Гульмира толегеновна влияние брачного подбора и длительного инбредного разведения на репродуктивные характеристики степной пеструшки (lagurus lagurus pallas,

Сибирское отделение Институт систематики и экологии животных

На правах рукописи

УДК 575.222.5/.6:591.56:599.323.43 Кокенова Гульмира Толегеновна ВЛИЯНИЕ БРАЧНОГО ПОДБОРА И ДЛИТЕЛЬНОГО ИНБРЕДНОГО РАЗВЕДЕНИЯ НА РЕПРОДУКТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТЕПНОЙ ПЕСТРУШКИ (Lagurus lagurus Pallas, 1773) 03.00.08 – «зоология»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Новосибирск – 2007

Работа выполнена в лаборатории экологических основ охраны генофонда животных Института систематики и экологии животных СО РАН

Научный консультант:

кандидат биологических наук Потапов Михаил Анатольевич

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Громов Владимир Степанович кандидат биологических наук Назарова Галина Григорьевна

Ведущая организация: Институт экологии растений и животных Уральского отделения Российской Академии наук.

Защита состоится 24 апреля 2007 г. в 10 часов на заседании Диссертационно го совета Д 003.033.01 при Институте систематики и экологии животных СО РАН по адресу: 630091 Новосибирск, ул. Фрунзе, 11.

Сайт Института: http://www.eco.nsc.ru Факс: +7 (383) 217- e-mail: [email protected]

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИСиЭЖ СО РАН.

Автореферат разослан 23 марта 2007 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, доктор биологических наук А.Ю. Харитонов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В последние десятилетия в лесостепной зоне Северной Кулунды численность степной пеструшки (Lagurus lagurus Pallas) остается стабильно низкой, что повлекло ее включение в Красную книгу Новосибир ской области (Швецов, 2000). В связи с сокращением численности данный вид может столкнуться с проблемой вынужденного инбридинга в природе.

Показательна судьба родственного вида – желтой пеструшки (Eolagurus lu teus Eversmann), которая была широко распространена в Евразии в течение всего плейстоцена, разделяя биотопы со степной пеструшкой, и за сравни тельно короткий в эволюционном отношении срок вымерла в пределах Рос сии. Сокращение численности вида предположительно сопровождалось и усугублялось инбридингом, снижавшим генетическую гетерогенность и, со ответственно, устойчивость популяций к внешним факторам (Дупал, 2005).

Одним из способов поддержания биоразнообразия является разведение редких видов животных в условиях неволи. Использование при этом сравни тельно узкого круга производителей рано или поздно неизбежно приводит к вынужденному проведению близкородственных скрещиваний. Негативные эффекты инбридинга выражаются в отклонениях развития, сниженной пло довитости и жизнеспособности, повышении неадаптивной фенотипической изменчивости (Ralls et al., 1988;

Hedrick, Kalinowski, 2000;

Keller, Waller, 2002), что нежелательно при разведении животных, которые в последующем подлежат репатриации в природу (Флинт, 2000, 2002).

Знание биологии размножения животных, их поведения во время фор мирования брачных пар, раскрытие внутренних причин совместимости брач ных партнеров, изучение родительской заботы о потомстве имеют особую важность и являются залогом успешного содержания и разведения живот ных. В литературе есть указания на то, что в природе степные пеструшки встречаются преимущественно семьями, в которых обычно бывает лишь пара взрослых зверьков и неполовозрелые молодые особи (Млекопитающие…, 1978), однако система брачных отношений (система спаривания) у степной пеструшки в достаточной мере не исследована. Также практически неизу ченной остается реакция вида на длительный инбридинг. Известно лишь, что осуществить его в искусственных условиях затруднительно (Ченцова, 1969).

Цель работы. На примере степной пеструшки изучить влияние подбо ра брачных партнеров и длительного братско-сестринского разведения в кон тролируемых условиях на реализацию воспроизводительного потенциала и формирование морфологических признаков животных.

Задачи:

1. Уточнить представление о репродуктивной биологии вида, для чего провести эксперименты по выяснению системы спаривания у степной пеструшки.

2. Выяснить влияние на эффективность воспроизводства (плодовитость, ювенильную смертность и др. характеристики) взаимного предпочте ния животными брачных партнеров.

3. В течение нескольких поколений инбредного разведения проследить изменения репродуктивных и морфологических характеристик живот ных.

4. Провести скрещивание полученных инбредных линий, происходящих из разных географических точек, и сопоставить репродуктивные и морфологические характеристики инбредных и гибридных животных.

Научная новизна. Впервые экспериментально установлена моногам ная система брачных отношений у степной пеструшки. На примере данного вида показано положительное влияние брачного подбора, основанного на взаимном предпочтении партнеров, на реализацию репродуктивного потен циала животных. Выявлены изменения морфологических характеристик, со провождающие длительное разведение степной пеструшки в неволе. В ре зультате инбредного разведения в течение восьми последовательных поколе ний выявлены его эффекты на плодовитость и жизнеспособность животных.

Показано частичное восстановление репродуктивных показателей через 5– поколений инбридинга. Установлено, что при межлинейной гибридизации увеличивается плодовитость и жизнеспособность животных, при этом впер вые показано, что эти эффекты более выражены при скрещивании гибридов первого поколения между собой.

Практическая ценность. Знание системы брачных отношений и ре продуктивного поведения мелких млекопитающих может помочь глубже изучить их экологию, пространственно-этологическую структуру, динамику численности. Полученные результаты могут быть использованы для повы шения продуктивности разводимых под контролем человека животных при использовании такого критерия подбора производителей как их взаимные предпочтения. В качестве способа сохранения редких видов в неволе обосно вана целесообразность поддержания неродственных по происхождению ин бредных стоков с их последующей гибридизацией. Материалы диссертации использованы в курсе «Учение о популяции» для студентов Новосибирского государственного университета.

Основные положения, выносимые на защиту:

Степная пеструшка характеризуется моногамной системой спаривания.

Взаимный выбор половых партнеров способствует наиболее полной реализации воспроизводительного потенциала степной пеструшки.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Всероссийской конференции с участием зарубежных ученых «Сибирская зоологическая конференция» (Новосибирск, 2004 г.), III Международной на учно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии» (Кара ганда, 2004 г.), 59-й Республиканской научной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной биологии и биотехноло гии» (Алматы, 2005 г.), Международной научной конференции «Поведение и поведенческая экология млекопитающих» (Москва, Черноголовка, 2005 г.), IV Международной научной конференции молодых ученых и студентов «Ак туальные вопросы современной биологии» (Алматы, 2006 г.), Международ ной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования в Казахстане и сопредельных территориях» (Павлодар, 2006 г.). Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на лабораторных и межлабораторных семинарах в Институте систематики и экологи животных СО РАН в 2004–2007 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе – статья в журнале «Доклады Академии наук».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы, включающего 280 позиций, в том числе – более половины иноязычных. Работа изложена на 120 страницах и содержит 30 рисунков и 6 таблиц.

Благодарности. Выражаю искреннюю благодарность заведующему лабораторией и моему научному руководителю к.б.н. М.А. Потапову за на ставничество, ценные консультации и помощь на всех этапах работы. От дельно огромную благодарность хочу выразить м.н.с. О.Ф. Потаповой за ока занное внимание, поддержку и неоценимую помощь при выполнении всей методической части работы. Также благодарю к.б.н. Г.Г. Назарову, д.б.н.

Ю.Н. Литвинова, к.б.н. Т.А. Дупал, к.б.н А.А. Позднякова, к.б.н. С.А. Абра мова и других за ценные замечания, П.А. Демидовича и П.А. Задубровского – за дружеское расположение и непосредственное участие в работе.

Работа поддержана грантами РФФИ (№05-04-49189), фонда поддержки ведущих научных школ (НШ-1038.2006.4), программы Президиума РАН «Происхождение и эволюция биосферы».

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1. Проблема сохранения биоразнообразия В разделе обсуждаются проблемы антропогенного воздействия на при роду и поддержания численности природных популяций редких и исчезаю щих видов с последующим пополнением их животными, выращенными в не воле (Алтухов, 1995;

Флинт, 2000, 2002;

Lynch, O’Hely, 2001;

Duchesne, Ber natchez, 2002). Приводится обзор методов сохранения разнообразия живот ных (Флинт, 2000, 2002;

Fernandez, Caballero, 2001;

Fernandez et al., 2001;

Ca ballero, Toro, 2002;

Good et al., 2003). Основное внимание обращено на ин бридинг в природных популяциях, механизмы его избегания и негативные последствия для репродуктивных характеристик животных (Laikre et al., 1997;

Lod, 1999). Описывается использование метода гибридизации для со хранения биоразнообразия (Сипко, Белоусова, 1993), рассмотрены особенно сти проявления гетерозиса у млекопитающих (Евсиков и др., 1991, 1998;

По тапов и др., 2001;

Potapov et al., 1999). Также рассматриваются морфологиче ские изменения, происходящие у животных при их содержании в неволе и при различных воздействиях (Фалеев и др., 2000;

Wisely et al., 2002;

Васильев и др., 2000, 2003).

1.2. Репродуктивная биология млекопитающих Раздел посвящен системе брачных союзов, встречающихся в природе (Clutton-Brock, 1989), в том числе, обсуждены причины редкости моногам ных отношений среди млекопитающих (Евсиков, 1975;

Евсиков и др., 2001).

Приведены примеры факультативной и облигатной форм моногамии у раз ных видов млекопитающих (Brotherton et al., 1997;

Parker et al., 2001). Пред ставлены современные данные по гормональной регуляции моногамной сис темы спаривания (Lim et al., 2003, 2004;

Wang, Aragona, 2004;

Young, Wang, 2004) и по использованию молекулярно-генетических методов для установ ления «внебрачного» отцовства при моногамии (Solomon et al., 2004). Обсу ждается влияние моногамной системы спаривания на снижение генетической изменчивости в природных популяциях грызунов (Sommer et al., 2002;

Som mer, 2005). Представлены виды мышевидных грызунов, которые признаны моногамными на основе полевых и/или экспериментальных данных, учиты вающих такие особенности как общая территория пары, предпочтение преж него полового партнера, забота о новорожденных их отцов и старших сибсов и др. (Kleiman, 1977;

Ostfeld, Heske, 1993;

Cushing, Kramer, 2005). Приводятся сведения литературы об образе жизни степной пеструшки, позволяющие предполагать моногамную систему спаривания у данного вида (Млекопи тающие…, 1978), однако требующие экспериментального подтверждения.

Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ Исследование выполнено на степных пеструшках (Lagurus lagurus Pall.), отловленных в лесостепной зоне Северной Кулунды – в окрестностях г. Карасук, вблизи Карасукского стационара ИСиЭЖ СО РАН (участок №1) и на остепненных участках Барабинской низменности – в Здвинском р-не Но восибирской области, вблизи Чановского стационара ИСиЭЖ СО РАН (уча сток №2). Животных содержали в виварии при постоянном световом режиме (14 ч света), комнатной температуре и свободном доступе к воде и корму в стандартных клетках (203010 см). Постоянные температура, световой ре жим и режим кормления позволили в дальнейшем не учитывать сезонный фактор.

Для разведения использовали животных двухмесячного возраста. Оце нивали репродуктивные характеристики пар: число живых и мертворожден ных детенышей (доля последних использовалась как показатель перинаталь ной смертности), рост и выживаемость детенышей в выводках до окончания выкармливания. Молодых животных отсаживали от матерей на 21-й день по сле рождения. По приросту веса тела самки от дня подсадки к самцу до пер вого дня после родов оценивали ее способность к созданию энергетических резервов для нужд последующей лактации (Назарова, Евсиков, 2000, 2004).

Молочность самок оценивали косвенно – по абсолютному приросту суммар ного веса всего выводка в день рассадки к таковому в день рождения (Nagai et al., 1971). В среднем каждой размножающейся паре предоставляли воз можность принести два выводка.

Для изучения эффектов инбридинга из потомков 17-ти пар родителей, происходящих с участка №1, и трех пар с участка №2 сформировано соответ ственно 36 и 6 братско-сестринских пар, ставших основателями инбредных стоков, в дальнейшем – «линий» (Бландова и др., 1983). Контрольные пары образовывали подбором случайных неродственных партнеров среди отлов ленных диких животных и их потомков. После первого цикла инбредного разведения осталось всего пять стоков с участка №1 и два – с участка №2. К 5–6 поколениям инбридинга сохранилось только два стока («линии»), проис ходящие с двух участков. Проанализированы показатели 54 контрольных и 166 инбредных пар восьми последовательных поколений разведения.

Для получения гибридов первого поколения (F1) проводили скрещива ние потомков двух линий четвертого поколения инбридинга. Сформировано 32 пары. Для получения гибридов второго поколения (F2) сформировано пар среди гибридов F1.

На следующий день после рождения выводка родителей (сначала сам ку, затем самца) тестировали на проявление заботы о потомстве, которую оценивали по времени перетаскивания в гнездо первого из детенышей, всем выводком перемещенных экспериментатором в противоположный угол клет ки (Евсиков и др., 2001). Максимальная продолжительность теста – 10 минут.

Поведение потомков ювенильного возраста (в среднем 25-ти дней от роду) изучали в диадном тесте на нейтральной арене. Ссаживали двух одно полых особей и регистрировали все наблюдаемые поведенческие акты в те чение 10-ти минут.

Ольфакторные тесты проводили на диких животных, отловленных вес ной на участке №1. Самкам в состоянии эструса предъявляли примерно рав ное количество (5–10 г) подстилки двух самцов. Для опыта использовали ус тановку («ольфактометр»), состоящую из трех отделений (131313 см каж дое), последовательно соединяющихся проходами 44 см. Образцы подстил ки помещали в крайние отделения ольфактометра, в среднее помещали сам ку. В течение 10-минутного теста регистрировали время пребывания самки в каждом из отсеков. То же самое проделывали с самцом, предъявляя ему за паховые стимулы самок, находящихся в состоянии эструса.

Чтобы сформировать пары на основе предпочтения, стимулы, которые самка и самец исследовали в течение относительно большего времени, про тивопоставляли в повторных тестах стимулам новых оппонентов. В случае повторного «предпочтения» (большего времени исследования стимула) и совпадения предпочтений, отдаваемых данной самкой данному самцу и на оборот, пару считали сформированной (Евсиков и др., 2001). Самца и самку держали совместно до появления признаков наступления беременности у по следней, затем самца отсаживали.

Для того чтобы выяснить, предпочитают ли животные прежнего парт нера, после рождения выводка, в послеродовом эструсе, самкам предъявляли запаховый стимул «своего» (т.е. отца ее детей) и «чужого» (незнакомого прежде) самца. Самцам также предлагали запаховые стимулы «своей» и «чу жой» самки. После отсадки выводка (в постлактационном эструсе самок) тест проводили повторно. Контролем к парам, сформированным по предпочте нию, служили пары, образованные случайным образом. Всего проведено бо лее 200 тестов и проанализированы репродуктивные показатели 95 пар, сформированных с предварительным подбором партнера и случайно.

Чтобы оценить морфологические характеристики, после размножения животных (в возрасте 3–4 мес.) забивали, взвешивали, измеряли длину тела, хвоста и задней ступни. Затем их вскрывали, измеряли длину кишечника и взвешивали препуциальные железы и семенники у самцов. Весовые индексы (в процентах) рассчитывали относительно веса тела, линейные – относитель но длины тела. До шестого поколения инбредного разведения промерены краниометрических показателей. Черепные индексы рассчитывали по отно шению к наибольшей длине черепа. На основании черепных промеров вы числяли показатель объема черепа. Для оценки физического состояния жи вотных использовали индекс BCI (body condition index):

BCI = W / W0, где W –вес тела, W0 – ожидаемый вес тела, рассчитанный из регрессии веса тела на длину тела, возведенную в куб, по выборке контрольных, не про шедших инбредного разведения, животных. Общий объем обработанного ма териала составляет 1032 особи, в том числе 327 черепов.

При математической обработке данных использовали стандартные процедуры, такие как корреляционный и регрессионный анализ. Статистиче ские сравнения проводили с помощью критериев Стьюдента и 2, дисперси онного анализа (ANOVA) и теста LSD из его арсенала, непараметрического парного теста Уилкоксона. В случае, когда не было выявлено половых, меж линейных и др. различий, соответствующие данные объединяли. Данные в тексте и на рисунках представлены как M±SEM.

Глава 3. РЕПРОДУКТИВНАЯ БИОЛОГИЯ СТЕПНОЙ ПЕСТРУШКИ 3.1. Система спаривания у степной пеструшки Предположение о моногамной системе спаривания у степных пестру шек, основанное на фрагментарных полевых и лабораторных данных (Баше нина, 1975;

Млекопитающие…, 1978), нуждалось в экспериментальном под тверждении.

Одним из подходов к выяснению системы спаривания является тест на выявление предпочтения прежнего брачного партнера или незнакомца либо их запаховых стимулов (Patris, Baudoin, 1998;

Tai et al., 2001). Результаты 10 минутных тестов на предпочтение партнера степной пеструшкой, проведен ных в период послеродового и постлактационного эструса у самок, свиде тельствуют в пользу моногамии у данного вида, поскольку во всех вариантах теста зарегистрировано предпочтение прежнего «партнера» (рис.1).

Другим подходом к выяснению системы спаривания служит тест на от цовскую заботу о потомстве, которая максимальна у моногамных видов и минимальна у полигамных (Kleiman, 1977;

Oliveras, Novak, 1986;

Margulis, 1998;

Reburn, Wynne-Edwards, 1999;

Tai et al., 2001;

Smorkatcheva, 2003). В отсутствие временно удаленной из клетки самки 77% (n=247) исследованных самцов степной пеструшки в течение теста затаскивали в гнездо предвари тельно удаленных из него детенышей. Остальные самцы все же проявляли заботу о детях – оставались с ними, собирали их вместе и грели своим телом.

Эти данные также говорят о моногамии степных пеструшек.

350 Свой Чужой n= n= 300 p=0. n=50 p=0. n= p=0. p=0. Время, с Самки, ПР Самцы, ПР Самки, ПЛ Самцы, ПЛ Тестируемые группы Рисунок 1. Время исследования самками и самцами степной пеструшки за паховых стимулов от прежнего («Свой») и незнакомого («Чужой») партнера.

Приведено число тестов и достоверность отличий (по парному тесту Уилкок сона). Обозначения: ПР – послеродовый, ПЛ – постлактационный период.

Степные пеструшки не только осуществляют родительскую заботу, но и с каждым последующим выводком ее «совершенствуют». Как у самок (p0.02), так и у самцов (p0.001) с приобретением родительского опыта (от первого ко второму и последующим выводкам) сокращается время, затрачи ваемое на перетаскивание детеныша в гнездо.

В диадных тестах у степной пеструшки впервые отмечена такая форма поведения как «таскание» ухваченного за шкурку партнера. Этот элемент от мечен у 35% (n=37) самок и 15% (n=73) самцов степной пеструшки ювениль ного возраста. «Таскание» в 2.5 раза чаще проявляется в отношении младших на несколько дней партнеров по ссаживанию, чем ровесников (30%, n=23 и 12%, n=66 случаев соответственно;

21=4.08, p=0.04). Появление этого эле мента поведения является, возможно, косвенным отражением особенности моногамных семей – участия молодняка в прямой заботе за сибсами младших генераций (Roberts et al., 1998a;

Margulis et al., 2005), включающей у грызу нов их перетаскивание (Пегельман, 1977).

Межвидовые различия в системе брачных отношений сопряжены также с выраженностью полового диморфизма по размерам тела (Kleiman, 1977;

Ostfeld, Heske, 1993;

Cushing, Kramer, 2005). Как по длине (Heske, Ostfeld, 1990), так и по весу тела (Boonstra et al., 1993;

Weckerly, 1998) половой ди морфизм у моногамных видов проявляется слабо или вообще не выражен.

Причем у некоторых полигинных видов полевок превышение веса тела сам цов над таковым самок может составлять 70% (Голенищев, 1983). Вес тела самцов степной пеструшки превышает вес тела самок не так существенно – не более чем на 18%. По длине тела различия не превышают 5%.

Таким образом, нами получено достаточно аргументов, чтобы считать степную пеструшку моногамным видом. Как самки, так и самцы по оконча нии репродуктивного цикла предпочитали прежнего партнера, что характер но для моногамных видов. Доля самцов, проявивших родительскую заботу в 10-минутном тесте, составила почти 80%. Для сравнения, у мышей BALB/c доля заботливых отцов не превышает 30% (Евсиков и др., 2001), а многим видам грызунов отцовская забота вообще не свойственна. Половой димор физм по весу и по длине тела выражен у степной пеструшки в меньшей сте пени, чем у других полевок.

3.2. Значение брачного подбора в регуляции воспроизводства Очевидно, что особенно важно проанализировать влияние «самостоя тельного» подбора брачных партнеров на успешность размножения у пред ставителей моногамного вида с продолжительными семейными отношения ми. Для изучения данного вопроса оценивали репродуктивные характеристи ки двух групп – контрольной (случайное сочетание партнеров) и опытной, в которой зверьки перед образованием пар проявили взаимное предпочтение.

Все 22 пары, сформированные на основе взаимного выбора, успешно размножились, в то время как из 50-ти случайно подобранных пар принесли потомство только 40 (отличия достоверны;

21=5.11, p0.03).

Оказалось, что плодовитость самок достоверно выше в случае спарива ния с предпочитаемым партнером. Так, число новорожденных и отсаженных детенышей у пар, образованных на основе взаимного выбора, достоверно выше, чем у «случайных» (рис. 2).

* Размер выводка, шт.

С, при С, при П, при П, при рождении отсадке рождении отсадке Пары Рисунок 2. Размер выводка при рождении и при отсадке от матерей в парах степных пеструшек, сформированных случайно («С») и по взаимному пред почтению («П»). * – достоверность отличий между «случайными» и «пред почитаемыми» парами, p0.003.

Прирост суммарного веса всего выводка ко дню отсадки от матери вы ше в парах, которые в предварительных тестах «выбрали» себе партнеров, чем в парах, подсаженных случайным образом (p0.001), что, видимо, обес печено большей отдачей и/или лучшим качеством молока. Молочность, в свою очередь, может определяться энергетическим резервом на нужды лак тации, создаваемым самками. Прирост веса тела самок за период беременно сти положительно скоррелирован у степной пеструшки с числом новорож денных (r203=+0.34, p0.001) и выкормленных детенышей в выводках (r203=+0.37, p0.001) и отрицательно связан с перинатальной (r203=–0.15, p=0.03) и постнатальной ювенильной смертностью (r203=–0.23, p=0.001).

Улучшение репродуктивных характеристик сопряжено и с другими по ложительными эффектами брачного подбора. Родительская забота в парах из взаимно предпочитающих партнеров при рождении второго выводка сущест венно увеличивается, о чем свидетельствует сокращение времени доставки первого детеныша в гнездо как у самок (p0.004), так и у самцов (p0.01), в то время как в случайных парах такие различия не обнаружены. Увеличение заботливости самцов в парах по предпочтению также подтверждает важность отцовской заботы для этих моногамных полевок.

Таким образом, степная пеструшка оказалась «хорошим» моногамом.

Наши данные показали способность животных подбирать на основе изучения запахов таких партнеров, союз с которыми повышает их фактическую плодо витость. Неслучайный подбор пар в значительной мере благоприятствует реализации механизмов, при действии которых самки улучшают свои мате ринские качества, как физиологические, так и поведенческие. При моногамии взаимный брачный подбор становится особенно важным для наиболее пол ной реализации репродуктивного потенциала, поскольку, как показано в на шей работе, он обеспечивает лучшее физическое состояние лактирующей самки и большее число выкормленных потомков, а в итоге – бльшую «дар виновскую приспособленность».

Глава 4. ЭФФЕКТЫ ИНБРИДИНГА И ГИБРИДИЗАЦИИ 4.1. Изменение репродуктивных характеристик Доля успешно размножающихся животных снижается по отношению к аутбредному разведению уже в первых братско-сестринских парах – основа телях линий. Так, если при аутбредном разведении успешно размножились 74% пар (25 из 34), то среди братско-сестринских пар первого инбредного цикла – только 19% (8 из 42) (21=22.7, p0.0001). Показано, что по сравне нию с контролем при инбридинге снижалось число живорожденных и вы кормленных детенышей (рис. 3) за счет увеличения пери- и постнатальной ювенильной смертности. Особенно большая ювенильная смертность наблю далась в 3–4 цикле инбридинга.

Прирост веса тела самок за период беременности также снижался к 3– поколениям инбридинга по сравнению с контролем (контроль: 6.4±0.5 г (n=49), 1–2 поколения: 3.2±0.5 г (32), 3–4 поколения: 2.2±0.5 г (26);

F4,93=7.01, p0.001). Средний вес тела детенышей на 21-й день снижался при инбридин ге (контроль: 11.1±0.1 г (n=546);

1–2 поколения: 10.1±0.1 г (n=199), p0.001;

3–4 поколения: 10.6±0.2 г (n=254), p0.01;

5–6 поколения: 10.8±0.2 г (n=187);

7–8 поколения: 10.1±0.2 г (n=171), p0.001).

Следует отметить, что родительская забота в течение восьми поколе ний инбридинга не ухудшается. Оба родителя активно перетаскивают дете нышей в гнездо. В 1–2 поколениях инбридинга отмечено даже увеличение по отношению к контролю заботливости родителей.

** Размер выводка, шт.

Контроль 1--2 3--4 5--6 7-- Поколения разведения Рисунок 3. Размер выводков у контрольных и инбредных производителей (левые столбики – при рождении, правые – при отсадке). * – достоверность отличий от контроля, от p0.05 до p0.001 в разных поколениях.

Таким образом, тесный инбридинг в течение 3–4 поколений резко сни жает репродуктивные характеристики степной пеструшки, приводя к «ин бредной депрессии». Ухудшаются материнские качества инбредных самок (способность родить и выкормить детенышей), хотя родительская забота о потомстве сохраняется на прежнем уровне. В то же время, в 5–6 поколениях инбридинга частично улучшаются репродуктивные показатели, что, видимо, связано с некоторым преодолением инбредной депрессии. Улучшаются как воспроизводительные характеристики самок, так и физическое состояние вы водков при отсадке.

При гибридизации двух линий степных пеструшек у линейных живот ных, рождающих гибридное потомство F1, плодовитость возрастает за счет увеличения числа как живорожденных, так и выкормленных детенышей по сравнению с производителями того же поколения, рождающих инбредное потомство (рис. 4). Доля успешно размножившихся инбредных пар при гиб ридизации повысилась до 83% (n=32), а у их потомков, гибридов F1 – до 100% (n=20).

Размер выводка, шт.

* * Инбредные Гибриды F1 Гибриды F Потомки Рисунок 4. Размер выводка при рождении (левые столбцы) и отсадке от сам ки (правые столбцы) в случае инбредного разведения (4-е поколение), меж линейной гибридизации (F1) и скрещивания гибридов между собой (F2). * – достоверные отличия от других групп, p0.05.

Повышается также скорость роста и вес тела гибридных детенышей при отсадке. Так, в инбредных выводках, рожденных инбредными самками 4 го поколения, прирост суммарного веса всего выводка ко дню отсадки в среднем составляет 37.7±0.4 г (n=26), в то время как у гибридов F1, рожден ных также инбредными самками, он выше: 45.8±0.4 г (n=56) (p0.01). У гиб ридов F2, рожденных гибридными самками F1, прирост веса выводка боль ше, чем у инбредных потомков и гибридов F1: 61.9±0.3 г (n=20) (p0.01).

При гибридизации возрастает не только прирост веса всего выводка за время выкармливания, но и вес тела каждого детеныша в отдельности. По вышение молочных качеств самок при гибридизации приводит к тому, что средний вес тела при отсадке гибридных потомков как первого, так и второго поколения достоверно превышает таковой потомков не только инбредного разведения, но и (в случае F2) даже контрольного аутбредного (контроль:

11.0±2.2 г (n=546), гибриды F1: 11.6±2.2 г (n=309), гибриды F2: 13.5±1.9 г (n=132);

F2,984=74.9, p0.001).

Параллельно изменению репродуктивных характеристик меняются и показатели родительской заботы. Как у самок, так и у самцов, воспитываю щих гибридное потомство, время, затрачиваемое на перетаскивание первого детеныша в гнездо, сокращается по сравнению с линейными родителями при их инбредном разведении (p0.05).

Таким образом, при скрещивании двух линий степных пеструшек, про исходящих с разных участков, по сравнению с животными, производящими инбредное потомство, повышаются не только репродуктивные показатели инбредных самок, рожающих гибридное потомство, но и их молочные каче ства, а также родительская забота, причем как матерей, так и отцов. Эти ре зультаты согласуются с данными о проявлении гетерозиса у млекопитающих, при котором в лактационный период продолжается действие запущенных еще во время беременности физиологических механизмов, способствующих эффективному развитию генетически чужеродных потомков (Евсиков и др., 1991, 1998).

Особый интерес представляет обнаруженный феномен сохранения и даже преумножения «гетерозисного» эффекта во втором поколении гибриди зации. У инбредных самок степных пеструшек благоприятные модификации (увеличение плодовитости и отдачи молока), запускающиеся при вынашива нии гибридных потомков, полностью реализуются через поколение, что на ходит отражение в еще большем увеличении плодовитости и молочности их гибридных дочерей и, соответственно, в лучшем развитии внуков. Это под тверждает действие механизмов взаимодействия в системе «мать–потомок» у млекопитающих, при котором «гетерозисные» самки F1 проявляют свою «гибридную силу» в том числе и в повышении количества и/или качества от даваемого своим потомкам молока и в лучшей заботе о них, что и сказывает ся на появлении эффектов, аналогичных гетерозису, во втором поколении гибридов. Эти результаты находятся в соответствии с представлениями об увеличение материнского вклада как одном из механизмов гетерозиса у мле копитающих (Potapov et al., 1999;

Потапов и др., 2001б).

4.2. Изменение морфологических характеристик Показано, что при разведении в неволе с применением схемы тесного инбридинга у самцов степных пеструшек постепенно снижается индекс се менников, и все инбредные поколения достоверно отличаются от контроля (F4,361=13.7, p0.001). После некоторого роста в 1–2 поколениях (отличие от контроля: p0.02), начиная с 3-го поколения, уменьшается индекс андрогено зависимых препуциальных желез (отличие от контроля: p0.01). У гибридов F2 индекс семенников превышает таковой инбредных и гибридных живот ных F1 и достигает уровня, характерного для контрольных самцов.

Обнаружено, что у самцов индекс физического состояния (BCI) отри цательно скоррелирован с индексом семенников (r481=–0.34, p0.001). Вооб ще, у размножавшихся самок и самцов BCI ниже, чем у неразмножавшихся, не оставивших потомства (1.1±0.03 (n=278) и 1.3±0.05 (n=91) соответственно, p0.001). Таким образом, высокий BCI не отражает репродуктивных пре имуществ, свидетельствуя скорее не о физическом благополучии особи, а об «ожирении», отрицательно сказывающемся на размножении полевок (Баше нина, 1975). У гибридных животных F1 и F2 BCI достоверно ниже, чем у ин бредных 1–2 и 3–4 поколений (p0.01) и не превышает такового у контроль ных животных, составляя 0.97±0.01 (n=332), что и может быть связано с их лучшими репродуктивными качествами.

К 7–8 поколениям инбридинга у степной пеструшки сокращается по сравнению с контролем относительная длина слепой кишки (контроль:

96±20% (n=191), 7–8 поколения: 76±10% (n=67);

p0.001).

Как известно, животные, разводимые в неволе, по сравнению с их ди кими предками характеризуются изменением соотношения между лицевой и мозговой частями черепа, а также меньшим размером черепа (Wisely et al., 2002;

Hannan et al., 2005). В соответствии с этой закономерностью объем че репа степных пеструшек сокращался к 5–6 поколениям разведения в неволе по отношению к контролю (p0.01). Изменения черепных признаков были также однонаправленными в обеих линиях в сторону сокращения к 5–6 поко лениям индексов наибольшей длины черепа, длин лицевой части, верхнего и нижнего зубных рядов и увеличения индекса длины нижней диастемы (табл.

1). Обнаружены устойчивые межлинейные отличия по ряду черепных при знаков. Зверьки, происходящие с разных участков, отличаются по индексам длин верхнего и нижнего зубных рядов: у Карасукских животных (участок №1) длины зубных рядов изначально больше, чем у Чановских (участок №2) и характер этих различий сохраняется при инбридинге. Выявленные межли нейные различия по длине зубного ряда опосредованы, как мы полагаем, слу чайным фактором – «принципом основателя».

Таблица 1. Значения некоторых черепных индексов степной пеструшки Уча- 1 2 3 12 Группы n сток НДЧ ДЛЧ ДВЗР ДНЗР ДНД 26,0 61,4 24,8 24,2 15, №1, К ±0,3 ±0,1 ±0,1 ±0,1 ±0, Контроль 27,2 61,1 23,8 23,0 15, №2, Ч ±0,3* ±0,3 ±0,3* ±0,3* ±0, 24,6 60,8 24,1 23,6 15, 5–6 поколе- №1, К ±0,2† ±0,2† ±0,1† ±0,2† ±0,1† ния инбри 24,8 59,8 23,0 22,1 16, динга №2, Ч ±0,2† ±0,2*† ±0,1*† ±0,2*† ±0,1† * – достоверные отличия между линиями;

† – достоверные отличия от кон троля. Обозначения: К – Карасук, Ч – Чаны;

НДЧ – наибольшая длина чере па, ДЛЧ – длина лицевой части, ДВЗР – длина верхнего зубного ряда, ДНЗР – длина нижнего зубного ряда, ДНД – длина нижней диастемы.

Таким образом, при инбридинге в условиях неволи у степных пестру шек происходят направленные изменения морфологических характеристик.

В частности, показанные нами редукция относительного веса семенников, укорочение зубных рядов, сокращение относительной длины слепой кишки являются, видимо, результатом направленного отбора в искусственных усло виях, который действует при ослаблении давления стабилизирующего отбо ра, обеспечивающего сохранение оптимального проявления признаков в ус ловиях естественной среды обитания (Шмальгаузен, 1968). В то же время у гибридов F2 относительный размер семенников возвращается к «норме» – к контрольным значениям. Положительные эффекты гибридизации на репро дуктивные и морфологические показатели животных позволяют приближать ся к цели сохранения и поддержания гено- и фенотипически полноценных особей в условиях неволи для возможной репатриации их в природу.

Глава 5. ОБСУЖДЕНИЕ Глава содержит обсуждение полученных результатов.

Результаты проведенных исследований помогают лучше понять меха низмы регуляции важнейшего свойства животных – плодовитости и причаст ность к этому процессу системы брачных отношений. Нами показано, что степная пеструшка является моногамным видом, для регуляции воспроизво дительной функции которого взаимный выбор брачных партнеров имеет осо бое значение, поскольку он поддерживает показатели плодовитости на опти мальном видоспецифическом уровне.

Однако, возможно, именно моногамная система является одной из при чин снижения численности данного вида, продолжающегося в настоящее время и, вкупе с антропогенными факторами, приводящего к фрагментации ареала и возрастанию уровня инбридинга. На других видах показано, что по следствия моногамии сказываются не только на динамике численности, но и на генетической изменчивости популяций и небезразличны для эволюции видов в целом (Sommer, Hommen, 2002;

Sommer, 2005). Считается, что род ственный вид – желтая пеструшка вымерла на большей части своего ареала вследствие снижения устойчивости популяций к изменяющимся климатиче ским условиям из-за низкого уровня генетической изменчивости (Дупал, 2005), причиной которой могла быть, в том числе, моногамная система спа ривания, характерная для данного вида (Пегельман, 1977).

При разведении диких животных в условиях неволи знание особенно стей их репродуктивной биологии является важным для планирования схем разведения и создания необходимых условий содержания. Продемонстриро ванная в работе способность животных оптимизировать воспроизводство при «самостоятельном» выборе брачного партнера позволяет в качестве практи ческого подхода в работах в такого рода рекомендовать предоставление жи вотным возможности подобного выбора.

Данные, полученные нами при изучении эффектов близкородственного разведения и межлинейной гибридизации степных пеструшек, позволяют предложить практиковать поддержание нескольких неродственных инбред ных стоков для их последующей гибридизации в целях преодоления инбред ной депрессии и частичного восстановления гетерогенности. Эти меры могут быть использованы при разработке программ по поддержанию малочислен ных популяций с пополнением их животными, разводимыми в неволе.

ВЫВОДЫ Экспериментально установлено, что степная пеструшка является моно 1.

гамным видом, о чем свидетельствует предпочтение прежнего репродук тивного партнера, участие отцов в заботе о потомстве, слабая выражен ность полового диморфизма по размерам тела.

Показано, что в парах, где зверьки взаимно предпочитают друг друга, по 2.

сравнению со случайно образованными парами, самки достигают лучше го физического состояния к началу лактации, у обоих родителей более выражена родительская забота, выше фактическая плодовитость – число выкормленных детенышей.

При длительном разведении у степных пеструшек происходят законо 3.

мерные изменения морфологических характеристик: сокращаются раз мер черепа, длина слепой кишки, длина верхнего и нижнего зубных ря дов, вес семенников и препуциальных желез у самцов.

Тесный инбридинг в течение первых четырех поколений снижает репро 4.

дуктивные характеристики степной пеструшки, а затем, в 5–6 поколени ях, наблюдается их частичное восстановление.

При межлинейной гибридизации плодовитость степных пеструшек по 5.

вышается. Эффекты, аналогичные гетерозису по весу тела, более отчет ливо проявляются у гибридов F2, что обусловлено бльшим вкладом в них их родителей – гибридов F1 за счет повышения молочности самок и заботы о потомстве обоих родителей.

При разработке программ сохранения видов в искусственных условиях 6.

следует учитывать негативные эффекты длительного инбредного разве дения. В то же время, может быть рекомендовано поддержание несколь ких неродственных стоков с их последующей гибридизацией.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Евсиков В.И., Кокенова Г.Т., Задубровский П.А., Потапова О.Ф., Пота 1.

пов М.А. Моногамия как один из путей реализации адаптивного потен циала млекопитающих (на примере степной пеструшки, Lagurus lagurus Pallas) // Доклады Академии наук. – 2006. – Т. 411, №5. – С. 708–710.

Кокенова Г.Т., Задубровский П.А., Потапова О.Ф. Изменение морфо 2.

метрических показателей степной пеструшки (Lagurus lagurus Pall.) при разведении в неволе // Республиканская науч. конф. «Актуальные про блемы современной биологии и биотехнологии» (Алматы, 20–22 апреля 2005 г.): Тез. докл. – Алматы: Казахский национальный университет, 2005. – С. 49.

Кокенова Г.Т., Задубровский П.А., Потапова О.Ф., Потапов М.А. Пове 3.

дение в диадных тестах степной пеструшки (Lagurus lagurus), содержа щейся в контролируемых условиях // Сибирская Зоологическая конфе ренция: Тез. докл. всеросс. конф., посв. 60-летию ИСиЭЖ СО РАН (Но восибирск, 15–22 сентября 2004 г.) – Новосибирск: ООО «Талер-Пресс», 2004. – С. 269–270.

Кокенова Г.Т., Потапова О.Ф., Задубровский П.А., Потапов М.А. Ин 4.

бридинг и сохранение биоразнообразия: Изменение репродуктивных ха рактеристик и поведения степных пеструшек (Lagurus lagurus Pall.) при инбредном разведении // Актуальные проблемы экологии: Мат-лы III Междунар. науч.-практ. конф. – Караганда: Изд-во КарГУ, 2004. – Ч. 1. – С. 152–155.

Кокенова Г.Т., Потапова О.Ф., Потапов М.А. Изменение репродуктив 5.

ных характеристик степной пеструшки (Lagurus lagurus) в нескольких поколениях инбредного разведения // Актуальные вопросы современной биологии (20–28 апреля 2006 г., г. Алматы): Тез. 4-ой Междунар. науч.

конф. молодых ученых и студентов. – Алматы: Казахский национальный университет им. аль-Фараби, 2006. – С. 20–21.

Кокенова Г.Т., Потапова О.Ф., Потапов М.А. Снижение репродуктив 6.

ных характеристик степной пеструшки (Lagurus lagurus) при инбредном разведении // «Актуальные проблемы экологии и природопользования в Казахстане и сопредельных территориях»: Материалы Междунар. науч. практ. конф. (25–26 мая 2006 г., г. Павлодар) / ред. Е.М. Арын. – Павло дар: Изд-во ПГУ, 2006. – Т. 1. – С. 319–321.

Кокенова Г.Т., Потапова О.Ф., Потапов М.А., Евсиков В.И. Изменение 7.

этологических и морфометрических характеристик степной пеструшки (Lagurus lagurus Pall.) при инбредном разведении // Поведение и пове денческая экология млекопитающих: Мат-лы науч. конф. (4–8 октября 2005 г., Черноголовка) – М.: Т-во научных изданий КМК, 2005. – С. 251– 253, 357–359.