Эколого-генетические основы охраны животных антропогенных экосистем (на примере Москвы и Подмосковья)

Исследование общих закономерностей изменения структурно-функционального состояния генофонда популяций, возникающих вследствие обитания диких животных в условиях антропогенной фрагментации ландшафта. Рассмотрение результатов на примере города Москвы.

Рубрика Экология и охрана природы
Вид автореферат
Язык русский
Дата добавления 26.12.2017
Размер файла 257,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Рис. 1. Соотношение популяций кустарниковой улитки с уменьшенным разнообразием генофонда (более 50%) в Москве и Подмосковье

Таблица 3. Показатели генетической изменчивости по биохимическим локусам в популяциях кустарниковой улитки из Москвы и Подмосковья (по данным 2002-2003 гг.)

Регион

Пункты сбора

Объем выборки (N)

Доля полиморфных локусов в % и их число*

Среднее число аллелей на локус (АО)

Среднее эффективное число аллелей на локус (AЕ)

Средняя гетерозиготность

Фактическая (HО)

Теоретическая (HЕ)

Подмосковье

Городок

182

61,54 (8)

2,54 ± 0,29

1,49 ± 0,16

0,204 ± 0,045

0,254 ± 0,062

Звенигород-луг

109

61,54 (8)

2,69 ± 0,33

1,36 ± 0,16

0,170 ± 0,058

0,187 ± 0,060

Звенигород-лес

71

61,54 (8)

2,31 ± 0,21

1,45 ± 0,16

0,162 ± 0,040

0,232 ± 0,060

Валдай

70

53,85 (7)

2,46 ± 0,29

1,37 ± 0,17

0,145 ± 0,046

0,182 ± 0,062

Мешково-огороды

37

53,85 (7)

1,92 ± 0,24

1,20 ± 0,08

0,123 ± 0,041

0,138 ± 0,042

Мешково

255

46,15 (6)

2,15 ± 0,34

1,35 ± 0,15

0,154 ± 0,054

0,178 ± 0,062

Манихино-изолят

105

46,15 (6)

2,31 ± 0,26

1,42 ± 0,20

0,168 ± 0,063

0,180 ± 0,069

Манихино-родник

147

38,47 (5)

2,23 ± 0,26

1,35 ± 0,14

0,158 ± 0,053

0,181 ± 0,062

Москва

Долина р.Сетунь

152

61,54 (8)

2,38 ± 0,27

1,42 ± 0,16

0,175 ± 0,053

0,220 ± 0,062

Узкое

149

61,54 (8)

2,92 ± 0,29

1,22 ± 0,07

0,113 ± 0,023

0,155 ± 0,038

Измайловский парк

216

53,85 (7)

2,62 ± 0,21

1,28 ± 0,10

0,156 ± 0,048

0,172 ± 0,050

Лосиный остров

145

53,85 (7)

2,69 ± 0,29

1,28 ± 0,10

0,148 ± 0,039

0,173 ± 0,050

Царицыно

150

53,85 (7)

2,62 ± 0,24

1,24 ± 0,08

0,123 ± 0,027

0,165 ± 0,041

Кузьминки

127

46,15 (6)

2,38 ± 0,27

1,25 ± 0,12

0,130 ± 0,042

0,146 ± 0,049

Покровское-Глебово

183

46,15 (6)

2,69 ± 0,31

1,23 ± 0,11

0,079 ± 0,023

0,137 ± 0,049

Ботанический сад

150

38,47 (6)

2,69 ± 0,29

1,27 ± 0,11

0,141 ± 0,046

0,160 ± 0,051

Битцевский лес

158

38,47 (6)

2,85 ± 0,27

1,26 ± 0,09

0,131 ± 0,035

0,167 ± 0,044

Тушино

105

38,47 (5)

2,54 ± 0,31

1,23 ± 0,09

0,118 ± 0,036

0,142 ± 0,047

Коломенское

151

38,47 (5)

2,46 ± 0,24

1,23 ± 0,10

0,103 ± 0,037

0,140 ± 0,051

Воробьевы горы

68

30,77 (4)

2,00 ± 0,28

1,27 ± 0,16

0,113 ± 0,047

0,132 ± 0,058

Среднее

136,5

49,62

2,47 ± 0,27

1,31 ± 0,12

0,141 ± 0,041

0,172 ± 0,053

Примечание: * - доля полиморфных локусов в процентах учитывалась по 95% критерию полиморфизма, Формулы расчетов показателей приведены в главе 2 (раздел 2.8, формулы 3-6).

Выборки расположены по региональному принципу в соответствии с убыванием доли в % (числа) полиморфных локусов

3.2 Эколого-генетический мониторинг популяций позвоночных животных (на примере модельных объектов - бурых лягушек)

В 2003 году была создана система городского мониторинга генофонда 16 популяций двух видов бурых лягушек - травяной и остромордой (п. 2.1).

Результаты сравнительной оценки разнообразия генофонда городских и эталонных популяций по одним и тем же локусам полиморфных признаков приведены в таблицах 5, 6 (Макеева и др., 2004 а, в, 2005, 2006 а, б).

Таблица 4. Значения полокусных F-статистик Райта и ч2 - теста на гетерогенность аллельных частот исследованных локусов в выборках кустарниковой улитки (по данным 2002-2003 гг.)

Локус

Fis

Fit

Fst

ч2

d.f.

P

Est-2

0,221

0,280

0,075

377,6879

38

0,000

Est-3

0,160

0,171

0,013

134,705

38

0,000

Est-4

0,260

0,322

0,084

1138,019

76

0,000

Est-5

0,179

0,236

0,069

719,433

76

0,000

Pgm

0,181

0,262

0,100

496,043

19

0,000

Mdh

0,132

0,154

0,026

223,634

38

0,000

6-Pgd

0,159

0,198

0,047

367,459

57

0,000

Lap-2

0,113

0,136

0,026

175,090

38

0,000

Idh-1

0,011

0,082

0,072

383,176

38

0,000

Pepca

0,137

0,174

0,043

132,517

38

0,000

Sod-2

-0,020

-0,007

0,013

34,853

19

0,015

Got

0,079

0,102

0,025

146,793

38

0,000

Pgi

0,318

0,349

0,046

161,256

38

0,000

Среднее

0,148

0,189

0,049

4490,665

551

0,000

Примечание: FIS - коэффициент инбридинга особи относительно популяции; FIT - коэффициент инбридинга особи относительно вида в целом; FST - индекс, отражающий степень подразделенности популяций. Формулы расчетов приведены в главе 2 (п. 2.8, формулы 7-9).

Анализ состояния генофонда популяций бурых лягушек проводился с использованием 7 ферментных систем, контролируемых 7 генетическими локусами. У остромордой лягушки мономорфными оказались три локуса, у травяной - один.

Показатели генетического разнообразия в выборках из изученных популяций представлены в табл. 5. Результаты анализа генетической изменчивости выявили:

1. Сокращение доли (числа) полиморфных локусов в городских популяциях по сравнению с природными (при 95 % критерии полиморфизма):

для R. arvalis - с 57,14 % до 28,57 %, что соответствует сокращению числа полиморфных локусов с 4 до 3-2, т.е. в 1,5-2 раза,

для R. temporaria - с 71,43 % до 57,14 %, что соответствует сокращению полиморфных локусов с 5 до 4 локусов, то есть в 1,25 раза (табл.5).

2. Результаты сравнительного анализа генофонда городских популяций с эталонными выявили уменьшение уровня средней гетерозиготности на локус (табл. 5), в городских изолятах : для остромордой лягушки с 0,16 до 0,06, для травяной - с 0,34 до 0,18.

3. У остромордой лягушки (табл. 5) имеются достоверные различия как по сумме локусов, так и по отдельным локусам между наблюдаемой (НО) и ожидаемой ((HЕ)) гетерозиготностью во всех городских популяциях. Эти отличия отсутствуют в природной популяции из Зеленограда. Наиболее сильно недостаток гетерозигот в городских популяциях выражен по локусам 6-Pgd (FIS = 0,820) и Pgm (FIS = 0,342) (табл.6). Для травяной лягушки (табл.5) достоверных различий между значениями наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготностью не обнаружено по сумме локусов, однако, по отдельным локусам (Sod, Pgi, Idh), (Макеева и др., 2006 а) наблюдается избыток или недостаток гетерозигот (табл. 6).

4. В целом в городских изолятах остромордой лягушки произошло сокращение среднего числа аллелей на локус (табл. 5) по сравнению с природными популяциями.

Таблица 5. Показатели генетической изменчивости в популяциях бурых лягушек из Москвы и Подмосковья на основании исследования семи изоферментных локусов (по данным 2003 г)

Регион

Пункты

сбора

N

Доля полиморфных локусов (%), (число)

*

Доля полиморфных локусов (%), (число) **

Среднее число аллелей на локус (AО)

Среднее эффективное число аллелей на локус (AЕ)

Средняя гетерозиготность

фактическая (HО)

теоретическая (HЕ)

Rana arvalis

Подмос-ковье

Зеленоград промзона

34

57,14

(4)

57,14

(4)

1,71 ± 0,29

1,37 ± 0,22

0,160 ± 0,081

0,191 ± 0,086

Зеленоград Черное озеро

11

28,57

(2)

28,57

(2)

1,43 ± 0,30

1,26 ± 0,23

0,078 ± 0,078

0,112 ± 0,087

Москва

Измайловский парк

16

42,86

(3)

42,86

(3)

1,86 ± 0,46

1,44 ± 0,22

0,094 ± 0,065

0,213 ± 0,102

Ботанический сад

37

28,57

(2)

57,14

(4)

1,71 ± 0,29

1,18 ± 0,13

0,062 ± 0,025

0,110 ± 0,067

Кузьминки

46

28,57

(2)

42,86

(3)

1,71 ± 0,42

1,39 ± 0,28

0,109 ± 0,068

0,165 ± 0,100

Среднее

28.8

37,14

45,71

1,68 ± 0,34

1,33 ± 0,22

0,100 ± 0,017

0,158 ± 0,021

Rana temporaria

Пдмосковье

Зеленоград Черное озеро

43

71,43

(5)

71,43

(5)

2,00 ± 0,31

1,51 ± 0,25

0,251 ± 0,098

0,262 ± 0,085

Звенигород

40

57,14

(4)

85,71

(6)

2,14 ± 0,26

1,62 ± 0,28

0,300 ± 0,112

0,286 ± 0,100

Новый Иерусалим

38

57,14

(4)

71,43

(5)

2,00 ± 0,31

1,61 ± 0,24

0,341 ± 0,119

0,290 ± 0,100

Зеленоград промзона

16

57,14

(4)

57,14

(4)

1,71 ± 0,29

1,60 ± 0,27

0,186 ± 0,087

0,278 ± 0,103

Сатино

21

42,86

(3)

42,86

(3)

1,43 ± 0,37

1,40 ± 0,35

0,201 ± 0,096

0,233 ± 0,112

Москва

Измайловский парк

34

71,43

(5)

85,71

(6)

2,14 ± 0,26

1,52 ± 0,22

0,203 ± 0,082

0,274 ± 0,082

Битцевский парк

49

57,14

(4)

71,43

(5)

2,14 ± 0,34

1,58 ± 0,28

0,188 ± 0,074

0,261 ± 0,104

Лосиный остров

51

57,14

(4)

57,14

(4)

2,00 ± 0,44

1,64 ± 0,27

0,258 ± 0,105

0,284 ± 0,109

Тушино

48

57,14

(4)

71,43

(5)

1,86 ± 0,26

1,49 ± 0,22

0,222 ± 0,091

0,248 ± 0,094

Тропарево

56

57,14

(4)

57,14

(4)

1,71 ± 0,29

1,46 ± 0,25

0,225 ± 0,096

0,221 ± 0,095

Ботанический сад

14

57,14

(4)

57,14

(4)

1,71 ± 0,29

1,45 ± 0,21

0,265 ± 0,121

0,230 ± 0,095

Среднее

37.3

58,44

66,23

1,53 ± 0,26

0,240 ± 0,015

0,261 ± 0,007

Примечание: * Доля полиморфных локусов в процентах учитывалась по 95% критерию полиморфизма, **Доля полиморфных локусов в процентах учитывалась по 100% критерию полиморфизма. Выборки расположены по региональному принципу с учетом убывания доли (числа) полиморфных ло-кусов по 95% критерию полиморфизма. Формулы для расчета показателей приведены в главе 2 (п. 2.8, формулы 3-6)

Таблица 6. Значения полокусных F- статистик Райта и ч2 - теста на гетерогенность аллельных частот (по 7 полиморфным локусам, 21 аллелю) в популяциях бурых лягушек (по данным 2003 г.)

Локусы

FIS

FIT

FST

ч2

d.f.

P

Rana arvalis

6Pgd

0,820

0,839

0,108

19,640

4

0,001

Pgi

0,025

0,073

0,049

7,891

4

0,096

Pgm

0,342

0,411

0,106

58,127

12

0,000

Sod

0,238

0,658

0,551

95,395

8

0,000

Среднее

0,354

0,525

0,264

181,053

28

0,000

Rana temporaria

Idh

-0,003

0,029

0,032

46,861

20

0,001

Mdh

0,353

0,385

0,048

49,736

20

0,000

6Pgd

0,094

0,145

0,056

63,124

20

0,000

Pgi

0,031

0,318

0,296

42,667

10

0,000

Pgm

0,040

0,128

0,092

111,658

20

0,000

Sod

0,218

0,333

0,147

131,048

30

0,000

Среднее

0,083

0,197

0,124

445,094

120

0,000

Примечание: FIS - коэффициент инбридинга особи относительно популяции, к которой она принадлежит; FIT - коэффициент инбридинга особей выборки относительно целой популяции (вида в целом); FST - индекс, отражающий степень подразделенности популяций. Формулы расчета показателей приведены в главе 2 (п. 2.8, формулы 7-9).

Таким образом, во всех, кроме одной, московских популяциях остромордой лягушки наблюдается изменение количественных показателей, характеризующих генофонд популяции (Н0, Не, количество полиморфных локусов и др.), указывающих на процесс сильной деградации генофонда этого вида. Качество генофонда популяций остромордой лягушки можно оценить как критическое: им утеряно до 70 % генетической изменчивости. В популяциях травяной лягушки утеряно до 50 % изменчивости и качество генофонда более 50% популяций - также неудовлетворительное.

В целом, результаты проведенной работы показали, что антропогенная фрагментация ландшафта оказывает разрушающее воздействие на генофонд популяций не только малоподвижных беспозвоночных животных, но и позвоночных животных, обладающих способностью к активному передвижению.

4. Анализ факторов, формирующих пространственно-популяционную структуру видов животных в условиях антропогенного ландшафта Москвы и Подмосковья (на примере модельных видов животных)

4.1 Антропогенная изоляция как фактор деградации популяций

4.1.1 Анализ пространственно-популяционной структуры кустарниковой улитки

Сравнение популяций животных, разобщенных пространственно и разделенных различными барьерами, препятствующими их расселению, позволяет ставить вопрос о значении фактора изоляции (в том числе антропогенного происхождения) для становления (а также и разрушения) популяционной структурированности вида.

Суждение о иерархичности эволюционно сложившейся популяционной системы делалось на основании сравнения популяций животных по суммарному соотношению частот аллелей генов (табл.7, рис. 2).

Таблица 7. Генетические расстояния по Неи (Nei, 1972) по 16 локусам между популяциями кустарниковой улитки из Москвы и Подмосковья (по данным 2002-2003 гг.)

Пункт сбора, степень затененности фитоценозов

Звенигород-луг, 0,2-0,3

Звенигород-лес, 0,6-0,7

Городок, лес,0,5-0,6

Валдай, лес, 0,6-0,7

Мешково, поляна, 0

Мешково-огороды, 0

Манихино-Родник,0,3-0,4

Манихино-Изолят,0,3-0,4

Узкое, ольшаник, 0,3-

Тушино, березняк,0,3

Измайловский парк, поляна, 0

Долинар. Сетунь, 0

Коломенское, 0,1-02

Лосиныйостров, пол. 0

Царицыно, овраг, 0,3-0,4

Покровское-Глебово, 0,3

Ботанический сад, поляна, 0

Битцевский лес, 0,2-0,3

Кузьминки, поляна, 0

Воробьевы горы, пол. 0

Звенигород-луг

0,000

Звенигород-лес

0,022

0,000

Городок

0,014

0,028

0,000

Валдай

0,011

0,027

0,012

0,000

Мешково

0,005

0,022

0,013

0,009

0,000

Мешково-огороды

0,020

0,032

0,020

0,019

0,015

0,000

Манихино-родник

0,018

0,033

0,012

0,009

0,015

0,015

0,000

Манихино-изолят

0,016

0,024

0,013

0,007

0,012

0,021

0,005

0,000

Узкое

0,016

0,039

0,021

0,018

0,011

0,004

0,018

0,025

0,000

Тушино

0,008

0,029

0,021

0,019

0,008

0,006

0,019

0,022

0,005

0,000

Измайловский парк

0,010

0,035

0,014

0,012

0,005

0,009

0,015

0,017

0,003

0,006

0,000

Долина р. Сетунь

0,009

0,012

0,017

0,017

0,008

0,019

0,023

0,020

0,016

0,012

0,013

0,000

Коломенское

0,011

0,036

0,015

0,005

0,007

0,013

0,011

0,013

0,007

0,010

0,005

0,018

0,000

Лосиный остров

0,009

0,034

0,015

0,008

0,006

0,009

0,011

0,014

0,006

0,007

0,004

0,016

0,002

0,000

Царицыно

0,015

0,038

0,022

0,018

0,011

0,004

0,017

0,023

0,002

0,004

0,005

0,020

0,008

0,005

0,000

Покровское-Глебово

0,014

0,024

0,025

0,025

0,015

0,007

0,019

0,022

0,010

0,005

0,012

0,015

0,019

0,014

0,009

0,000

Ботанический сад

0,009

0,041

0,015

0,005

0,008

0,017

0,012

0,014

0,012

0,013

0,007

0,022

0,002

0,002

0,010

0,023

0,000

Битцевский лес

0,009

0,030

0,027

0,036

0,016

0,032

0,038

0,035

0,027

0,013

0,020

0,016

0,028

0,025

0,026

0,018

0,030

0,000

Кузьминки

0,024

0,022

0,030

0,033

0,019

0,013

0,029

0,029

0,016

0,013

0,019

0,011

0,027

0,025

0,019

0,014

0,036

0,026

0,000

Воробьевы горы

0,007

0,020

0,023

0,020

0,011

0,012

0,020

0,021

0,013

0,005

0,012

0,010

0,017

0,013

0,013

0,003

0,019

0,010

0,016

0,000

Примечание: Формулы расчета генетического расстояния (дистанции) приведены в главе 2 (п.2.8, формулы 10, 11)

Рис. 2. (UPGMA) - дендрограмма генетических расстояний между исследованными популяциями кустарниковой улитки по Неи (Nei, 1972). Формулы расчета генетических расстояний приведены в гл. 2 (п. 2.8, формулы 10, 11)

Наиболее генетически дивергировали крупные «региональные» популяции, сильно пространственно разобщенные: Звенигород-лес - Манихино-родник (D=0,033), Звенигород-лес - Мешково-огороды (D=0,032), Звенигород-лес - Валдай (D=0,027), Звенигород-лес - Городок (D=0,028), Манихино-изолят - Мешково-огороды (D=0,022). Гораздо менее дивергировали локальные близко расположенные популяции внутри этих «регионов», барьеры между которыми возникли не так давно и каждая из которой несет в себе черты «региональной популяции» (Манихино-изолят - Манихино-родник, (D=0,05), и сильнее разобщены популяции, барьеры между которыми существуют более длительно (Звенигород-лес - Звенигород-луг, D=0,22).

Однако антропогенное влияние на ландшафт в городе, приведшее к длительной изоляции сравнительно близко расположенных популяций городских парков, в некоторых случаях имеет результатом дивергенцию, соизмеримую с таковой «региональных» популяций, например Битцевский лес - Ботанический сад (D = 0,03), Битцевский лес - Коломенское (D = 0,028), Битцевский лес - Узкое (D=0,028).

О дивергенции популяций говорит различие в структуре изменчивости, как отдельных локусов, так и по их сумме (табл. 3,4), что объясняет наиболее сильную дивергенцию двух популяций в Звенигороде (лес и луг, D=0,22). Сильная дивергенция этих популяций была выявлена ранее, как результат различия в направлении действия отбора по одним и тем же раковинным локусам в фитоценозах с разной степенью затененности (Макеева, 1989; Макеева, Матекин 1994; Макеева, Пахорукова, 2000), что рассмотрено ниже (п. 4.3).

Использование F-статистик Райта (табл.4) позволяет оценить роль антропогенной изоляции в формировании генетической оригинальности популяций, приводящей к высокой степени инбридинга, о чем свидетельствует довольно высокое значение суммарного коэффициента инбридинга (FIS), подтверждающего отсутствие обмена генами между популяциями. Наиболее показательны в этом отношении локусы ЕST -4 (0,260), Рgi (0,318), ЕST -2 (0,221), Рgm (0,181), которые можно считать селективно значимыми для этого вида. Индекс популяционного различия (FST), оценивающий степень генетической дифференциации между популяциями, низкий (0.049. Выявленное более низкое значение генетического разнообразия в отдельных популяциях (FST=0,049) по сравнению с видом в целом (FIT =0,189), видимо, связано с утерей аллелей в связи с процессом их фиксации, вызванным генетическим дрейфом. Необходимо отметить, что полученная дендрограмма подтверждает иерархичность популяционной структуры, выявленную ранее с помощью всего двух наиболее селективно значимых локусов (Макеева, 1988; Makeeva, 2003).

Тест на гетерогенность аллельных частот в изученных выборках кустарниковой улитки (табл. 4) также показал, что все популяции достоверно отличаются по совокупности частот аллелей всех локусов и каждого локуса в отдельности. Во всех случаях Р = 0,001, кроме одного локуса (Sod-2, P= 0,015).

4.1.2 Анализ пространственно-популяционной структуры бурых лягушек, сложившейся в Москве и Подмосковье

О высоком уровне генетической дифференциации свидетельствует количественная оценка степени генетических различий исследованных природных популяций двух видов бурых лягушек - травяной и остромордой. Это подтверждают значения генетических расстояний между популяциями (Nei, 1972) (табл. 8,9), рассчитанные по частотам аллелей всех исследованных локусов (Макеева и др.,2004 а, 2005, 2006 а). Значения генетических расстояний варьируют для травяной лягушки от 0,005 до 0,119, для остромордой - от 0,009 до 0,201.

Таблица 8. Попарные генетические расстояния по 7 локусам между популяциями остромордой лягушки Rana arvalis Nilss. из Москвы и Подмосковья (Nei,1972) (по данным 2003 г.)

Выборка

Зеленоград

промзона

Зеленоград

Черное озеро

Измайловский парк

Ботанический

сад

Зеленоград Черное озеро

0,172

Измайловский парк

0,111

0,026

Ботанический сад

0,011

0,201

0,157

Кузьминки

0,009

0,147

0,096

0,027

Генетическая дивергенция природных популяций двух модельных видов лягушек отображена на дендрограммах (рис. 3,4).

У травяной лягушки по совокупности локусов выявлена иерархичность популяционной структуры. Наиболее сильно дивергировала популяция из Калужской области (Сатино). Между популяциями, сильно разобщенными пространственно (региональными), обнаружены наибольшие генетические расстояния (табл. 9): Зеленоград - Звенигород (D=0,063), Зеленоград - Новый Иерусалим (D=0,067). Генетическая дивергенция городских изолятов и природных популяций, испытывающих антропогенное воздействие, не всегда вписывается в эту иерархическую структуру. Генетические различия между городскими изолятами в некоторых случаях могут быть больше, чем между природными (Ботанический сад -- Лосиный остров (D=0,073)), или сравнимы с ними (Ботанический сад -- Битцевский лес (D=0,055)).

У остромордой лягушки эта тенденция выражена еще сильнее, ее генофонд более уязвим в антропогенных ландшафтах вследствие присущих этому виду биологических особенностей (зимовка на суше, а не в водоемах, как у травяной лягушки). У остромордой лягушки в некоторых случаях выявлена более сильная дивергенция между популяциями из парков города Москвы , чем между сильно географически удаленными популяциями: Измайловский парк -- Ботанический сад (D = 0,157), Измайловский парк -- Кузьминки (D = 0,096), Измайловский парк -- Зеленоград -- (D = 0,111) (табл.8).

Использование F-статистик Райта (табл.6) позволяет оценить в целом влияние антропогенной фрагментации ландшафта на изменение генофонда двух изучаемых видов амфибий. Оценка степени генетической дифференциации между популяциями с помощью индекса пространственной дифференциации (Fst) показала:

для остромордой лягушки (табл. 6) значение FST составляет 0,264. Наибольший вклад в межпопуляционную составляющую изменчивости вносит локус Sod (FST = 0.551), наи-

Таблица 9. Попарные генетические расстояния по 7 локусам между изученными популяциями Rana temporaria L. из Москвы и Подмосковья (Nei, 1972) (по данным 2003 г.)

Выборка

Звенигород

Новый Иерусалим

Зеленоград Черное озеро

Зеленоград промзона

Сатино

Измайловский парк

Битцевский парк

Лосиный остров

Тушино

Тропарево

Новый Иерусалим

0,007

Зеленоград Черное озеро

0,063

0,067

Зеленоград промзона

0,021

0,022

0,021

Сатино

0,081

0,079

0,119

0,067

Измайловский парк

0,023

0,021

0,026

0,016

0,101

Битцевский парк

0,013

0,028

0,037

0,018

0,093

0,018

Лосиный остров

0,010

0,010

0,091

0,039

0,095

0,039

0,032

Тушино

0,038

0,038

0,030

0,011

0,085

0,022

0,034

0,045

Топарево

0,025

0,028

0,019

0,013

0,102

0,005

0,015

0,043

0,018

Ботанический сад

0,064

0,055

0,024

0,017

0,095

0,030

0,055

0,073

0,006

0,026

Рис. 3. (UPGMA)-дендрограмма генетических расстояний между популяциями травяной лягушки по Неи (Nei, 1972)

меньший - Pgi (FST = 0,049). Довольно высокое среднее значение FST указывает на сильную генетическую подразделенность популяций остромордой лягушки и существенный вклад дрейфа генов в формирование межпопуляционных различий;

у травяной лягушки FST = 0,124. Наиболее весомый вклад в межпопуляционную составляющую изменчивости вносят локусы Pgi (FST = 0,296) и Sod (FST = 0,147). Генетическое разнообразие отдельных популяций (FST= 0,124) по сравнению с видом в целом (FIT = 0,197) намного ниже, что также свидетельствует в пользу выявленной тенденции к фиксации аллелей (рис. 6, 7).

Рис. 4. (UPGMA)-дендрограмма генетических расстояний между популяциями остромордой лягушки по Неи (Nei, 1972)

Высокие показатели суммарного коэффициента инбридинга подтверждают сказанное: для остромордой лягушки FIS - 0, 354, а для травяной - 0,083 (табл. 6). О глубине инбредной деградации генофонда популяции остромордой лягушки свидетельствуют чрезвычайно высокие коэффициенты инбридинга 70 % исследованных локусов: (gd - 0,820, Рgm - 0,342, Sod - 0,238). У травяной лягушки в 33 % локусов коэффициенты инбридинга также высоки (Mdh - 0,353, Sod - 0,218).

Показатели Fit, отражающие степень инбридинга относительно вида в целом, также велики: средние значения Fit составляют для травяной лягушки 0,197, для остромордой - 0,525, что указывает на резкий дефицит гетерозиготности особей изученных популяций в исследуемом регионе. Для травяной лягушки он составляет 19,7 %, для остромордой - 52,5 %.

Таким образом, анализ иерархичности популяционной структуры модельных видов животных, относящихся к двум типам, позволяет сделать заключение, что антропогенная изоляция по своему результату прямо противоположна естественной изоляции, которую С.С. Четвериков (1926) назвал «истинной причиной эволюции видов».

4.2 Случайные процессы как фактор уменьшения разнообразия популяций

Анализ факторов, формирующих , а также разрушающих эволюционно сложившуюся систему популяций антропогенных ландшафтов, базируется на основной простейшей модели, созданной Харди и Вайнбергом (Hardy, 1908; Beinberg, 1908). Эта модель описывает условия длительной стабильности популяций. Закон Харди-Вайнберга применим лишь к очень большим популяциям. В маленьких популяциях частоты аллелей в значительной степени регулируются дрейфом генов ((Четвериков, 1926; Дубинин, 1931; Ромашов, 1931; Шмальгаузен, 1969; Грант, 1980; Айала, Кайгер, 1987; Wrigt, 1931; Fisher, 1949 и др.).

Применение теоретических разработок популяционной генетики к изучению динамики генофондов городских изолятов модельных видов животных, а также тщательно спланированный выбор территории для проведения мониторинга в пространстве и во времени, позволил выявить действие дрейфа генов.

Доказательством действия дрейфа генов в популяциях парков г. Москвы служат:

1) Выявленный характер случайной дифференциации частот аллелей генов в серии исследованных городских изолятов вида. Это выражается в нарушении иерархичности популяционной структуры в пределах урбанизированной части обследованной модельной территории (сравнительно с Подмосковьем) Макеева,1988; Макеева и др., 1995, 2004 а, 2005, 2006 а; Матекин, Макеева, 1977).

2) Выявленная тенденция к фиксации разных аллелей одного и того же полиморфного локуса у всех модельных видов, которая может быть объяснена лишь как результат случайного дрейфа (рис. 5, 6, 7).

Рис. 5. Изменчивость числа аллелей локуса Est-4 в популяциях кустарниковой улитки из Москвы и Подмосковья. 1- Звенигород, луг; 2- Звенигород, лес; 3 - Городок; 4 - Валдай; 5 - Мешково; 6 - Мешково - огороды; 7 - Манихино, родник; 8 - Манихино - изолят; 9 - Узкое; 10 - Тушино; 11 - Измайловский парк; 12 - долина реки Сетунь; 13 - Коломенское; 14 - Лосиный остров; 15 - Царицыно; 16 -Покровское-Глебово; 17 - Ботанический сад; 18 - Битцевский лес; 19 - Кузьминки; 20 - Воробьевы горы

Рисунок 6 иллюстрирует фиксацию разных аллелей одного и того же полиморфного локуса супероксиддисмутазы в различных изолятах остромордой лягушки. Такая же тенденция прослеживается у этого вида и по другим локусам (6-Pgd, Pgm, Pgi).

Рис 6. Изменчивость числа аллелей локуса Sod в популяциях остромордой лягушки из Москвы и Подмосковья. 1- Зеленоград, промзона; 2 - Измайловский парк; 3 - Ботанический сад; 4 - Кузьминки.

3) Обнаружена корреляция между численностью и изменчивостью генофонда изученных популяций кустарниковой улитки (по доле полиморфных локусов). Коэффициент корреляции равен 0,46. В пределах от 250 до 1000 зависимость генетической изменчивости от численности оценивается коэффициентом корреляции +0,8. При больших значениях численности зависимость приобретает постоянный характер.

4) Выявленные высокие коэффициенты инбридинга по многим локусам, служат подтверждением того, что дрейфу генов сопутствует инбридинг (гл.5.1.1. и 5.1.2).

Рис. 7. Изменчивость числа аллелей локуса Sod в популяциях травяной лягушки из Москвы и Подмосковья. 1- Звенигород; 2 - Новый Иерусалим; 3 - Зеленоград, Черное озеро; 4 - Измайловский парк; 5 - Лосиный остров; 6 - Тушино; 7 - Битцевский лес; 8 - Тропарево; 9 - Ботанический сад.

Таким образом, оценка состояния генофонда и анализ результатов действия эволюционных факторов позволяет сделать нетривиальный вывод о том, что ведущая роль в уменьшении разнообразия и вымирании животных мелких изолятов антропогенных ландшафтов принадлежит отрицательным генетическим процессам - дрейфу генов и сопутствующему ему инбридингу.

Дрейф генов, как и мутации и миграции, изменяет частоты аллелей независимо от того, вызывает ли это повышение или понижение приспособленности. Случайность процессов с точки зрения приспособленности объясняет их разрушительное влияние на организацию популяционной структурированности видов и приспособленность организмов. Только естественный отбор предотвращает разрушительные последствия всех остальных процессов и способствует возникновению адаптивности популяций.

4.3 Анализ процесса естественного отбора в популяциях животных антропогенного ландшафта Москвы и Подмосковья (на примере кустарниковой улитки)

Несмотря на самые разные причины, эффект отбора сводится к большей или меньшей вероятности дать потомство. При этом экологические факторы рассматриваются нами как факторы, формирующие направления естественного отбора.

Обычно результаты действия отбора оцениваются по сдвигу частот генов и в соотношении генотипов в поколениях. В этом случае показателем эффективности отбора в популяциях служит Д q, то есть сдвиг в частоте гена за одно поколение (Шмальгаузен, 1969).

Основные направления современных работ по изучению естественного отбора в популяциях животных, в том числе у моллюсков сводятся к следующему:

1). Обычно действие естественного отбора выявляют по наличию предпочтительности одних фенотипов другим в различных по микроклимату фитоценозах и других местообитаниях (Макеева, 1980; Зейферт, 1987; Lamott, 1951, 1959; Wiliams, 1994; Johannesson, Tatarenkov, 1997).

2). Случаи наличия клинальной изменчивости признаков также приводятся как доказательство действия естественного отбора (Хохуткин, 1997; Smet, Rompu, 1989; Rolan-Alvarez et al., 1997; Palo et al., 2003; Kourti, 2004).

3). Немногочисленные работы обнаруживают результат действия отбора, эффективность которого может быть выявлена в течение жизни одного поколения (Макеева, 1989; Зейферт, 1991; Koеhn et al., 1973; Cowie, 1990, Ymsland et al., 2001).

4). Отдельные работы посвящены рассмотрению процесса отбора в динамике, то есть во времени, что и позволяет выявить векторы отбора. Большинство таких работ выполнено на экспериментальных популяциях животных (Cook, Cain, 1980; Mao, Xiang, 1996; Regoli, 1998) или при сравнении ископаемых и современных форм (Рычков, 1969, 1998; Алтухов, Калабушкин, 1974).

5). Лишь единичные работы выполнены в природных популяциях, в обозримый исторический период, с учетом изменения генетического состава популяций в поколениях с использованием полиморфных локусов. При этом в одних случаях отбор был выявлен (Алтухов, 1989; Макеева, 1989; Макеева, Пахорукова, 2000; Doums et al., 1996), в других - нет (Jorde, Ryman, 1996).

Сдвиг частот аллелей в популяциях кустарниковой улитки фиксировался с помощью полиморфного конхологического признака (наличия или отсутствия полосы на раковине) и полиморфного биохимического маркера - системы эстераз, впервые обнаруженной у этого вида (Матекин, Макеева, 1977).

Исследовано два аспекта действия естественного отбора (Макеева, 1989; Макеева, Матекин, 1987; Макеева, Пахорукова, 2000):

сравнивались частоты аллелей признаков между разными возрастными группами одного поколения - с целью выявления эффекта отбора в течение жизни одного поколения моллюсков. У B. fruticum сравнивались частоты аллелей 3-й (половозрелых) и 1-й (молоди) возрастных групп;

анализировался сдвиг частот аллелей между разными поколениями моллюсков с целью выявления временного аспекта действия отбора, позволяющего определить вектор отбора. У B. fruticum он исследовался при сравнении частот аллелей взрослых особей разных поколений - по 3-й возрастной группе, через два поколения моллюсков, с интервалом в 12 лет.

4.3.1 Результаты анализа эффекта отбора при сравнении сдвига частот разных возрастных групп одного поколения

Результаты изучения эффекта отбора в пределах одного поколения выявили эффект отбора по двум полиморфным локусам - конхологическому и аллозимному (Макеева, 1988; Макеева, Пахорукова, 2000). Величины коэффициентов селекции (S), интенсивность отбора (I) и сдвиги частот аллелей (Дq) колеблются в следующих пределах:

по аллелю полосатости раковин: S от 0,338 до 0,872; I -- 0,193-0,503; Дq -- 0,054-- 0,147;

по частоте аллеля В эстераз: S от 0,080 до 0,722; I -- 0,020- 0,409; Дq -- 0,010 -- 0,150.

Достоверные различия по соотношению частот фенотипов эстераз обнаружены в 66, 7% случаев (в 8 выборках из 12), для сравнения - по фенотипам раковин -- в 11,4% случаев (5 из 44).

Полученные данные подтверждают, что структура популяций подвергается значительной перестройке за счет отбора в течение жизни одного поколения, что выражается в разных частотах аллелей полиморфных признаков родителей и прошедших горнило отбора потомков, и свидетельствуют против гипотезы селективной нейтральности аллелей, развиваемой М. Кимура (1985) и другими авторами.

4.3.2 Результаты изучения эффекта отбора между поколениями

Результаты сравнения генетических параметров обследованных популяций по двум локусам подтвердили удивительное постоянство генетической структуры популяций во времени. Обнаружение случаев достоверного изменения частот аллелей при сравнении разных возрастных групп - 1-й и 3-й (рис. 8, а, б) - подтверждает, что происходит процесс перестройки генотипической структуры популяций в течение жизни каждого поколения моллюсков. Рисунки демонстрируют изменение соотношения конкретных генотипов на примере четырех популяций кустарниковой улитки при изучении одного полиморфного локуса (эстераз) в двух разных поколениях. Этот процесс перераспределения соотношения генотипов является реальным адаптационным механизмом, который по-разному реализуется в каждой конкретной популяции, т. е. в определенной среде и в данный момент времени.

а

б

Рис. 8. Соотношение частот генотипов эстераз в 1-ой и 3-ей возрастных группах четырех популяций кустарниковой улитки в двух поколениях (а -- 1975 - 1978; б -- 1988 - 1989 гг.) 1-Звенигород, ельник; 2 - Звенигород, берег Москва-реки; 3 - Мешково; 4 - Манихино

Одновременно, это перераспределение ведет к сохранению постоянства частот аллелей во времени, так как даже при одинаковых частотах генов состав генотипов возрастных групп может быть неидентичным. В этом и заключается механизм поддержания популяционного гомеостаза у B. fruticum в природе, выражающийся в перераспределении генотипов (рис. 8) и сдвигов частот аллелей в возрастных группах в течение жизни одного поколения и одновременно сохраняющий постоянство частот во времени (Макеева, Пахорукова, 2000). Этот механизм сохранения постоянства частот аллелей во времени теоретически был сформулирован в виде закона Харди - Вайнберга, являющегося краеугольным камнем популяционной генетики. Подтверждение этого закона в природных популяциях, особенно на уровне частот аллелей изоферментов, связано с трудностями исследования временного аспекта, требующего анализа нескольких последовательных поколений каждой исследованной популяции.

4.3.3 Анализ действия естественного отбора в связи микроклиматическими особенностями фитоценозов

Нами отмечена общая тенденция действия естественного отбора против полосатых форм, свидетельствующая об общем направлении изменения физико-географических характеристик ландшафта юго-западного Подмосковья, охарактеризованного как осветление ландшафта (Макеева, 1980,1989). В наименьшей степени направление отбора против полосатых форм свойственно популяции большого лесного массива г. Звенигорода, менее всего испытывающего антропогенное давление. Следует отметить, что максимальный сдвиг частот аллелей зафиксирован для популяций, испытывающих наибольшее антропогенное воздействие (Мешково, Манихино, парки г. Москвы - Кузьминки, Долина р. Сетунь).

Сравнение открытых и затененных биотопов, проведенное в 2003 г., по признакам раковины подтвердило выявленное ранее достоверное отличие популяций из этих биотопов, что можно объяснить действием как апостатического отбо...


Подобные документы

  • Этапы изменения природы. Почвенные изменения Москвы и Подмосковья. Чрезвычайные экологические ситуации региона. Загрязнение почв тяжелыми металлами и диоксинами. Урболандшафт и его надёжность. Загрязнение воздуха оксидами азота и радиационное загрязнение.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 22.05.2010

  • Рассмотрение назначения экологической инфраструктуры города Москвы. Изучение проблем экологической безопасности. Анализ государственной программы города Москвы "Охрана окружающей среды", основ ее финансирования и материально-технического обеспечения.

    дипломная работа [60,7 K], добавлен 25.12.2014

  • Признаки устойчивости к стрессу. Воздействие антропогенных стрессоров на морфологическую структуру, на характер распространения растений и динамику популяций беспозвоночных животных. Главные антропогенные загрязнители воздуха. Гербициды, как стрессоры.

    контрольная работа [186,8 K], добавлен 05.02.2011

  • Значение животных в биосфере и жизни человека: формировании ландшафта, жизни растений. Воздействие человека на животных, причины вымирания животных: переселение животных, прямое и косвенное влияние человека. Мероприятия по охране животного мира.

    контрольная работа [26,9 K], добавлен 24.11.2007

  • Анализ общей экологической ситуации Москвы. Классификация источников и уровня загрязнения атмосферы. Воздействие антропогенной трансформации атмосферы на здоровье жителей. Разработка методов и средств инженерно-экологической защиты атмосферы г. Москвы.

    дипломная работа [1,7 M], добавлен 23.11.2009

  • Специфичность водных экосистем Беларуси. Влияние естественных и антропогенных факторов воздействия на состояние водных экосистем. Водные экосистемы Бреста и Брестской области. Анализ их загрязнения. Карстовые озера. Озера-старицы. Водохранилища. Пруды.

    курсовая работа [804,8 K], добавлен 16.05.2016

  • Категории национальной природоохранной значимости редких и находящихся под угрозой исчезновения видов диких животных в Белоруссии. Растительный мир как объект экологических правоотношений. Меры по охране редких и исчезающих видов животных и растений.

    курсовая работа [56,2 K], добавлен 17.11.2016

  • Главная причина вымирания животных и растений. Радикальные изменения среды обитания животных. Охотничий промысел в запрещенных местах. Уничтожение природы в целях защиты сельскохозяйственной продукции. Антропогенное воздействие гидроэлектростанций.

    презентация [964,1 K], добавлен 10.09.2014

  • Статус популяций и охрана джейранов, туркменских куланов, архаров, устюртского, алтайского и каратауского муфлонов. Образ жизни и значение для человека. Качество охраны животных в заповеднике. Численность тугайного оленя в заповеднике "Тигровая балка".

    презентация [493,8 K], добавлен 31.05.2012

  • Население Москвы и его плотность. Выхлопные газы автотранспорта. Экологический мониторинг в Москве. Экология Москвы-реки. Состав воды и леса Москвы. Распределение зеленых насаждений. Распределение площадей промышленно-производственных зон по округам.

    презентация [29,1 M], добавлен 05.04.2015

  • Основные места обитания различных видов рыб: линя, пескаря, жереха, леща, окуня, щуки. Характеристика хвостатых и бесхвостых земноводных: гребенчатого и обыкновенного тритонов, зеленой жабы, лягушек. Особенности жизни пресмыкающихся: гадюки, ужа, ящериц.

    презентация [16,1 M], добавлен 05.05.2013

  • Роль животных в круговороте веществ в природе и жизни человека, причины исчезновения видов. Законодательное регулирование отношений в области охраны и использования животного мира, а также в сфере сохранения и восстановления среды его обитания в ПМР.

    реферат [30,2 K], добавлен 13.12.2010

  • Системы очистки сточных вод города Новосибирска. Показатели качества питьевой воды, физические и химические. Эколого-гидрогеологические проблемы использования подземных вод для водоснабжения города Москвы. Медико-экологическое значение водного фактора.

    курсовая работа [159,2 K], добавлен 09.09.2012

  • Анализ влияния антропогенных объектов, оказывающих влияние на окружающую среду района исследования. Характеристика ландшафта, формирующиеся геохимические аномалии. Эколого-геологическая оценка площади. Прогноз дальнейшего развития опасных явлений.

    контрольная работа [2,1 M], добавлен 23.07.2013

  • Основные сведения о рассматриваемом населенном пункте (расположение, численность населения, отрасли промышленности, крупные предприятия-загрязнители ОС). Влияние производственного процесса на окружающую среду. Способы минимизации его вредного воздействия.

    контрольная работа [870,3 K], добавлен 21.04.2015

  • Водная и наземно-воздушная среды жизни. Почва как среда жизни. Роль эдафических факторов в распределении растений и животных. Живые организмы как среда обитания. Адаптация животных к водной среде. Экологическая пластичность организмов водной среды.

    курсовая работа [48,2 K], добавлен 11.07.2015

  • Научные подходы к определению критических границ антропогенной нагрузки на водные экосистемы. Загрязнение водных экосистем как критерий антропогенной нагрузки. Формирование экономического механизма нормирования антропогенной нагрузки на водные экосистемы.

    контрольная работа [49,5 K], добавлен 27.07.2010

  • Проблемы экологии в России. Основные проблемы экологии российских городов. Проблема утилизации медицинских отходов в России. Исследование проблемы утилизации медицинских отходов на примере муниципального учреждения здравоохранения ИКБ №2 города Москвы.

    курсовая работа [42,1 K], добавлен 22.07.2012

  • Роль животных в биосфере и жизни человека. Воздействие человека на животных. Воздействие производственных процессов в АПК на животный мир. Охрана охотничьих животных, промысловых рыб, других промысловых и непромысловых животных, редких животных. Заповедни

    курсовая работа [59,7 K], добавлен 23.10.2004

  • Сравнение природной и антропогенной экосистем по Миллеру. Главная цель агроэкосистем, их основные отличия от природных. Понятие и процессы урбанизации. Функциональные зоны урбанистической системы. Среда урбосистем и проблемы утилизации природных ресурсов.

    реферат [26,4 K], добавлен 25.01.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.