О генетической неоднородности населения озерных лягушек Крыма, выявляемой по результатам анализа митохондриальной и ядерной ДНК (pelophylax (ridibundus) complex; anura, ranidae)

Размещено на http://www.allbest.ru/

О генетической неоднородности населения озерных лягушек Крыма, выявляемой по результатам анализа митохондриальной и ядерной ДНК (Pelophylax (ridibundus) complex; anura, ranidae)

О.В. Кукушкин, А.Ю. Иванов, О.А. Ермаков

Аннотация

Актуальность и цели. Озерная лягушка, Pelophylax ridibundus (Pallas, 1771), представляет собой сложный комплекс критических видов и эволюционных линий с невыясненным таксономическим статусом. Низкий уровень репродуктивной изоляции между формами P. (ridibundus) complex обусловливает их способность к гибридизации, причем зоны интрогрессии могут распространяться на обширные территории. Целями данной работы являлись: изучение генетической структуры и особенностей пространственно-биотопического распределения «западной» и «восточной» форм озерной лягушки (соответственно, среднеевропейской линии P. ridibundus s. l. и анатолийской P. cf. bedriagae s. str.) на всей территории Крыма.

Материалы и методы. Проведен молекулярно-генетический анализ 188 особей озерной лягушки Pelophylax (ridibundus) complex из 55 географических пунктов Крымского полуострова по двум молекулярным маркерам - фрагменту первой субъединицы гена цитохром оксидазы мтДНК (COI) и первому интрону гена сывороточного альбумина (X4I-1) яДНК. Различия частот аллелей мт- и яДНК в различных ландшафтных областях полуострова (Равнинный Крым, Предгорье, Главная гряда, Южный берег) оценивались с помощью критериев хи-квадрат (х²) и Фишера. При анализе биотопического распределения поселений озерной лягушки с одним и двумя митотипами учитывались высота местности над уровнем моря, тип и местоположение водоема, характер растительности и степень антропогенного влияния.

Результаты. Анализ мтДНК показал наличие у 87 % особей озерных лягушек маркеров, специфичных для «восточной» формы, в то время как доля митотипов «западной» формы составила 13 %. По результатам анализа маркера яДНК, частоты аллелей, специфичных для P. cf. bedriagae и P. ridibundus, соотносились как 4:1. Большая часть находок лягушек с мтДНК «западной» формы приходится на северный макросклон Главной гряды, где данный митотип отмечен почти у 1/5 особей. Местоположение локалитетов «западной» формы приурочено преимущественно к бассейну реки Черная на юго-западе Крыма и прияйлинским местностям центрально-восточного участка Главной гряды. Популяции, в которых присутствуют особи с митотипом «западной» формы, тяготеют к малонарушенным лесным местообитаниям - ущельям горных рек, холодноводным источникам, озерам под пологом леса.

Выводы. Несоответствие частот распределения маркеров мт- и яДНК у озерных лягушек Крыма наряду с данными о ландшафтно-биотопическом распределении находок «западной» формы свидетельствует о сложной истории колонизации полуострова представителями P. (ridibundus) complex. По-видимому, вся территория Крыма должна быть относена к зоне гибридизации «западной» и «восточной» форм озерной лягушки. «Западная» форма, распространение которой на Крымском полуострове в настоящее время достаточно узко локализовано и связано с наиболее изолированными горными местностями, вероятнее всего, должна рассматриваться как реликт позднего плейстоцена.

Ключевые слова: Pelophylax ridibundus, Pelophylax cf. bedriagae, Крым, цитохромоксидаза, сывороточный альбумин, интрогрессивная гибридизация, реликты, плейстоцен, голоцен.

Abstract

Genetic heterogeneity of the marsh frog (Pelophylax (ridibundus) complex; anura, ranidae) population in Crimea revealed by mitochondrial and nuclear DNA analyses

O.V. Kukushkin, A. Yu. Ivanov, O. A. Ermakov

Background. According to current concept, the marsh frog, Pelophylax ridibundus (Pallas, 1771), is a diverse complex of cryptic species and evolutionary lineages with an unelucidated taxonomical status. The low level of reproductive isolation beetwen the forms of P. (ridibundus) complex defines their hybridizing potential, and besides the introgression zones could embrace quite large areas. The objectives of the current study was to dissect the genetic structure and features of spatial- biotopic distribution of “western” and “eastern” forms of a marsh frog (the middle- European lineage P. ridibundus s. l. and the Anatolian lineage P. cf. bedriagae s. str., respectively) throughout the Crimea.

Materials and methods. Molecular analysis of 188 individuals of a marsh frog from 55 sites at the Crimean Peninsula was based on two genetic markers: a fragment of the first subunit of cytochrome oxydase (COI) mtDNA gene, and the first intron of the serum albumin (X4I-1) nuDNA gene. Differences in allele frequencies in different landscape areas of the peninsula (Plain Crimea, Piedmont area, Main Range, Southern Coast) were assessed using Pearcon's chi-squared (x²) and Fisher's two-tailed tests. The analysis of the biotopic distribution of the of the marsh frog populations with one and two mitotypes was performed with considering of an altitude range above the sea level, water body type and location, vegetation type as well as the degree of anthropogenic disturbance.

Results. MtDNA marker-based analysis revealed the presence of “eastern” form specific mitotype in 87 % of marsh frog individuals, while the “western” form comprised only 13 %. In turn, nuDNA marker-based analysis showed that the frequency of alleles specific for P. cf. bedriagae and P. ridibundus was in 4:1 ratio. Frogs with mtDNA marker specific for the “western” form reside predominantly on northern macroslope of the Main Range, where this mitotype was found in almost 1/5 of the total sample of the assessed individuals, while frogs belonging to the “western” form are mainly confined to the Chernaya River basin in the south-west of the Crimean Peninsula and the pre-yaila (highland) terrains of the central-eastern part of the Main Range. It is noteworthy that the populations including individuals characterized by the “western” form mitotype prefer mostly undisturbed wooded habitats - the gorges of mountain rivers, cold-water springs and lakes under the forest canopy.

Conclusions. The discordant mt- and nuDNA markers distribution patterns in the Crimea along with the data on “western” form habitat distribution suggests a complex colonization history of the peninsula by representatives of P. (ridibundus) complex. Apparently, the hybridization of “western” and “eastern” forms of a marsh frog occured throughout the Crimea. Thus, the “western” form should be considered as a late Pleistocene relic, because its distribution in the Crimean Peninsula is restricted and associated with most isolated mountains areas.

Key words: Pelophylax ridibundus, Pelophylax cf. bedriagae, cytochrome oxydase mtDNA gene, serum albumin nuDNA gene, the Crimean Peninsula, introgressive hybridization, relics, Pleistocene, Holocene.

Введение

В недалеком прошлом озерная лягушка, Pelophylax ridibundus (Pallas, 1771), рассматривалась среди наиболее широкоареальных видов бесхвостых амфибий в фауне Западной Палеарктики. Согласно существовавшим во второй половине XX в. представлениям ареал вида “Rana ridibunda” охватывал колоссальную территорию в Северной Африке, Европе, Западной и Центральной Азии [1]. В последние 1,5-2 десятилетия сформировалось представление о P. ridibundus как о сложном комплексе критических видов и эволюционных линий с невыясненным таксономическим статусом [2-5]. Несмотря на достаточно древний возраст обособления генетических линий P. (ridibundus) complex (поздний миоцен - ранний плейстоцен), уровень репродуктивной изоляции между видами низкий, что обусловливает их способность к гибридизации при совмещении ареалов [3; 6].

По данным анализа митохондриальной ДНК (далее мтДНК), в Восточной Европе, Северной и Западной Азии отмечено обитание двух генетически дифференцированных форм P. (ridibundus) complex - «западной» (центрально-европейская P. ridibundus sensu lato, включая балканскую “P. kurtmuelleri (Gayda, 1940)”) и «восточной» (анатолийская P. cf. bedriagae sensu stricto) [3; 4]. Фактически эти формы рассматриваются как хорошо обособленные виды, хотя в отношении последней соответствующий номенклатурный акт до настоящего времени не был совершен. P. ridibundus s. l. населяет преимущественно западную и северную части этой территории, в то время как P. cf. bedriagae тяготеет к южным и восточным ее частям (Крым, Кавказ, Нижнее Поволжье). Области распространения данных форм приходят в соприкосновение на восточных Балканах [3; 6] и в Поволжье, где выявлены многочисленные совместные поселения представителей «западной» и «восточной» форм [7; 8].

Анализ ядерной ДНК (далее яДНК) дает более сложную картину, поскольку в северной, восточной и центральной Анатолии, на Кавказском перешейке и на обширных пространствах в Поволжье у многих особей мтДНК P. cf. bedriagae совмещается с аллелями яДНК характерными для P. ridibundus. Таким образом, имеет место несоответствие частот распределения обоих генетических маркеров, что может рассматриваться как свидетельство вторичного контакта ареалов видов в позднем плейстоцене - голоцене, сопровождавшегося их гибридизацией, либо как проявление анцестрального полиморфизма и неполного расхождения эволюционных линий [5; 7-10].

В Крыму озерная лягушка - наиболее массовый вид бесхвостых амфибий, обитающий в диапазоне высот от нуля до 1150 м над уровнем моря практически повсеместно, в любых типах пресных водоемов [11]. Предшествующими исследователями по результатам анализа мтДНК в Крыму выявлены исключительно представители анатолийской формы - Р. сf bedriagae [3-5]. Отметим, что ближайшие к Крыму пункты находок лягушек с мтДНК Р. ridibundus s. 1. в Северном Причерноморье известны из Нижнего Поднепровья и Предкавказья [5; 9; 10].

Результатами анализа маркера яДНК показано, что, кроме аллелей, характерных для «восточной» формы, у озерных лягушек Крыма встречаются аллели, специфичные для «западной» формы, при соотношении их частот, равном 5:2 [12]. Полученные данные позволили выдвинуть предположение, что в Крыму нет «чистых» озерных лягушек «западной» формы, поскольку все изученные экземпляры диагностировались либо Р. сf bedriagae, либо совмещали в своем генотипе маркеры Р. сf bedriagae и P. Ridibundus.

Крымский полуостров характеризуется рассеченным рельефом, высоким разнообразием ландшафтов и климатов, богатством и длительной, сложной историей развития природного комплекса [13-15]. Тем не менее в период 2014-2016 гг. гаплотип «западной» формы был выявлен в единственном пункте на крайнем юго-западе Главной гряды Крымских гор, в горном обрамлении Байдарской долины. Данная находка дала основания предполагать, что распространение в Крыму Р. ridibundus s. 1. может быть связано с бассейном реки Черная - наиболее изолированной и стабильной на протяжении всей истории своего существования речной системы [12].

Целями данной работы являлись: получение более полного представления о географическом распределении генотипов озерной лягушки на территории Крыма; проверка предположения об особой роли реки Черная для сохранения реликтовых популяций «западной» формы с использованием более репрезентативного материала; выявление закономерностей в биотопической приуроченности представителей «западной» формы (если таковые будут повторно обнаружены).

Материалы и методы

Сбор материала производился в период с мая 2013 г. по август 2018 г. Типировано 188 особей озерной лягушки из 55 географических пунктов, расположенных на территории Крыма. Помимо этого, были исследованы шесть образцов Р. ridibundus с территории Украины (1 локалитет в Нижнем Поднепровье). Список материала приводится в табл. 1. Сборами были охвачены все основные ландшафтные пояса и высотные ярусы, однако в общей выборке резко преобладали особи из Горного Крыма (90,4 %), занимающего около 25 % площади всего полуострова, но при этом характеризующегося наивысшим ландшафтно-климатическим разнообразием [14; 15]. Наиболее детально исследована в отношении распространения генетических форм озерной лягушки Главная горная гряда (табл. 1, рис. 1), особенно ее югозападная часть, для чего имелись определенные предпосылки (см. выше). Наибольшие плотность отбора проб и их количество приходятся на бассейн реки Черная в пределах территории Севастополя и юго-западной части Бахчисарайского района: 33 % локалитетов, 41 % всех типированных особей.

Номера, указанные перед названиями локалитетов, соответствуют таковым на рис. 1; знаком «*» отмечены пункты, выборки из которых (в указанном объеме или частично) послужили основой исследования Файзулина и др. (2017).

Таблица 1 Характеристика исследованного материала

Рис. 1. Распространение гаплотипов мтДНК у озерной лягушки на Крымском полуострове: Р. сf bedriagae - прозрачный пунсон, Р. ridibundus s. 1. - залитый пунсон; пунсоны разных размеров соответствуют: 1-3 особям (меньший), 4-6 особям (средний) и 7-9 особям (крупный); номера локалитетов тождественны номерам в табл. 1

В качестве образцов тканей для выделения ДНК методом высаливания [16] брали первые фаланги пальцев, фиксированные в 96 %-м этаноле. Использовались два молекулярно-генетических маркера: для мтДНК - фрагмент первой субъединицы гена цитохром оксидазы (COI), для яДНК - интрон одного гена сывороточного альбумина (S4I-1). Принадлежность гаплотипов мтДНК и аллелей яДНК к «западной» или «восточной» формам устанавливалась по методике, опубликованной нами ранее [7].

Различия частот аллелей оценивались с помощью критерия хи-квадрат (х²) для таблиц 2*2 с поправкой Йетса и по критерию Фишера двустороннему, с использованием программного обеспечения STATISTICA v.10 (StatSoft).

Пункты сбора материала группировались по четырем основным ландшафтным областям Крыма [13; 15]. Равнинный (Степной) Крым включает Присивашье, Тарханкутский полуостров и Западное побережье до района г. Саки на юге, а также Керченский полуостров (локалитеты 1-7 в табл. 1; 18 особей). Под Предгорьем подразумевается район в пределах Внутренней (мел-палеогеновой) и Внешней (неогеновой) куэстовых гряд - вплоть до долины реки Западный Булганак и северной границы Белогорского района (локалитеты 8-15; 23 особи). Главная (юрская) гряда, включающая наиболее высокие известняковые массивы, на севере ограничена Южной продольной депрессией, в то время как ее естественными пределами на юге являются бровка яйлы или вершины перевалов (локалитеты 16-45; 113 особей). Под Южным берегом мы понимаем побережье Горного Крыма до Карадага на востоке и южный макросклон Главной гряды (локалитеты 46-55 в табл. 1; 34 особи).

При анализе вертикального распределения гаплотипов за основу взяты следующие диапазоны высот: 0-300, 301-600, 601-900, 901-1200 м над уровнем моря. Для характеристики особенностей биотопического распределения носителей маркеров мтДНК в горной части Крыма использовалась учитывающая специфику региона классификация местообитаний, которая включает сведения о типе водоема, его местоположении, преобладающем типе растительности и степени антропогенного влияния на ландшафт.

Нами выделено шесть основных типов водоемов: «река» (сравнительно крупная река со спокойным течением); «горная река» (характеризуется наличием перекатов и бурным течением на многих участках); «ручей» (сезонный водоток малой мощности); источник (небольшие бочажки или разливы близ выхода на поверхность карстовых вод); «пруд» (как правило, рукотворный стоячий или слабопроточный водоем крупных или средних размеров); «малое озеро» (диаметр около 10 м, также может иметь искусственное происхождение: запруда, копанка).

Преобладающий тип растительности (всего 6): «фригана» (степные или лесостепные сообщества с доминированием многолетних полукустарничков); «шибляк» (субсредиземноморский вариант лесостепи, представленный ассоциациями гемиксерофильных листопадных кустарников и низкорослых деревьев); «горный можжевеловый лес» (доминирующие породы - можжевельники древовидный и дельтовидный, дуб пушистый; вдоль скалистых водотоков формируются ленточные лесошибляковые заросли с преобладанием граба восточного); «широколиственный лес» (неморальный лес с преобладанием дубов скального и черешчатого, граба обыкновенного, ясеня, клена, кизила); «лес с буком» (широколиственный лес с доминированием или заметной примесью бука); «луг» (лугово-степные ассоциации в сочетании с обширными заболоченностями в поймах рек). С типом растительности тесно связана категория «местоположение водоема». Последнее может быть открытым, закрытым (лесным) или полуоткрытым (опушечным).

Учитывалась также степень антропогенного влияния на ландшафт: высокая (водоем расположен в сильно трансформированном человеком ландшафте и граничит с полями, пастбищами либо населенными пунктами); умеренная (в непосредственной близости от водоема имеются проезжие дороги, однако воздействие ограничено по преимуществу рекреацией и умеренным выпасом); низкая (ландшафт мало нарушен и сохранил облик, близкий к первозданному).

Результаты

Частотное распределение маркеров мт- и яДНК и генотипов в Крыму

Результаты анализа маркера мтДНК показали наличие у 87 % (164 экземпляра) исследованных особей озерных лягушек из Крыма митотипов, специфичных для «восточной» формы (табл. 2, рис. 1), что согласуется с ранее полученными нами данными [12]. Однако в сравнении с данными предшествующего исследования доля митотипов «западной» формы оказалась более значительной, превысив полученное ранее значение более чем в 3 раза: соответственно 13 % (24 экземпляра) и 4 % (1 экземпляр).

Таблица 2. Соотношение (%) типов мт- и яДНК в различных ландшафтных областях Крымского полуострова и в одном из локалитетов на континенте

Среди изученных особей преобладали гомозиготы 55-типа (123 экземпляра), диагностирующиеся как «восточная» форма, 46 экземпляров были гетерозиготами (55), 19 экземпляров - гомозиготами «западной» формы (55-тип). Частоты аллелей яДНК, специфичных для Р. сf bedriagae и Р. пЛ- Ьипсіш, в общей выборке соотносились как 4:1 (соответственно 292 и 84 случая) (см. табл. 2). В связи с преобладанием в общей выборке аллелей «восточной» формы представляется вероятным, что появление гомозигот «западной» формы может быть следствием выщепления при скрещиваниях гетерозиготных особей.

Частоты распределения маркеров мт- и яДНК двух форм озерных лягушек приблизительно равны и характеризуются преобладанием маркеров «восточной» формы (мтДНК - 87 %, яДНК - 78 %); различия в частотах распределения маркеров статистически не значимы (%² = 2,81, p = 0,0940).

Наиболее распространены в Крыму генотипы B/BB и B/RB - совокупная их доля составляет свыше 2/3 нашей выборки. Генотипы, гомозиготные по аллелям яДНК (B/RR и R/ВВ), встречаются с равной, но небольшой частотой (табл. 3). Особи с наиболее редким сочетанием аллелей R/RR (которые с известной долей условности могут быть отнесены к «чистым» представителям «западной» формы) найдены только в двух локалитетах на юго-западе Главной гряды (№ 27 и 44 в табл. 1).

Таблица 3 Соотношение генотипов у озерной лягушкив различных ландшафтных областях Крыма

Наивысшее разнообразие генотипов отмечено в зоне Главной гряды. Здесь выявлены все шесть возможных сочетаний маркеров мт- и яДНК. Наименьшее генотипическое разнообразие присуще Крымскому Предгорью (см. табл. 3). Процентное соотношение генотипов заметно различается во всех ландшафтных областях. Тем не менее, по нашим результатам, представляется возможным противопоставление равнинной и всех горно-крымских выборок, поскольку особи с генотипом ВВ/В в горно-лесной зоне всюду численно доминируют (56-74 %), в то время как в равнинно-степном Крыму их доля составляет лишь около 1/3 выборки.

Для сопоставления, все шесть исследованных особей из Херсонской области имели гаплотип «западной формы». Это соответствует представлениям об обитании на континенте к северу от Крыма популяций Р. ridibundus s. l.

Распределение частот маркеров мт- и яДНК и генотиповпо ландшафтным выделам

Из данных табл. 2 следует, что в Крыму представители «западной» митохондриальной линии были обнаружены во всех ландшафтных областях за исключением зоны предгорий. В равнинно-степном Крыму и на Южном берегу выявлено лишь по одной особи с митотипом Я. Зато в зоне северного макросклона Главной гряды он отмечен почти у 1/5 особей (у 22 экземпляров). Местоположение локалитетов «западной» формы не выглядит случайным. Так, в Равнинном Крыму данный митотип выявлен только на крайнем севере полуострова в протяженной и сравнительно многоводной реке Чатырлык (локалитет № 1), на Южном берегу - в холодном, хорошо обводненном ущелье Хапхал (№ 46). В зоне Главной гряды, откуда известно наибольшее количество локалитетов «западной» формы (всего 14), распространение митотипа Я приурочено к прияйлинским районам высокой центральной части и притокам р. Черная выше Чернореченского водохранилища (см. рис. 1).

При сравнении по частотам аллелей яДНК не обнаружено отличий между Главной грядой и Предгорьем. В этих ландшафтных областях соотношение аллелей «восточной» и «западной» форм варьирует как 4:1 - 5:1. Увеличение доли аллеля Я (до 36 %, что соответствует соотношению около 2:1) наблюдается в Равнинном Крыму, в то время как Южный берег занимает промежуточное положение по этому признаку - около 3:1 (см. табл. 2). Подобная картина отмечена и в отношении особей (см. табл. 3). В Горном Крыму всюду доминируют гомозиготы 55-типа. Предгорье по этому признаку почти не отличается от Главной гряды, но на Южном берегу имеет место увеличение доли гетерозигот и гомозигот RR-типа. На равнине доля гетерозигот составляет уже 50 % выборки.

При сравнении выборок из различных ландшафтных областей на достоверность различий частот аллелей, по критериям % и Фишера, по маркеру мтДНК обнаружены достоверные отличия локалитета № 56 («Н. Каховка») от всех крымских выборок, тогда как по маркеру яДНК он достоверно отличался от выборок из Горного Крыма, но не из Равнинного (табл. 4).

Таблица 4. Сравнение выборок на достоверность различий с использованием критериев хи-квадрат (верхняя строка, х) и Фишера (нижняя строка, 5(1-1)): мтДНК над диагональю, яДНК под диагональю

Полужирным шрифтом выделены достоверные значения критериев.

При попарном сравнении по частотам аллелей ландшафтных областей Крымского полуострова, по маркеру мтДНК Главная гряда достоверно отличалась как от Предгорья, так и от Южного берега (но не от Равнины), в то время как по маркеру яДНК достоверные отличия были выявлены лишь при сравнении Главной гряды с Равнинным Крымом (см. табл. 4).

Биотопическое распределение особей с различными типами мтДНК

Данные о биотопическом распределении горно-крымских поселений озерной лягушки с одним (специфичным для «восточной» формы) и двумя (т.е. «восточной» и «западной» формы) аллелями мтДНК представлены в табл. 5 и визуализированы на рис. 2. На сегодняшний день представляется возможным обозначить некоторые общие тенденции. Так, популяции с двумя типами аллелей в сравнении с поселениями, представленными только «восточной» формой, тяготеют к более мезофильным местообитаниям. Такие «смешанные» поселения располагаются на отметках высот от 295 до 1100 м над уровнем моря (в среднем 594 ± 71; п = 15) и нередко приурочены к каньонам и ущельям горных рек, холодноводным источникам и лесным озерам малой величины. Положение водоемов лишь в редких случаях бывает открытым (на прияйлинских лугах); обычно они располагаются под пологом или на краю леса и в большей или меньшей степени затенены кронами деревьев (рис. 3). Одна особь, идентифицируемая по маркеру мтДНК как «западная» форма, добыта в пещерном водоеме у истоков реки Черная (локалитет № 40).

Своего рода фитоиндикатором, указывающим на высокую вероятность нахождения особей «западной» формы в локалитете, является бук (Fagus sp.) - 2/3 ее находок приходятся на лесные массивы с присутствием или доминированием этой древесной породы, а во всех остальных случаях бук произрастал на небольшом удалении от пункта отбора материала. Еще один признак, по которому можно судить о присутствии в биотопе лягушек с маркером Я - наличие поблизости массивов горного можжевелового леса, представляющего собой реликтовый тип растительности. Степень антропогенного воздействия в пунктах выявления митотипа «западной» формы оценена нами как низкая (в 2/3 случаев) или умеренная (1/3 случаев).

Напротив, «чистые» популяции «восточной» формы придерживаются более ксероморфных местообитаний, расположенных на меньших высотах (диапазон 15-900 м над уровнем моря, в среднем 377 ± 39,3; п = 33), и не избегают антропогенно нарушенных биотопов (см. табл. 5). Водоемы нередко демонстрируют явные признаки эвтрофикации - «цветение воды».

Таблица 5. Высотно-биотопическое распределение поселений озерных лягушек из Горного Крымас одним и двумя типами мтДНК: Р [-] - выявлены особи только с гаплотипом Р. сf bedriagae; Р [+] - выявлены особи с гаплотипами Р. сf bedriagae и Р. ridibundus

Примечание. Условные обозначения: Тип водоема: Рк - река, Гр - горная река, Рч - ручей, Ис - источник, Пр - пруд, Мо - малое озеро; тип растительности: Фр - фригана, Шб - шибляк, Мж - можжевеловый лес, Лс - широколиственный лес, Бл - лес с буком, Лг - луг; местоположение водоема: О - отрытое, ПО - полуоткрытое, 3 - закрытое кронами деревьев; степень антропогенного воздействия: Вс. - высокая, Ум. - умеренная, Нз. - низкая.

Рис. 2. Диаграмма высотно-биотопического распределения поселений озерной лягушки с одним - В (Я[-]) и двумя - В, Я (Я[+]) митотипами

Рис. 3. Некоторые локалитеты «западной» формы озерной лягушки в Крыму: А - р. Суат, седловина между нагорьями Тырке, Караби-Яйла и Орта-Сырт(локалитет № 20), Б - р. Суботхан, Долгоруковская яйла (№ 23), В - озерцо-копанкав окрестности с. Орлиное, юг Байдарской долины (№ 27), Г - каньон р. Узунджа, северо-западные отроги нагорья Ай-Петринская яйла (№ 29)

Обсуждение

Отмечалось, что в Крыму, как и на Кавказе, доминируют гаплотипы и аллели, специфичные для P. cf. bedriagae [12]. По данным нашего исследования, распределение частот аллелей маркеров яДНК идентично в обоих южных регионах: B - 78 %, R - 22 %. Однако картина распределения митотипов на Крымском полуострове существенно иная, нежели на Кавказском перешейке, где особи «западной» формы не выявлены вовсе. При сравнении по частотам маркеров мтДНК 188 особей озерных лягушек из Крыма и 93 особей с Кавказа, данные по которым были опубликованы ранее [9; 10], различия достоверны (X² = 10,35, p = 0,0013).

Заслуживает внимания тот факт, что лягушки «западной» формы из бассейна реки Черная по результатам секвенирования гена ND2 мтДНК идентифицируются как центрально-европейская P. ridibundus s. str., в то время как изученные особи с Нижнего Днепра принадлежали к балканской линии “P. kurtmuelleri” (неопубликованные данные авторов). Более того, даже в пределах очень небольшой территории на крайнем юго-западе Крыма (Байдарская долина и каньон реки Узунджа) сосуществуют несколько, несомненно, близкородственных, но при этом достаточно удаленных друг от друга уникальных гаплотипов P. ridibundus s. str. Следовательно, особенности распространения «западной» формы наряду с гаплотипическим своеобразием ее крымских представителей не позволяют связывать ее появление на полуострове с зарыблением водохранилищ, каковое нередко сопровождается заносом лягушек из других частей ареала [17]. Противоречит возможности случайной интродукции «западной» формы и отсутствие здесь “P. kurtmuelleri”, между тем как зарыбление крымских водохранилищ, включая Чернореченское, производилось преимущественно из бассейна реки Днепр [18; 19].

На том основании, что в популяциях Крыма велика доля особей с несоответствием маркеров ядерной и митохондриальной ДНК, а особи с генотипом RR/R встречены единично, можно предполагать, что здесь имеют место возвратные скрещивания гибридов с той из родительских форм, которая в настоящее время численно доминирует, т.е. с «восточной». По-видимому, вся территория Крыма должна быть отнесена к зоне гибридизации «восточной» и «западной» форм.

Ранее отмечалось, что наблюдаемое распределение частот аллелей яДНК у озерных лягушек северной и восточной Анатолии может быть следствием вторичного контакта P. cf. bedriagae и P. ridibundus в позднем плейстоцене или раннем голоцене - в периоды, когда Черное море превращалось в солоноватоводный бассейн озерного типа [5]. Географическое положение Крымского полуострова на стыке Юго-Восточной Европы и Западной Азии создает предпосылки для возникновения аналогичной ситуации, что прослеживается на примере других групп организмов. Так, недавними исследованиями [20] был установлен гибридный генезис крымской популяции бука (F. sylvaticus x F. orientalis). Гибридное происхождение обсуждается и для ряда представителей эндемичной горно-крымской ихтиофауны [21].

Смешанные поселения, включающие особей с митотипом «западной» формы, выявлены в немногих районах горной части полуострова в пределах северного (чаще) и южного (значительно реже) макросклонов. Эти популяции, предположительно, представляют собой своего рода реликты, сохранившиеся благодаря существованию барьеров, затрудняющих свободную миграцию амфибий. Опеределенный уровень изоляции таких поселений может поддерживаться за счет целого ряда факторов. Так, на юго-западе Крыма вершины речных каньонов на протяжении большей части года отрезаны от нижележащих долин километрами сухих русел. Однако в средней и верхней части каньонов всегда сохраняются наполненными достаточно глубокие эворзионные котлы («каменные ванны»), в которых горные популяции лягушек переживают засушливые периоды. В этих же микроводоемах происходит размножение лягушек. Этот вариант изоляции характерен для наиболее теплообеспеченных участков северного макросклона Главной гряды (зона субсредиземноморских можжевеловых лесов на северо-западных отрогах Ай-Петринской яйлы). В других случаях (глубокое ущелье Хапхал, прияйлинские популяции, обитающие в долинах у речных истоков) сохранению эксклавов «западной» формы, вероятно, способствовал неоптимальный для Р. cf. bedriagae влажный холодный климат местообитаний. Отметим также, что в быстрых горных реках под пологом леса плотность популяций лягушек обычно очень низкая, и встречаются они далеко не повсеместно [11]. Данное обстоятельство, по-видимому, должно замедлять темпы ассимиляции древнего населения лягушек Крыма более молодыми вселенцами.

В действительности ситуация еще более сложная, поскольку особи с митотипом, специфичным для «западной» формы, добывались не только на участках с крутосклонным и приподнятым горным рельефом, но и в водоемах Байдарской долины, а также у подножья Чатырдага (см. рис. 1, 3). Возможно, отклонение от предложенной выше схемы является следствием встречной миграции особей «западной» линии вниз по течению горных рек, которые в отдельные периоды бывают весьма бурными.

Ранее высказанное нами предположение об уникальной роли реки Черная для сохранения «западной» формы озерной лягушки [12] подтвердилось отчасти. Эта короткая (до 40 км) артерия имеет площадь водосбора порядка 436 км², но занимает второе место по полноводности среди крымских рек и выделяется самобытностью гидрофауны [13; 18; 22]. 2/3 локалитетов, в которых отмечено присутствие «западной» формы, действительно расположены в бассейне реки Черная. Однако «западная» форма выявлена также в речных системах центральной и восточной частей Главной гряды: у истоков рек Пи- сара (бассейн реки Кача), Суат (приток реки Бурульча, бассейн Салгира) и Суботхан (единственный постоянный водоток на крымской яйле), в долине реки Ангара (приток Салгира), а также на южном макросклоне в реке Восточный Улу-Узень (см. табл. 1, рис. 1). Перечисленные выше водотоки имеют малую протяженность (7-15 км) и небольшую площадь водосбора (10-70 км²). Отметим однако, что истоки рек, берущих начало на яйле, и горные потоки, заключенные в каньоны и ущелья, характеризуются сравнительным постоянством гидрографического режима, а их приподнятое и затененное (в силу закрытости горизонта склонами глубоких долин или горными обрывами) положение определяет своеобразный прохладный климат местообитаний, температуру и гидрохимические характеристики воды. Таким образом, «западная» форма в Крыму не столь узко локализована, как предполагалось ранее [12]. При дальнейших исследованиях, несомненно, будут выявлены и другие ее эксклавы в лесной зоне северного макросклона Главной гряды.

Данные о распределении частот маркеров мт- и яДНК у озерных лягушек Крыма наряду с представленными фактами по распространению «западной» формы, по нашему мнению, свидетельствуют о сложной истории колонизации полуострова формами P. (ridibundus) complex в конце плейстоцена - голоцене. Можно предполагать, что во время позднеплейстоценового похолодания в Крым с севера была оттеснена P. ridibundus, чему способствовало широкое соединение нынешнего Крымского полуострова с континентом в области ныне затопленной шельфовой зоны и наличие граничащих с Крымом мощных речных систем [23]. Потепление в голоцене обусловило экспансию либо восстановление доледникового ареала P. cf. bedriagae. Последняя форма, более термофильная и устойчивая к засушливому климату, распространилась, вероятно, с Кавказа (на что указывает сходство первичных последовательностей гена ND2 у озерных лягушек Западного Кавказа и Крыма (неопубликованные данные авторов)) или имела рефугиум в районе дельты Дона - южнее современного Керченского пролива [24]. Высокая миграционная способность «восточной» формы [17], вероятно, благоприятствовала быстрой (ре-)колонизации территории Крыма, в то время как мезофильная и менее стойкая в отношении высоких температур «западная» форма была оттеснена в горы и к настоящему времени практически полностью ассимилирована экспансивным вселенцем. Предложенный здесь сценарий согласуется с концепцией, согласно которой эндемичная гидрофауна крымских рек (представленная оксифильными холодноводными формами) сформировалась на рубеже плейстоцена и голоцена у речных истоков, в то время как их предгорные участки были оккупированы голоценовыми иммигрантами [25]. Современная климатическая обстановка и ландшафтная динамика (повышение среднегодовых температур, аридизация, падение уровня грунтовых вод, возрастающее антропогенное воздействие [26]) должны приводить к еще большему сокращению площади пригодных биотопов P. ridibundus s. str. Одним из заметных признаков этого процесса явилось усыхание в конце XX в. - начале XXI в. большинства естественных озер на крымской яйле.

В заключение коснемся еще одного существенного аспекта проблемы. Еще совсем недавно реки Степного Крыма были включены в коллекторнодренажную сеть Северо-Крымского канала. Ихтиофауна канала сформировалась на основе днепровской, причем для ряда видов предполагается самостоятельное расселение [19]. Также обсуждалась возможность вселения в Крым с использованием этой крупной гидросистемы видов и генетических линий амфибий и экологически тесно связанных с водной средой рептилий [11; 12; 27]. Нашими исследованиями значение Северо-Крымского канала для проникновения в Крым «западной» формы озерной лягушки не установлено. Находка близ Перекопского перешейка (в реке Чатырлык) особи, идентифицированной по маркеру мтДНК как «западная» форма (см. рис. 1), пока не имеет однозначной трактовки, поскольку ее принадлежность к одной из линий внутри P. ridibundus s. l. остается неустановленной. Чатырлык - наиболее многоводная и протяженная из крымских степных рек - представляет собой реликт древнего русла Салгира, в позднечетвертичное время объединявшегося с речной системой палео-Днепра или палео-Каланчака [28; 29]. Поэтому и занос с водами Северо-Крымского канала и сохранение в Чатырлыке остаточной популяции «западной» формы на данный момент кажутся событиями равновероятными.

Более общей тенденцией современности может быть, напротив, постепенное расширение ареала «восточной» формы в направлении на север и запад. Благодаря развитой системе дренажных каналов ирригация Равнинного Крыма привела к значительному увеличению численности озерной лягушки и способствовала ее продвижению на ранее не заселенные территории [27]. Поскольку в единую гидросистему канала были включены и такие значительные крымские реки, как Салгир и Биюк-Карасу, вероятность экспансии в недалеком прошлом «восточной» формы с использованием многочисленных искусственных водоемов, возникших в ранее безводной степи, выглядит не столь уж и низкой. В этом ключе представляет интерес выявление специфичных для P. cf. bedriagae аллелей яДНК у части особей из нижнеднепровской популяции (локалитет № 56).

Изучение взаимоотношений крымских представителей P. (ridibundus) complex обнажает пласт проблем, связанных с интрогрессивной гибридизацией видов и линий, их экологическими преференциями, генетическими процессами в популяциях аборигенных форм при экспансии близкородственных вселенцев, действием изолирующих факторов, включая особенности конкретной гидрологической сети и рельефа местности, а также влиянием природопреобразующей деятельности человека на динамику ареалов амфибий. В силу сочетания многих причин Крым является перспективным полигоном для исследований, способных углубить знание о перечисленных аспектах биологии зеленых лягушек.

Благодарности. Авторы искренне признательны Илье Турбанову (Борок), Наталье Кущан (Николаев), Павлу Оксиненко (Симферополь), Александру Трофимову, Антону Надольному и Сергею Свирину (Севастополь), Юлии Красиленко и Ольге Мануиловой (Киев), Ивану Блохину (Москва), Игорю Стаднику (п. Курортное, Феодосия) за содействие при проведении полевых исследований и сборе материала, Сергею Токареву (Симферополь) и Илье Турбанову - за предоставление использованной в данной работе картографической основы и помощь в изготовлении иллюстраций.

генетический дягушка реликтовый крым

1. Определитель земноводных и пресмыкающихся фауны СССР / А.Г. Банников, И.С. Даревский, В.Г. Ищенко, А.К. Рустамов, Н.Н. Щербак. - М. : Просвещение, 1977. - 415 с.

2. Боркин, Л.Я. О критических видах (на примере амфибий) / Л.Я. Боркин, С.Н. Литвинчук, Ю.М. Розанов, Д.В. Скоринов // Зоологический журнал. - 2004. - Т. 83, вып. 8. - С. 936-960.

3. Genetic Divergence and Evolution of Reproductive Isolation in Eastern Mediterranean Water Frogs / J. Plцtner, T. Uzzel, P. Beerli, C. Akin, С.С. Bilgin, С. Haefeli, T. Ohst, F. Kцhler, R. Schreiber, G. Gaston-Denis, S. N. Litvinchuk, R. Westaway, R. HeinzUlrich, N. Pruvost, H. Hotz // Evolution in Action / ed. M. Glaubrecht. - Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2010. - P. 373-403.

4. Phylogeographic patterns of genetic diversity in eastern Mediterranean water frogs have been determined by geological processes and climate change in the Late Cenozoic / Q. Akin, C.C. Bilgin, P. Beerli, R. Westaway, T. Ohst, S. N. Litvinchuk, T. Uzzell, M. Bilgin, H. Hotz, G.-D. Guex, J. Plotner // Journal of Biogeography. - 2010. - Vol. 37. - P. 2111-2124.

5. Akin Q.P. Molecular evolution and phylogeography of the Eastern Mediterranean water frog (Pelophylax) complex / Q. P. Akin // Thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Phylosophy. - Ankara : S...