Molecular-genetic characteristic of Pelophylax esculentus complex from the eastern range of distribution (Volga region, .pdf Введение Изучению европейских зеленых лягушек (Pelophylax esculentus complex) посвящено значительное количество исследований, затрагивающих разнообразные аспекты их биологии. Причиной такого интереса к видам, составляющим комплекс, без сомнения является уникальный характер их взаимодействия в процессе воспроизводства, как во времени, так и в пространстве, что достаточно подробно описано в литературе начиная с Л. Бергера [1]. В настоящее время известно не менее 7 типов популяционно-генетиче-ских систем зеленых лягушек [2, 3]. Один из вопросов, связанных с существованием гибридогенного вида съедобной лягушки Pelophylax esculentus (Linnaeus, 1758) в рамках взаимодействия с родительскими видами - это особенности соотношения тех или иных популяционно-генетических систем в различных частях ареала. При анализе пространственного распределения видов на территории Волжского бассейна по сравнению с популяциями из более западных частей ареала «.. .создается впечатление о существовании определенного своеобразия в распространении зеленых лягушек.» [4]. В Поволжье наблюдается относительно частая встречаемость популяци-онных систем R-E-L-типа (включает все три вида комплекса - Pelophylax ridibundus (Pallas, 1771), P. esculentus, P. lessonae (Camerano, 1882)) и смешанных популяций озерной и прудовой лягушек, размножающихся без образования гибридов (L-R-тип). Кроме того, в регионе съедобная лягушка распространена сравнительно редко. Одна из причин этого, по-видимому, связана с распространением в Поволжье прудовой и, как следствие, съедобной лягушек на восточной периферии ареала. В Республике Татарстан и на сопредельных территориях находки съедобной лягушки немногочисленны [5-8], на основании чего предложено внести вид во второе издание Красной книги РТ. Ситуация осложняется присутствием в регионе выделяемой в последнее десятилетие «восточной» формы (P. cf. bedriagae), морфологически представляющей озерную лягушку. Последние работы, выполненные на основе генотипирования, свидетельствуют о достаточном присутствии аллелей «восточной» формы на территории Самарской, Саратовской и Пензенской областей [9-11]. В связи с вышесказанным цель исследования заключается в уточнении и анализе данных по распространению съедобной лягушки у восточной границы ареала и выявлении распределения двух форм озерной лягушки - «западной» и «восточной» - на основе генетических маркеров. Материалы и методики исследования Материал собран в 2013-2014 гг. в долине р. Волга, в северо-западной части РТ. Для генетического анализа взяты пробы тканей у особей, морфологически определенных как озерная Pelophylax ridibundus (Pallas, 1771), прудовая P esculentus (Linnaeus, 1758) и съедобная P lessonae (Camerano, 1882) лягушки. В анализе использовано 34 зеленых лягушки из следующих локалитетов (рис. 1): Рис. 1. Фрагмент карты Приказанья с точками сбора материала. Обозначения точек соответствуют нумерации, приведенной в тексте: Р - Раифский участок, С - Саралинский участок Волжско-Камского заповедника [Fig. 1. Part of Prikazanie map with the points of material collection. Indications of the points correspond to the numbers in the text: Р - Raifa site, С - Saralinsky site of the Volzhsko-Kamsky National Nature Biosphere Reserve] 1. «Шатуниха», оз. Шатуниха, полуоткрытое пойменное, охранная зона Раифского участка Волжско-Камского заповедника (далее - ВКГПБЗ), Зеленодольский р-н (N55'929671°; E48'773849°), n = 2. 2. «Белое Безводное», оз. Белое Безводное, карстовое озеро, Раифский участок ВКГПБЗ, Зеленодольский р-н (N55'924670°; E48'767112°), n = 2. 3. Озеро Большое Голубое, лесной водоем карстового происхождения, на границе г. Казани и Высокогорского р-на РТ (N55'899677°; E49'163693°), n = 2. 4. «Казань», водно-болотный комплекс у Парка Победы внутри городской застройки, г. Казань (N55'833292°; E49'112189°), n = 7. 5. «Свияга», берег водохранилища близ о. Свияжск, постоянный водоем в прибрежной приливной зоне, Зеленодольский р-н (N55'786148°; E48'7134317°), n = 11. 6. «Ключищи», берег водохранилища близ с. Ключищи, открытый водоем, образованный родниковыми стоками, Верхне-Услонский р-н (N55'682178; E48'967400), n = 3. 7. «Антоновка-1», озеро, пос. Антоновка, Камско-Устьинский р-н (N55'310464°; E49'142439°), n = 2. 8. «Антоновка-2», берег водохранилища, пос. Антоновка, Камско-Устьинский р-н (N55'316064°; E 49'162792°), n = 2. 9. «Саралы», берег водохранилища, Саралинский участок ВКГПБЗ, Лаи-шевский р-он (E49'25571°; N55'27598°), n = 3. Для выделения ДНК использовалась часть пальца передней конечности амфибий, взятая прижизненно и зафиксированная в 96% этаноле. Молеку-лярно-генетический анализ проведен в лаборатории молекулярной экологии и систематики животных при кафедре зоологии и экологии Пензенского государственного университета по методикам, указанным в работах [9, 11]. Использовались 2 молекулярно-генетических маркера: для анализа материнских линий - фрагмент первой субъединицы гена цитохром оксидазы COI мтДНК («DNA barcodes», [12]), для идентификации криптических форм озерной лягушки, их гибридов и съедобной лягушки на геномном уровне -интрон 1 гена сывороточного альбумина SAI-1 яДНК [13]. Результаты исследования и обсуждение Результаты молекулярно-генетического анализа изученных экземпляров зеленых лягушек приведены в таблице. В озерах Раифского участка ВКГПБЗ (точки 1 и 2) выявлены только «чистые» виды (с генотипом прудовой и «западной» формы озерной лягушки). Известно, что в пределах Pelophylax esculentus комплекса существует определенная приуроченность к тому или иному типу биотопов для каждого из видов: озерная лягушка в большей степени приурочена к открытым биотопам (пойменные водоемы, водохранилища и карьеры), прудовая лягушка чаще всего отмечается в лесных биотопах (лесные озера, пруды, болота). Съедобная лягушка встречается чаще всего в опушечных, а в пределах Волжского бассейна занимает и сходные с прудовой лягушкой биотопы [14]. В пределах Раифского участка ВКГПБЗ ситуация несколько иная. В оз. Белое-Безводное (точка 2), относящемся к водоемам лесного типа, выявлена популяционная система R-типа, что подтверждает результаты анализов, полученные ранее методом проточной ДНК-цитометрии [6]. В оз. Шатуниха (точка 1), расположенном в 700 м от оз. Белое-Безводное, сосуществуют озерная и прудовая лягушки (R-L-тип). Оба водоема входят в единую гидрологическую систему рек Сумка и Сер-Булак. К ней также относятся расположенные вблизи (1-4 км) озера Илантово, Гнилое и Линево, населенные популяциями L-типа (рис. 2). Водоток рек Сумка и Сер-Булак объединяет оз. Раифское. В настоящее время это единственное в Раифском участке озеро, где сосуществуют озерная, прудовая и съедобная лягушки (R-E-L-тип). Гибридизация также происходит в оз. Круглое, но здесь наблюдается наиболее распространенная популяционная система L-E-типа. В реках Сер-Булак и Сумка, представляющих собой основные водотоки Раифской части ВКГПБЗ и связывающих воедино остальные водоёмы, отмечена только озерная лягушка (R-тип) [6]. Генетическая характеристика изученных выборок лягушек Pelophylax esculentus комплекса [Genetic characteristic of the studied samples of Pelophylax esculentus complex] Локалитет [Location] Тип ПС [PS type] Генотип [Genotype] № яДНК [nuclear DNA] мтДНК [mtDNA] n 1 Шатуниха [Shatunikha] R-L RR LL R L 1 1 2 Белое-Безводное [Beloe-Bezvodnoe] R RR R 2 3 Большое Голубое [Bol'shoe Goluboe] E BL B 2 4 Казань E RL L 5 [Kazan'] RL R 2 RR R 4 5 Свияга [Sviyaga] R-E RR RB RL B R L 2 4 1 6 Ключищи [Klyuchishchi] R RR RB R B 2 1 7 Антоновка-1 R RR R 1 [Antonovka-1] RR B 1 8 Антоновка-2 R RR R 1 [Antonovka-2] RR B 1 9 Саралы [Saraly] R RR B 3 Примечание. ПС - популяционная система; R - аллели «западной» формы озерной лягушки; B - «восточной» формы; L - прудовой лягушки. [Note. ПС - population system, R - alleles of Rana ridibunda "western" form, B - "eastern form", L - Rana esculenta] Таким образом, формирование смешанных популяционных систем в Ра-ифской части ВКГПБЗ происходит за счет проникновения озерной лягушки из Волги в биотопы, населенные прудовой лягушкой. Смешанные популяци-онно-генетические типы (L-E,R-E-L) существуют в нижней части гидрологической сети исследованной территории. В водоемах лесной части гибридизация озерной и прудовой лягушек не отмечена. В перспективе данный процесс ведет к значительному изменению или замещению существующих популяционных систем. Рис. 2. Распределение популяционных систем зеленых лягушек в Раифском участке ВКГПБЗ [Fig. 2. Distribution of Pelophylax esculentus complex population systems in Raifa site of the Volzhsko-Kamsky National Nature Biosphere Reserve] До недавнего времени данные об обитании съедобной лягушки на территории РТ основаны на исследовании морфологических признаков [15-17]. В отдельных точках обитание вида подтверждено методом проточной ДНК-цитометрии [4]. Достоверно выявленные местообитания съедобной лягушки также известны на территории г. Казани и в Раифском участке ВКГПБЗ [6, 18]. Нами съедобная лягушка обнаружена к востоку от Раифского участка ВКГПБЗ, в оз. Голубое (точка 3), расположенном на северной окраине г. Казани. Озеро относится к пойме р. Казанка с ключами и выходами солоноватых вод, характеризуется холодноводным гидротермическим режимом и гидрокарбонатным типом воды. Такая специфика обусловливает низкую численность земноводных. Отметим, что у обеих отловленных здесь особей P. esculentus донором митохондриального и ядерного гаплотипов озерной лягушки выступает ее «восточная» форма P. cf. bedriagae (см. ниже). Выборка из точки 4 (г. Казань, Парк Победы) целиком представлена съедобными лягушками, в ядерном геноме которых, в отличие от точки 3, обнаружены аллели «западной» формы P. ridibundus. По материнской линии две особи содержали мтДНК «западной» формы озерной лягушки, остальные пять - прудовой лягушки. Водно-болотные биотопы в этой точке являются остатком поймы р. Казанка, трансформированной в результате воздействия подпора водохранилища и нарушения гидрологического режима при застройке. Ранее в этой части поймы методом проточной ДНК-цитометрии выявлена прудовая лягушка [17]. Поскольку данных о наличии в этом водоеме озерной лягушки нет, можно говорить о формировании в этой точке по-пуляционной системы E-L-типа. В популяции зеленых лягушек близ устья р. Свияга (точка 5) преобладает озерная лягушка: из 11 особей четыре имели специфичную для P. ridibundus комбинацию маркеров мтДНК и яДНК, т.е. диагностировались как генетически «чистая» «западная» форма. Шесть лягушек имели гибридное происхождение, четыре из них представлены гетерозиготными по маркеру яДНК экземплярами с мтДНК «западной» формы, а две совмещали в генотипе маркеры двух форм - яДНК «западной» и мтДНК «восточной». Единственная особь съедобной лягушки имела вариант ядерного генома «западной» формы озерной лягушки, а митохондриального - P lessonae. Факт обнаружения P esculentus в правобережье Волги близ устья р. Свияга отмечается впервые. Точка 5 географически отдалена от ближайших известных находок прудовой и съедобной лягушек на западе, севере и востоке [5, 7, 8] на расстояние порядка 135-180 км. Полученные данные позволяют предположить, что здесь формируется популяционная система R-E-типа. Сведения о популяциях такого типа в Поволжье имеются в Ульяновской области [4], указываются для Самарской области [19], в Мордовии известна единственная популяция [20]. Одним из объяснений находки может быть версия о проникновении прудовой или съедобной лягушек с левобережья Волги. В качестве способствующих проникновению факторов можно отметить зарегулированный сток, разнонаправленность течений Волги и Свияги (запад-восток и юг-север соответственно), а также множество островных включений и отмелей на обширном устьевом участке р. Свияга. В остальных исследованных точках (6-8) Правобережья Волги съедобная лягушка не выявлена. В пределах Саралинского участка ВКГПБЗ (точка 9) в силу различия условий наблюдается экологическая дифференциация зеленых лягушек, характерная для видов Pelophylax esculentus комплекса в бассейне р. Волга [14]. В акватории этой части заповедника обитают прудовая и озерная лягушки [15, 16, 21], микропопуляции которых занимают водоемы различного типа. В открытых частях Куйбышевского водохранилища держится исключительно озерная лягушка, а прибойные явления и отсутствие развитой водной растительности препятствуют проникновению R. lessonae. Поскольку сбор генетических образцов произведен только в прибойной линии водохранилища, гаплотипы прудовой лягушки в наших материалах отсутствуют. Закрытые протоки, внутренние и временные водоёмы биотопически тесно сообщаются с остальной частью водохранилища и населены особями с морфологией как озерной, так и прудовой лягушек (предположительно R-L-тип). Открытость и связанность водоемов дают основание предполагать взаимопроникновение особей из различных экологических микропопуляций и гибридизацию видов. В отношении «восточной» формы озерной лягушки недавно показано, что северная граница распространения ее аллелей в правобережном Поволжье практически достигает 54° параллели [9]. Выявленная нами генетическая структура прибрежных популяций Куйбышевского водохранилища (точки 5-8) (гетерозиготность по маркеру яДНК и наличие аллелей мтДНК обеих форм озерной лягушки), расположенных на достаточном удалении друг от друга (=55 км), свидетельствует о гибридизации «восточной» и «западной» форм и позволяет отодвинуть границу этой зоны к северу почти до 56° с. ш. Точка 3 в правобережье Волги севернее г. Казань (оз. Голубое), в которой выявлен гаплотип «восточной» формы, на сегодняшний день является крайним северо-восточным пунктом обнаружения в Поволжье мтДНК P. cf. bedriagae. Вместе с тем факты выявления аллелей «восточной» озерной лягушки в Заволжье, как на Саралинском участке ВКГПБЗ, так и в оз. Голубом, могут быть объяснены естественными и антропогенными причинами. В первом случае в качестве наиболее эффективного вектора распространения можно рассматривать явление орнитохории, поскольку долина Волги со всеми прилегающими водоемами исторически является одним из основных путей миграции птиц водного и околоводного комплекса [22]. Данное предположение не исключает заноса носителей и водным транспортом. Заключение Полученные в результате молекулярно-генетического анализа данные расширяют наши представления о распространении видов P. esculentus комплекса на территории Республики Татарстан. Местообитания съедобной лягушки в большей степени связаны с водоемами, подвергшимися влиянию деятельности человека. Скудные сведения о распространении, численности и биологии съедобной лягушки вновь поднимают вопрос о включении вида в очередное издание Красной книги РТ со статусом «недостаточно изучен». Пример Раифского участка Волжско-Камского заповедника свидетельствует о продолжающемся процессе изменения и формирования популяционно-ге-нетических систем зеленых лягушек. Решение вопроса о видовой самостоятельности лягушки P. cf. bedriagae, исследование границ ее ареала и явления гибридизации представляют интерес в зоогеографическом и эволюционном аспектах. Данные молекулярно-генетического анализа расширяют зону симпатрии и гибридизации «западной» и «восточной» форм озерной лягушки в Поволжье до 56° с.ш.

Скачать электронную версию публикации