильного сокращения численности и эффектом “бутылочного горлышка”.