WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Карабанов Дмитрий Павлович ГЕНЕТИКО-БИОХИМИЧЕСКИЕ АДАПТАЦИИ ЧЕРНОМОРСКО-КАСПИЙСКОЙ ТЮЛЬКИ CLUPEONELLA CULTRIVENTRIS (NORDMANN, 1840) ПРИ РАСШИРЕНИИ АРЕАЛА 03.00.10 – ихтиология 03.00.15 – генетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 2009

Работа выполнена в лаборатории Эволюционной экологии Учреждения Российской академии наук Института биологии внутренних вод им. И.Д.Папанина РАН Научные руководители: доктор биологических наук, член-корреспондент РАН Юрий Юлианович Дгебуадзе кандидат биологических наук Юрий Владиславович Слынько

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Юрий Степанович Решетников кандидат биологических наук Николай Сергеевич Мюге

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт биологии Карельского Научного центра РАН

Защита диссертации состоится 23 декабря 2009 г. в 14 часов 00 минут на заседании Совета Д 002.213.02 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Учреждении Российской академии наук Институте проблем экологии и эволюции им. А.Н.Северцова РАН по адресу: 119071 г.Москва, Ленинский просп., д. 33.

Тел.: (495) 952-73-24. Факс: (495) 952-35-84.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Отделения биологических наук РАН по адресу: 119071 г.Москва, Ленинский просп., д. 33.

Автореферат разослан 20 ноября 2009 г.

Учёный секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций кандидат биологических наук Т.П.Крапивко 1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

За последние полвека крайне актуальной стала проблема проникновения и натурализации живых организмов за пределы их исторических ареалов (Дгебуадзе, 2002; Gollash et al., 2003; Swaminathan, 2003). Особый интерес представляют инвазии чужеродных видов в пресноводные экосистемы континентальных водоёмов. В речных бассейнах Понто-Каспийского стока значительное число вселяющихся видов – это представители морских экосистем, для которых происходит не только кардинальная смена среды обитания, но и типа экосистемы (например, в случае саморасселения морских и эстуарных видов – с морских на пресноводные). В настоящее время роль чужеродных видов в водоёмах земного шара всё увеличивается. Так, в Великих озёрах количество чужеродных видов рыб оставляет более 4% (Fuller et al., 1999), в ихтиофауне бассейна Волги – порядка 14% (Слынько и др., 2000). В случае успешной натурализации важно установить, какие конкретные адаптационные изменения произошли у вселенцев. Данный вопрос интересен как в теоретическом плане при исследовании адаптационных возможностей организмов, так и в прикладном аспекте для прогноза, контроля численности и борьбы с нежелательными последствиями проникновения чужеродных видов.

В настоящее время одним из самых распространённых и многочисленных представителей рыб-вселенцев в бассейнах рек Понто-Каспийского стока является черноморско-каспийская тюлька Clupeonella cultriventris (Normann, 1840). C 1960-х годов тюлька освоила пелагиаль водохранилищ нижней и средней Волги (Шаронов, 1971), а к началу XXI в. заселила Верхневолжские водохранилища вплоть до оз. Белого (Slynko et al., 2002). Успешной экспансии тюльки способствовало зарегулирование рек, связанное с ним значительное расширение пелагиали и развитие зоопланктона, а также увеличение трофности водоёмов (Циплаков, 1974). Наблюдающееся на современном этапе повышение среднегодовых температур воды и удлинение вегетационного периода также благоприятствует натурализации тюльки в северных водохранилищах (Осипов, 2006).

Следует отметить, что, несмотря на ряд специальных исследований (Световидов,1945; Владимиров, 1950; Световидов, 1952) до сих пор многие вопросы, связанные с видовым статусом и структурой вида C. cultriventris остаются дискуссионными (Аннотированный каталог…, 1998; Богуцкая, Насека, 2004;

Kottelat, Freyhof, 2007).

Относительно хорошо изучена биология тюльки в её естественноисторической части ареала – Понто-Каспийском бассейне (Световидов, 1952; Луц, 1981; Приходько, 1979, и др.). Проведен ряд исследований, посвящённых биологическим особенностям тюльки в новой среде обитания. Такие исследования выполнены для популяций тюльки Днестра (Владимиров, 1951), Днепра (Владимиров и др., 1964), рек Дон и Маныч (Троицкий, Цуникова, 1988). В Волжско-Камском бассейне изучена тюлька Куйбышевского (Кузнецов, 1973;

Козловский, 1984, 1987; Kozlovsky, 1991), Камского и Воткинского водохранилищ (Пушкин, Антонова,1977, Антонова, Пушкин, 1985; Горин, 1991). Подробно рассмотрены воспроизводство, рост, питание и роль тюльки в Верхневолжских водохранилищах (Кияшко, Слынько, 2003; Кияшко, 2004; Осипов, 2006). Имеются данные по особенностям липидного обмена (Халько, 2007), популяционной генетике (Слынько, Лапушкина, 2003) и RAPD-анализу (Столбунова, Слынько, 2005) тюльки в новых частях ареала.

Тем не менее, специальных исследований, посвящённых генетикобиохимическим адаптациям и популяционной структуре тюльки, как в пределах её исторического ареала, так и в новых частях ареала не проводилось. Изучение особенностей внутриклеточного метаболизма и его генетической детерминации позволяет определить стратегию генетико-биохимических адаптаций при экспансии данного вида. Сравнительный анализа популяционной структуры по всему ареалу тюльки позволит выяснить особенности микрофилогенеза отдельных групп популяций и уточнить таксономический статус вида.

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы состояла в изучении генетико-биохимических адаптаций тюльки при расширении ареала. Для достижения этой цели были сформулированы следующие задачи:

1. На основании анализа локусов, кодирующих изоферменты, определить уровень генетического разнообразия в популяциях тюльки в исторической и новых частях ареала, а также изучить биологические особенности тюльки в водохранилищах Верхней Волги.

2. Провести филогеографический анализ популяционной структуры тюльки на всем протяжении её современного ареала и уточнить таксономический статус различных популяций вида Clupeonella cultriventris.

3. Дать оценку селективной значимости и адаптивного преимущества аллелей, частоты которых надежно дифференцируют популяции тюльки из разных частей современного ареала.

4. В результате экспериментов in vitro выявить особенности экспрессии изоферментов тюльки под действием основных градиентных факторов среды.

5. На примере Рыбинского водохранилища описать стратегию поддержания генетической гетерогенности в новообразованной популяции вселенца.

Научная новизна. Впервые методами биохимической генетики изучено генетическое разнообразие и популяционная структура черноморско-каспийской тюльки по всему ареалу. Получены современные данные о состоянии вида в водохранилищах Верхней Волги. Изучены физиологические и экологические адаптации вида к условиям северных водохранилищ. Установлена селективная значимость ряда генетических локусов по отношению к важнейшим абиотическим факторам среды.

Теоретическое и практическое значение. Результаты настоящей работы могут быть использованы при изучении микрофилогенеза новообразованных популяций видов-вселенцев. Полученные результаты расширяют представление о дифференциальной роли изоферментов в биохимических адаптациях рыб к различным факторам окружающей среды, что служит существенным вкладом в развитие общей теории адаптаций. Материалы работы могут быть применены для построения системы мониторинга и прогноза последствий биологических инвазий в водные экосистемы. Ряд данных может быть использован в работах по биохимической генетике и экологии рыб, а также для подготовки учебных пособий и лекций по эволюционной биологии и экологии инвазий.

Защищаемые положения. 1) На всем протяжении своего современного ареала черноморско-каспийская тюлька представляет собой генетически единую совокупность популяций Clupeonella cultriventris (Nordmann, 1840). 2) Успешной экспансии вида по каскаду Волжских водохранилищ способствовал сложный комплекс генетико-биохимических адаптаций к обитанию в пресных водах. 3) Популяции тюльки волжских водохранилищ формировались на основе пресноводных популяций Саратовских затонов. 4) Существенную роль в распределении генотипов тюльки в новообразованной популяции играют сезонные изменения абиотических и биотических факторов среды. 5) В ходе натурализации тюльки в крупных водохранилищах развивается процесс формирования внутрипопуляционной пространственной неоднородности.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на отчётных лабораторных сессиях ИБВВ РАН (2001-2008 гг.). Основные положения работы были представлены на международных научных конференциях: «Экологические проблемы бассейнов крупных рек-3» (Тольятти, 2003); «Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов» (Петрозаводск, 2004); «Чужеродные виды в Голарктике» (Борок, 2005); «Биология внутренних вод» (Борок, 2007);

«Генетика, селекция, гибридизация, племенное дело и воспроизводство рыб» (С.Петербург, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ (из них 1 в журнале из списка ВАК).

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов, списка литературы, включающего 217 наименований (из них 103 на иностранных языках), Приложения. Содержание работы изложено на странице текста, включая 7 таблиц и 22 рисунка.

ГЛАВА I. ТАКСОНОМИЧЕСКИЙ СТАТУС, СОВРЕМЕННЫЙ АРЕАЛ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЧЕРНОМОРСКО-КАСПИЙСКОЙ ТЮЛЬКИ. МЕХАНИЗМЫ АДАПТАЦИЙ К НОВЫМ УСЛОВИЯМ ОБИТАНИЯ.

В главе проанализированы современные представления о биологических инвазиях чужеродных видов с акцентом на генетические процессы, протекающие в краевых популяциях. Отдельно рассмотрено возникновение в инвазионных популяциях адаптаций к условиям среды и успешность освоения чужеродными видами новых экосистем. Подробно описана инвазия черноморско-каспийской тюльки как пример успешного саморасселения видов-вселенцев. Рассмотрена таксономия и биологические особенности вида.

ГЛАВА II. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Исследование проведено на выборках из различных популяций черноморскокаспийской тюльки Clupeonella cultriventris (Nordmann, 1840), как в исторической, так и новоприобретенных частях ареала. Для изучения таксономического статуса вида в качестве материала сравнения использованы выборки из двух северокаспийских популяций анчоусовидной тюльки Clupeonella engrauliformes (Borodin, 1904). Сбор материала проводился летом и осенью 2002-2008 гг. с использованием малого пелагического трала с горизонтальным раскрытием 12 м., вертикальным – 2 м., ячеёй в крыльях 30-10 мм., в кутке – 5 мм. Время одного траления – 15 мин. На ряде водоёмов применялся мальковый невод с горизонтальным раскрытием 25 м., вертикальным – 2 м., ячёй в крыльях 20-10 мм., в кутке – 3 мм.

Устанавливался видовой состав уловов, проводились массовые промеры рыб, определялись возраст (по отолитам и чешуе) и пол рыб с применением традиционных методик ихтиологического анализа (Правдин, 1966). Для исследований брались одноразмерные половозрелые особи с длиной тела (до конца чешуйного покрова) 60-80 мм., а также неполовозрелые особи с длиной тела 30-мм. Объём и места сбора материала представлены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристика собранного материала.

Год сбора Количество Количество Водоём материала экз. локусов Черноморско-каспийская тюлька Clupeonella cultriventris Рыбинское водохранилище 2002 529 (8 выборок) Рыбинское водохранилище 156 (общая проба) Иваньковское водохранилище 40 2003 Угличское водохранилище 39 Чебоксарское водохранилище 39 Устье р.Дон 34 Азовское море, Порт Кантон 40 Рыбинское водохранилище 489 (9 выборок) Куйбышевское водохранилище 39 р. Волга у г. Саратов 30 Волгоградское водохранилище 20 Азовское море, Чумбур-Коса 39 Днестровский лиман 39 Манычский каскад водохранилищ 126 12-(4 выборки) Рыбинское водохранилище 238 (7 выборок) Шекснинское водохранилище 16 Горьковское водохранилище 80 (2 выборки) Сев. Каспий, Сулак 160 р.Днепр 80 (2 выборки) Азовское море, Чумбур-Коса 76 2006 Рыбинское водохранилище (общая проба) 198 2007 Рыбинское водохранилище (общая проба) 197 Анчоусовидная тюлька Clupeonella engrauliformes 2005 Северный Каспий 37 2004 Северный Каспий 40 Всего: 2781 12-Основным методом генетико-биохимических исследований был выбран дискэлектрофорез полипептидов в полиакриламидном геле (disc-PAGE) с последующим гистохимическим субстратспецифическим окрашиванием электрофореграмм (Глазко, 1988; Copeland, 2000; Smith, 2002; Walker, 2002). В качестве основных изучаемых ферментов использовались: -глицерофосфат дегидрогеназа (GPDH, E.C. 1.1.1.8); лактатдегидрогеназа (LDH, E.C. 1.1.1.27); малатдегидрогеназа NADP зависимая (Me, E.C. 1.1.1.40); глюкозо-6-фосфат дегидрогеназа (G6PDH, E.C.

1.1.1.49); супероксиддисмутаза (SOD, E.C. 1.15.1.1); аспартатаминотрансфераза (AAT, E.C. 2.6.1.1); эстеразы эфиров карбоновых кислот: 2-нафтилацетат зависимая эстераза и D-эстераза (-EST, и D-EST, E.C. 3.1.1.x); спектр общего белка (GP).

Также проводилось изучение дополнительного набора ферментов:

малатдегидрогеназы NAD-зависимой (MDH, E.C. 1.1.1.37), 6-фосфоглюконат дегидрогеназы (6PGDH, E.C. 1.1.1.44), щелочной фосфатазы (AP, E.C. 3.1.3.1). Для изучения криптической изменчивости и определения оптимальной концентрации PAG использовались различные концентрации разделяющего геля: от 4% до 10% с шагом в 1% (Vesterberg, Hansen, 1978; Ayala, 1982). Денситометрический анализ активности изоферментов проводили по индивидуальным электрофоретическим трекам с использованием пакета RFLPscan Plus v.3.12 (CSP, Inc.). Популяционногенетический анализ проводился с использованием программы BIOSYS r.1.(University of Illinois, USA). Обработка, графическое представление материалов и статистический анализ проводился с использованием пакетов программ MS Office v.11 (Microsoft Corp.) и STATISTICA v.7 (StatSoft, Inc.).

Влияние основных абиотических факторов, которые могли бы оказывать лимитирующее действие на механизмы внутриклеточного метаболизма тюльки, оценивали в ряде биохимических экспериментов in vitro. В качестве модельных ферментов были выбраны: GPDH, LDH, AAT и -EST. Для выяснения влияния различных концентраций неорганических солей, карбамида, а также температуры было проведено 3 серии экспериментов, каждая в трёх повторностях с индивидуальным анализом 15-30 особей для каждой повторности.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»