В ПГУ провели уникальные в мировой практике исследования гибридных зон сусликов в Поволжье
В подведомственном Минобрнауки России Пензенском государственном университете исследуют гибридные зоны и поселения различных видов сусликов Поволжья с помощью молекулярно-генетических методов. Такое подробное исследование в мировой научной практике проводится впервые. Результаты исследования могут способствовать сохранению биологического разнообразия региона. Учеными собраны данные по морфологии, звуковой активности и генетическим особенностям у более чем 3 тысяч особей сусликов. Об этом сообщило ТАСС.
Одной из важнейших задач современной биологии является сохранение биологического разнообразия. А именно природных биологических сообществ, в состав которых входят большое число популяций животных и растений, связанных между собой взаимодействиями различной природы. Поэтому сохранение биологического разнообразия, прежде всего связано с сохранением локальных популяций конкретных видов. На их устойчивость влияют действия экологических факторов и взаимоотношение с соседствующими видами.
Группа ученых Пензенского госуниверситета (руководитель — д-р биол. наук, профессор, декан факультета физико-математических и естественных наук Сергей Титов, канд. биол. наук, доцент кафедры «Зоология и экология» Ольга Чернышова и аспирант кафедры Никита Картавов) проводит уникальные в мировой практике исследования гибридных зон сусликов в Поволжье. Зоологи наблюдают в динамике за гибридными поселениями сусликов на территории нескольких поволжских регионов: Ульяновская и Саратовская области, а также Республика Чувашия.
Исследования проводятся с 2002 года. Они охватывают изучение особенностей существования сохранившихся современных популяций сусликов. К тому же ученые устанавливают причинно-следственные связи изменений их генетической структуры.
С 2003 года исследования ученых неоднократно поддерживались российскими научными фондами (РФФИ, РНФ) и Министерством науки и высшего образования России. В этом году Ольга Чернышова выиграла конкурс ПГУ «Ректорские гранты» на поддержку и реализацию своего проекта. В нем она анализирует динамику двух гибридных форм евразийских видов сусликов рода Spermophilus: гибридов крапчатого и большого, большого и желтого сусликов.
Суслики (Spermophilus) — род грызунов семейства беличьих. Весной, сразу после первой спячки, зверьки готовы к продолжению рода. Размножаются они только один раз в год. Если по каким-то причинам процесс размножения в текущем году не прошел, то в популяции происходит падение численности. Стоит отметить, суслики быстро адаптируются к новым условиям обитания. В том числе, и антропогенным нарушениям окружающей среды.
«Если только они не связаны с уничтожением самого места обитания (например, распашка)», — поясняет Ольга Чернышова.
Климатические условия России позволяют этим животным успешно существовать на обширной территории Поволжья. Эта особенность определила интерес пензенских ученых к этому роду грызунов. Сжатые сроки и жесткая периодичность размножения (только весной несколько дней) способствуют межвидовому скрещиванию сусликов, обитающих в границах гибридных зон.
Поясним. Гибридная зона — это зона, где два близкородственных вида обитают совместно в одном поселении и могут скрещиваться между собой. Появляющиеся после этого гибриды приобретают новые признаки от родительских видов. Последние могут влиять на устойчивость к действиям неблагоприятных условий окружающей среды и повысить их жизнеспособность. Однако нередко отмечается и обратное.
«Наблюдение за долговременно существующими гибридными зонами позволяет выделить не только цепочку популяционных событий, ведущих к появлению гибридных поселений, но и выявить микроэволюционные новообразования», — поделилась Ольга Чернышова.
В экспедициях ученые ежегодно проводят мониторинговые исследования гибридных поселений сусликов. За более чем 20 лет научный коллектив изучил более 150 поселений и выделил среди них те, где постоянно встречаются гибриды. Данные обновляются на постоянной основе. В результате имеются сведения по динамике границ гибридных зон. Научная экспедиция собирает популяционные и генетические данные. Она работает два раза в год: весной и летом. В апреле взрослые зверьки выходят из спячки и размножаются. А в июне появляются молодые особи, и увеличивается численность популяции.
«Важная цель экспедиционной работы — сбор генетического материала», — подчеркивает Ольга Чернышова.
Образцы ДНК выделяют из проб биоматериала (кусочки ткани после биопсии, шерсть и так далее). Отметим, что сбор биопроб производится гуманными неинвазивными способами с наименьшим воздействием на животных. Полученные образцы включаются в банк ДНК Пензенского госуниверситета. Новизна научных изысканий коллектива заключается в том, что гибридные зоны млекопитающих исследуют с помощью широкого набора молекулярных маркеров ядерной и митохондриальной ДНК.
«С их помощью мы узнаем, какие из генов родительских видов представлены в генотипе гибридов, и определяем силу интрогрессии, то есть соотношение родительских генов. Эта генетическая информация в итоге позволяет оценить общую приспособленность гибридных особей», — рассказала разработчик проекта.
Интрогрессивная гибридизация обеспечивает особи генами, которые повышают их жизнеспособность в различных условиях среды обитания. Ученые отслеживают, какие новые признаки помогают гибридным особям сохранять свою выживаемость.
Анализ микросателлитной ДНК выявляет вариации генов, определяющих индивидуальность конкретной особи. Кроме того, он позволяет выделить в популяции родственные линии.
«По анализу генетических маркеров мы изучаем генетическую изменчивость популяции на уровне особей. Так нам удается сравнить генотипы гибридов и особей родительских форм. Сопоставляя генетическую информацию с другими характеристиками по каждой особи, мы можем отследить, какие родительские признаки проявляются у гибридов, а какие исчезают. Разумеется, все это напрямую отражается и на популяции в целом, формируя совершенно иной ее биологический облик», — рассказала Ольга Чернышова.
Отметим, коллекция ДНК сусликов в университете составляет более 1500 образцов. В ней содержатся образцы ДНК видов сусликов, обитающих не только в Поволжье (большой, желтый, малый и крапчатый суслик), но и в других районах Евразии (европейский, длиннохвостый, берингийский, даурский и другие). Благодаря универсальной коллекции стало возможным по молекулярно-генетическим данным выявлять «следы» гибридизации и в других случаях контакта евразийских видов сусликов. Ученые также изучают распространение материнских и отцовских линий в современных и исторических ареалах.
В настоящее время подобные исследования затрагивают небольшое число гибридных зон ограниченного числа видов млекопитающих. Большинство из них изучают только некоторые вопросы межвидовых отношений. В Пензенском госуниверситете рассматривают проблему комплексно: изучают генетическую структуру популяции, поток генов, генетическое разнообразие, влияние экологических факторов на устойчивость и жизнеспособность гибридных популяций.
Изыскания ученых помогут разработать мероприятия по управлению популяциями редких видов сусликов, внесенных в Красные Книги регионов Поволжья и России. И сохранить биологическое разнообразие в целом.