Пространственная дифференциация и направление микроэволюционных процессов в формирующихся периферийных популяциях Cepaea nemoralis

4.3 Изменчивость метрических параметров Cepaea nemoralis

Нами изучалось изменчивость ширины и высоты раковины у Cepaea nemoralis в четырех выборках г. Бреста. Сборы проводились в следующих пунктах: Железнодорожный вокзал, Брестская крепость, Ковалево, Восток. Параметры устья брюхоногих моллюсков являются одним из таксономических признаков, учитываемых при характеристике вида. Изучение вариабельности размеров устья у Cepaea nemoralis представляет определенный интерес, так как у данного вида интенсивно идут микроэволюционные процессы в связи с расширением ареала с запада на восток. В таблицах 4.3.1, 4.3.2, 4.3.3, 4.3.4 представлены метрические характеристики выборок Cepaea nemoralis.

Таблица 4.3.1 - Биометрическая характеристика изменчивости ширины устья (мм.) Cepaea nemoralis в выборках г. Бреста за 2009 г.

Анализ таблицы 4.3.1 показывает, что наибольшая ширина устья характерна для выборок Ковалево (Х = 12,05 мм.), минимальная - Железнодорожный вокзал (Х = 8,24 мм.). Выборка Железнодорожный вокзал характеризуется максимальным варьированием ширины устья и максимальным коэффициентом вариации, а наименьшие показатели характерны для выборки Брестская крепость.

Попарное сравнение выборок по ширине устья по критерию Стьюдента представлены в таблице 4.3.2. Данные таблицы 4.3.2 отражают, что максимальные различия по изучаемому параметру характерны для выборок Железнодорожный вокзал - Ковалево, а минимальные Железнодорожный вокзал - Восток.

Таблица 4.3.2 - Попарное сравнение выборок по ширине устья (по критерию Стьюдента)

Таблица 4.3.3 - Биометрическая характеристика изменчивости высоты устья у Cepaea nemoralis в выборках г. Бреста за 2009 г.

Анализ таблицы 4.3.3 показывает, что наибольшая высота устья характерна для выборок Ковалево (Х = 11,30 мм.), минимальная - Восток (Х = 8,70 мм.). Выборка Восток характеризуется максимальным варьированием высоты устья (от 3 до 14 мм.), а наименьшие показатели характерны для выборки Брестская крепость.

Попарное сравнение выборок по высоте устья (по критерию Стьюдента) представлены в таблице 4.3.4. Данные таблицы 4.3.4 отражают, что максимальные различия по изучаемому параметру характерны для выборок Брестская крепость - Восток, а минимальные Железнодорожный вокзал - Брестская крепость.

Таблица 4.3.4 - Попарное сравнение выборок по высоте устья (по критерию Стьюдента)

Анализ данных по изменчивости ширины и высоты устья показывают, что максимальные средние параметры характерны для выборки Ковалево. Остальные выборки по данному параметру отличаются незначительно. Однако выборка Железнодорожный вокзал характеризуется большей изменчивостью ширины устья, так как для нее характерны максимальные лимиты и коэффициент вариации. Выборка Брестская крепость характеризуется максимальной стабильностью ширины устья, так как для этой выборки характерны минимальные показатели lim и V. Объяснить это явление можно тем, что выборка Брестская крепость, более изолирована и, возможно, в ней уже наблюдается процесс стабилизации вида в новом ареале. Выборка Железнодорожный вокзал, вероятно, еще не стабилизирована до настоящего времени и в ней идет пополнение новыми особями с постоянным завозом их на стенках вагонов с западных регионов.

4.4 Культивирование Cepaea nemoralis в лабораторных условиях

В зимний период с 2008-2009 гг. нами отрабатывается методика культивирования Cepaea nemoralis в лабораторных условиях. Нас заинтересовало, каким образом идет формирование меланинового рисунка на последнем обороте раковины моллюска в онтогенезе и существует ли зависимость между степенью меланизации и условиями существования.

Анализ литературных источников и сайтов интернета показал, что уже опубликовано несколько рекомендаций по содержанию Cepaea nemoralis.

Однако эти все методики предложены людьми далекими от науки. Основная цель авторов это просто содержать что-то живое дома, а не отработать методику культивирования вида.

Изучив особенности биологии и экологии Cepaea nemoralis в природных условиях, мы попытались, отработать наиболее простую методику культуры этого вида и получить потомство в осеннее - зимний период.

Ниже приводится отработанная нами методика культивирования Cepaea nemoralis в лабораторных условиях. Для содержания Cepaea nemoralis мы использовали аквариум прямоугольной формы объемом около 15 литров, предварительно тщательно вымытый и обработанный дизраствором. На дно аквариума помещали грунт, из прокаленных песка и глины, толщиной 5 см. (рисунок 4.4.1).

Рисунок 4.4.1 - Содержание Cepaea nemoralis на глиняно-песчаном грунте (фото автора)

Сверху аквариум закрывали стеклом, оставив небольшую щель для поступления воздуха. Аквариумы подсвечивались люминесцентными лампами на протяжении 14 часов. В качестве корма использовали ветки крапивы, листья белокочанной капусты, корнеплоды моркови. Корм предварительно ополаскивался отстоянной водопроводной водой и обновлялся ежедневно. Корм чередовали. Сначала использовали в качестве корма крапиву до тех пор, пока она вегетировала, потом в качестве корма использовали листья капусты и, наконец, морковь в виде тонких пластинок.

Для содержания отбирались половозрелые особи Cepaea nemoralis, собранные на небольшом участке г. Бреста в тупике железнодорожного полотна недалеко от Центрального железнодорожного вокзала сборы проводились в начале сентября. В один аквариум помещали 50 особей.

Наблюдения за жизнедеятельностью особей в аквариуме проводились ежедневно. Активность питания оценивалось по площади съеденного корма.

Используя описанную выше методику, мы смогли поддерживать культуру на протяжении 7 месяцев. Наблюдения за состоянием особи в аквариуме показали, что активность питания особей на протяжении двух месяцев была высокая. На третьем месяце активность питания снизилась. На грунте начали появляться мухи горбатки. Грунт начал покрываться плесенью. Жизнедеятельность особей снижалась, и наша культура прекратила свое существование к апрелю месяцу.

Не смотря на неудачную попытку культивирования Cepaea nemoralis по вышеописанной методике, все-таки можно сделать некоторые выводы:

- грунт, состоящий только из песка и глины, не подходит для культуры;

- грунт следует увлажнять и чистить или обезвреживать;

- предпочтительным кормом является капуста и морковь, а не крапива.

Наблюдения за онтогенезом цепей показали, что описанные выше условия не совсем благоприятные для культивирования, очень быстро в аквариуме появились мухи горбатки. 16 особей, оставленных на зимовку - погибло. Попытка провести спаривание также не увенчалось успехом т.к. температура в лаборатории была относительно низкой, особенно в осенний период. Нами изучен для культивирования и другой грунт, который создан на основе природных компонентов, основу которого составляет торф (рисунок 4.4.2).

В грунт добавляли небольшое количество мела, а для увлажнения среды использовали смоченные куртинки мха сфагнума. Изучался и новый компонент рациона - яблоки. Как и в первом эксперименте, аквариум освещался люминесцентными лампами на протяжении 8-10 часов.

Рисунок 4.4.2 - Содержание Cepaea nemoralis на торфяном грунте (фото автора)

В подготовленный аквариум в сентябре месяце были посажены моллюски, взятые из природной среды, также в конце лета, как и в первом эксперименте. Моллюски активно питались, успешно перенесли зимовку и начали спариваться в мае месяце. После спаривания большинство моллюсков начало откладывать яйца, которые находились в толще грунта. Улитка наполовину зарылась в грунт и отложила 50 довольно крупных яиц (диаметром 5мм). Яйца белые, по форме чем-то напоминают гусиные, но в миниатюре, и с очень плотной известковой скорлупой. Яйца откладывают моллюски в почву. Сначала скорлупа яиц достаточно плотная, а на просвет кажутся янтарными. Но со временем содержимое яиц мутнеет, а скорлупа истончается, отдавая весь свой кальций на построение раковины. Через 65 дней начали вылупливаться моллюски, количество вылупившихся особей составило - 50. Молодь начала питаться и расти, однако, через месяц начала наблюдаться постепенная гибель молодых особей. Все полученное в лаборатории потомство погибло к концу лета.

Данный эксперимент по культивированию показал, что наличие в грунте торфа, мела и сфагнума снижает появление горбаток, а предпочтительным кормом являются яблоки, которыми моллюски охотно питались.

Причиной гибели лабораторного потомства, возможно, явилось все-таки недостаточное количество влаги и недостаток кислорода, так как аквариум был закрыт стеклом и открывался нерегулярно.

Наш опыт по культивированию моллюсков показал, что просто содержать моллюсков можно в условиях, описанных во втором эксперименте, однако, эти условия не обеспечивают поддержания жизнеспособности культуры. Методика культуры Cepaea nemoralis должна дорабатываться.

4.5 Влияние нитрата свинца на Cepaea nemoralis

Свинец, относится к наиболее известным ядам. Свинец находится в микроколичествах почти повсеместно. В почвах обычно содержится от 2 до 200 мг/кг свинца. Свинец, как правило, сопутствует другим металлам, чаще всего цинку, железу, кадмию и серебру. Свинец токсически действует на 4 системы органов: кроветворную, нервную, желудочно-кишечную и почечную.

Нитрат свинца Pb(NO3)2 - белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Вещество разлагается при разогреве (290°C) с образованием токсичных паров оксидов азота, а также оксидов свинца. Вещество является сильным окислителем и бурно реагирует с горючими материалами и восстановителями. Вещество может всасываться в организм при вдыхании аэрозоля и через рот. Нитрат свинца раздражает глаза, кожу и дыхательные пути, может оказывать действие на кровь, желудочно-кишечный тракт, почки, печень и нервную систему приводя к анемии, гипертонии, поражению почек, поражению печени, судорогам, параличу.

Вещество токсично для гидробионтов, может вызвать долговременные изменения в водной экосистеме. В пищевой цепи имеет значение для человека, наблюдается биоаккумуляция, в особенности в морских и наземных организмах.

В промышленности его используют в спичечном производстве, крашении и набивке текстиля, окраске рогов и гравировке [30].

Наши эксперименты проводились на Cepaea nemoralis. Эксперимент проводился в марте 2010г. Контрольную и экспериментальную группу составляли перезимовавшие в лабораторных условиях особи, поэтому экспериментальные и контрольные выборки невелики. Группировка составила 60 особей. Моллюски зимовали в стеклянных банках с грунтом.

Для пробуждения моллюсков после зимы, обрызгивали их отстоянной водопроводной водой из пульверизатора и поставили под лампу накаливания. Через один час 40 особей начали активно двигаться, 20 особей начали активно двигаться через 2 часа и 40 особей зимовавших в лаборатории оказались мертвыми.

Наблюдения за пробуждением показали, что первые 40 особей, начав активное движение, заработали радулами, отыскивая корм. В этой группировке среди 40 особей по окраске раковины были: коричневые, желтые и оранжевые в соотношении 10:10:20. По количеству полос однополосые и пятиполосые. Однополосые: коричневые - 10, желтые - 10, оранжевые - 10 особей, пятиполосые - желтые - 10.

Среди 20 особей, активность которых наступила позже, были по окраске раковины бежевые, а по наличию полос - однополосые.

Среди погибших 40 особей, по окраске были оранжевые, желтые и коричневые; по наличию полос - бесполосые и однополосые.

Из 60 перезимовавших особей контрольную группу составили 12, а экспериментальную 48. Схема эксперимента представлена в таблице 4.5.1. Контрольные и экспериментальные группы выкармливались пластинками моркови площадью 4,5 ? 2,5 см, толщина 0,1 мм.

Морковь является хорошим кормом для Cepaea nemoralis, что было проверено нами при отработке методике культивирования данного вида. Контрольная группа выкармливалась пластинками моркови смоченной отстоянной водопроводной водой. Экспериментальные группировки выкармливались пластинками моркови такого же размера, но выдержанные на протяжении 10 мин в растворе азотистого свинца в концентрациях 1 %, 2 %, 4 %, 8 %.

Таблица 4.5.1 - Схема эксперимента

Наблюдения за контрольной группировкой показали, что активность питания довольно высокое, количество съеденного корма было примерно таким же, как и у особей при культивировании в лабораторных условиях. Никаких заметных морфофизиологических изменений не наблюдалось, поведение этой группировки аналогично поведению природной группировки.

Экспериментальная группировка выкармливается морковью обработанной 1 % раствором нитрата - свинца, активно съела корм, особи активно ползали по банке и возвращались назад к корму. Было видно активное движение радулой. Выделение слизи не наблюдалось.

Экспериментальная группировка корм, которой был обработан, 2 % раствором нитрата-свинца активно уползала от корма, количество потребляемого корма мало, особи выделяли небольшое количество слизи, которое концентрировалось в устье. Моллюски втягивали тело в раковину и не выползали.

Экспериментальная группировка, которая питались морковью обработанной 4 % раствором нитрата-свинца, характеризовалась тем, что особи активно уползали от корма, количество потребляемого корма также мало, активно прятали тело в раковину и выделали большое количество слизи.

Экспериментальная группировка, корм которой был обработан, 8 % раствором нитрата-свинца, проявляла наибольшую реакцию с момента помещения корма в банку. Моллюски начинали активно двигаться к краю банки, пытаясь выползти из нее, количество потребляемого корма очень мало. Выделяли огромное количество слизи, которое заполняло все устье. На второй день вся экспериментальная группировка погибла.

Подводя итог нашему эксперименту можно сделать следующий вывод:

- нитрат - свинца приводит к изменению поведенческих реакций Cepaea nemoralis, прежде всего усилению двигательной активности от источника содержания свинца;

- снижением активности питания, выделением слизи устьем и снижением жизнеспособности, при концентрации 8 % приводит к летальному исходу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение изменчивости окраски раковины и количества полос на последнем обороте раковины в природных условиях среды показало, что за период с 2002 по 2009 гг. в выборках г. Бреста выделено семь вариантов окраски: серые, бежевые, желтые, розовые, оранжевые, зеленые, коричневые. По наличию полос - бесполосые и полосатые, а по количеству полос - от одной до пяти.

Сравнение четырех выборок, собранных в разных районах города по частоте окрасочных форм и количеству полос, а также по ширине и высоте устья, показало, что каждая выборка Cepaea nemoralis, характеризуется специфическим фенофондом.

Изменение фенофонда во времени позволяет констатировать, что с момента начала наблюдения за становлением фенетической структуры вида в г. Бресте, происходит увеличение окрасочных форм и изменение доминирующих феноформ (от желтой до оранжевой и коричневой). Отмеченные в выборках Бреста зеленые и розовые формы исследователями в других регионах не отмечаются. За восьмилетний период наблюдений в выборках г. Бреста произошло увеличение бесполосых форм с 7,14 % до 24,00 % и одновременно уменьшение полосатых от 92,86 % до 76,00 %. Четкой закономерности в динамике форм с разным количеством полос не наблюдается.

Морфометрическое сравнение выборок в пространстве показывает, что каждая из четырех выборок представляет самостоятельную внутривидовую группировку, ранг которой на данный момент определить еще трудно. Динамика фенофондов во времени отражает направление микроэволюционных процессов и показывает, что в формирующемся новом ареале происходит увеличение бесполосых форм, но с более темной окраской раковины. Увеличение количества коричневых форм, возможно, является отражением наличия неблагоприятных факторов в окружающей среде, а увеличение бесполосых форм подтверждает то, что в формирующемся ареале для Cepaea nemoralis более благоприятны для существования открытые пространства, чем затененные.

Проведенные нами лабораторные исследования показали, что Cepaea nemoralis может быть объектом культивирования, но для продолжительной культуры необходима доработка методики ее содержания.

Выявление реакции Cepaea nemoralis на присутствие солей тяжелых металлов подтверждает, что наземные брюхоногие моллюски могут использоваться, как виды индикаторы качества среды.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Вавилов, Н.И. Центры происхождения культурных растений Н.И. Вавилов Тр. по приклад. ботан., генет. и селекции. - 1926. - Т. 16. - Вып 2. - С. 3-138.

2. Яблоков, А.В. Фенетика / А.В. Яблоков. - М. : Наука, 1980. - 132 с.

3. Парамонов, А.А. Дарвинизм : учеб. пособие по биол. спец. для студентов пед. ин-тов / А.А. Парамонов. - М. : «Просвещение», 1978. - 335с.

4. Шилейко, А.А. Наземные моллюски надсемейства Helicoidea / А.А. Шилейко // Серия : Фауна СССР. Моллюски. - Л. : Наука, 1978. - Т. 3.- Вып. 6. - 384 с.

5. Cain, A.J. Genetics / A.J. Cain, P.M. Sheppard, 1954. - Р. 89-116.

6. Cain, A.J. Area effects in Cepaea on the Larkhill Artillery ranges, Salisbury plain / A.J. Cain, J. D. Currey // Soc. Zool. London, 45, № 303, 1963. - Р. 1-15.

7. Яблоков, А.В. Популяционная биология : учебное пособие / А.В. Яблоков. - М. : Высшая школа, 1987. - 303 с.

8. Биотест : сб. научных трудов ; под ред. Е.П. Климец. - Брест : БрГУ им. А.С. Пушкина, 2003. - 169 с.

9. Фенетика популяций : материалы III Всесоюзного совещания, Саратов, 7-8 февраля 1985 г. / Саратов. гос. ун-т ; под ред. Н.И. Ларина [и др.]. - саратов, 1985.- 239 с.

10. Физиологическая и популяционная экология животных / Межвузовский научный сборник, Сарат. ун-т, 1978. - 200 с.

11. Lewontin, R.C. Interdeme selection cont rolling a polymorphism ih the house mouse / R.C Lewontin. // Amer. Nat, 1962 - Vol. 96. - P. 65-78.

12. Оно, С. Генетические механизмы прогрессивной эволюции / С. Оно. - М. : Мир, 1973. - 227 с.

13. Майр, Э. Популяции, виды и эволюция / Э. Майр. - М. : Мир, 1980. - 407 с.

14. Грант, В. Эволюция организмов / В. Грант. - М. : Мир, 1980. - 407с.

15. Салерно, А. Биохимический полиморфизм / А. Салерно // Молекулярные механизмы генетических процессов. Молекулярная генетика Эволюция и генетическая инженерия. - М., 1982. - С. 139-147.

16. Ford, E.B. Polymorphism / Е.В. Ford Biol. Rev. - London, 1945. - P. 73-88.

17. Грин, Н. Биология : в 3 т. / Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор. - М. : Мир, 1993. - 3 т.

18. Шеппард, Ф.М. Естественный отбор и наследственность / Ф.М. Шеппард ; под ред. Д.К. Беляева. - М. : Просвещение, 1970. - 216 с.

19. Флеров, Б.А. Физиологические механизмы действия токсических веществ и приспособления к ним водных животных / Б.А Флеров // Гидробиол. журн. - 1977. - Т. 14, № 1. - C. 80-86.

20. Виноградов, Г.А. Исследование действия хлорофоса на водно-солевой обмен пресноводных брюхоногих моллюсков / Г.А. Виноградов, П.А. Гдовский // Информ. бюлл. ин- та биол. внутрен. водоем. АН СССР, 1976, № 32. - С. 35-41

21. Меремiнський, А.Й. Вивчення деяких хiмiчних спролук на молюскiв Planorbis planorbis L. в лабораторних та польових умовах / А.Й. Меремiнський Ветеринарiя. - 1968. - Вип. 17. - C. 54-59.

22. Алексеев, В.А. Основные принципы сравнительно - токсикологического эксперимента / В. А. Алексеев // Гидробиол. журн. - 1981. - Т. 17, № 3. - C. 92-100.

23. Антропогенные воздействия на популяции животных : сб. науч. трудов. Волгоград : ВГПИ им. А.С. Серафимовича, 1986. - 144 с.

24. Хейсин, Е.М. Краткий определитель пресноводной фауны / Е.М. Хейсин. - М. : Гос. уч.- пед, 1962. - 148 с.

25. Климец, Е.П. Фенетика некоторых видов беспозвоночных юго-западной части Беларуси / Е.П. Климец, А.Ф. Иванькова, С.Э. Кароза // Веснiк Брэсцкага унiверсiтэта, Навукова-тэарэтычны часопic. - 2009. - С. 71-80.

26. Популяционная фенетика. - М. : Наука, 1997. - 254 с.

27. Рокицкий, П.Ф. Введение в статистическую генетику. - Мн. : Вышэйшая школа, 1974. - 447 с.

28. Плохинский, Н.А. Биометрия / Н.А. Плохинский. - М. : МГУ, 1970. - 270 с.

29. Морозова, О.А. Становление популяционной структуры Cepaea nemoralis в новом ареале : дип. Морозова О.А. студ. биол. фак-та : 10.02.05 / О.А. Морозова. - Брест, 2005.

30. Институт промышленной безопасности, охраны труда и социального партнерства - Санкт-Петербург, 1999. - Режим доступа: http: // www.safework.ru. - Дата доступа : 25.03.2010.

31. Ватти, К.В. Руководство к практическим занятиям по генетике : учеб. пособие / К.В. Ватти, М.М. Тихомирова - 2-е изд. - М. : Просвещение, 1979. 189 с.

32. Синявская, А.С. Фенетическая структура Cepaea nemoralis в формирующемся ареале / А.С. Синявская // Сб. материалов студ. научн. конф. НИРС 2009, Брест. гос. ун-т имени А.С. Пушкина : под общ. ред. Л.Н. Усачёвой. - Брест : БрГУ, 2009. - Ч. 2. - С. 24-25.

33. Синявская, А.С. Изменчивость устья раковины Cepaea nemoralis в формирующемся ареале А.С. Синявская Состояние природной среды Полесья и сопредельных территорий : материалы регион. научн. - практ. конф. студентов, Брест, 25 марта 2010 / Брест. гос. ун-т имени А.С. Пушкина; под общ. ред. Л.Н. Усачёвой. - Брест : БрГУ, 2010. - С. 60-61.

Размещено на Allbest.ru