«Эколого-Генетическая Структура Популяций Helix Pomatia L
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» На правах рукописи Артемчук Олеся Юрьевна ПОПУЛЯЦИОННАЯ СТРУКТУРА АДВЕНТИВНОГО ВИДА HELIX POMATIA L. В УСЛОВИЯХ ЮГО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ АРЕАЛА Специальность 03.02.08 – экология (биологические науки) Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук Научный руководитель: доктор биологических наук, доцент Снегин Эдуард Анатольевич Белгород – 2018 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение…………………………………………………………………………...4 ГЛАВА 1. Обзор литературы…………………………………………………….9 1.1. Роль популяционного уровня организации живой материи в эволюции живых организмов……………………………………………………….………..9 1.2. Роль генетического полиморфизма в эволюции……………………..…...12 1.3. Изменчивость в популяциях моллюсков……………………………….…15 1.3.1. Морфологическая изменчивость……………………………………..….15 1.3.2 Биохимическая изменчивость (изоферменты)…………………………..22 1.3.3. Изменчивость ДНК………………………………………………………..34 1.4. Особенности биологии Helix pomatia……………………….………..……36 1.5. Ареал Helix pomatia…………..……………………………………………..41 1.6. Особенности охраны популяций Helix pomatia ………………………….44 ГЛАВА 2. Физико-географическое описание района исследования…………50 ГЛАВА 3. Материал и методика исследований………………………...……..67 3.1. Морфометрический анализ раковин Helix pomatia...…………….……….67 3.2. Фенетический анализ раковин Helix pomatia ……….…………………….72 3.3. Электрофорез ферментов Helix pomatia в полиакриамидном геле (ПААГ)…………………………………………………………………………... 74 3.4. Методика проведения полимеразной цепной реакции.……..………..…..77 3.4.1. Выделение ДНК ……………………………………………………..……77 3.4.2. Межмикросателлитный анализ ДНК ……………………………...…….79 3.5. Метод ДНК-комет……………………………………………………..……81 3.6. Методика статистической обработки полученных результатов……...….83 ГЛАВА 4. Анализ популяционной структуры Helix pomatia с использованием фенетических и морфометрических показателей……………………………...89 4.1 Фенетический анализ раковин Helix pomatia….………………………..….89 4.2. Морфометрический анализ раковин Helix pomatia …..………………..…93 4.3. Временные изменения морфологических показателей раковины моллюсков рода Helix………………………………………………..…..……....98 2 Глава 5. Анализ популяционной структуры и оценка жизнеспособности Helix pomatia на основе биохимических и цитогенетических методов ...………..105 5.1. Результаты изучения популяционной структуры Helix pomatia с использованием аллозимных маркеров…………….……………….……..…105 5.2. Результаты изучения популяционной структуры Helix pomatia с помощью ISSR-маркеров ДНК…………………………………….…………..114 5.3. Оцененка степени устойчивости популяций H. pomatia к действию генотоксичных компонентов среды …………………………….…………….124 5.4. Оценка эффективной численности и уровня жизнеспособности популяций Helix pomatia ...……………………………………………….……128 Выводы……………………………………………………………….…........…132 Список литературы…………………………………………………………….135 3 ВВЕДЕНИЕ Одним из негативных последствий воздействия человека на экосистемы планеты является сокращение численности, а порой и полное уничтожение все большего числа диких видов. Но исчезновение биологического вида происходит не одномоментно. Этот довольно длительный процесс начинается с постепенного исчезновения его популяций, которые вследствие сокращения ареала и уменьшения генетического разнообразия, теряют устойчивость и вымирают. На этом фоне весьма актуальным видится создание региональных Красных книг, в задачу которых входит сохранение локальных группировок, в том числе и популяций. При этом часто в региональные охранные списки вносятся виды растений и животных, имеющих обширный ареал, в отдельных частях которого они могут считаться фоновыми. Однако в некоторых пунктах, особенно на границах ареала, вследствие обеднения генофонда, отдельные популяции таких видов могут находиться в уязвимом положении. В таких ситуациях первоочередной задачей природоохранных мероприятий здесь является сохранение этих групп, а вместе с ними и их уникальных генофондов, что будет способствовать повышению устойчивости, как видов, так и экосистем, и сохранению экологического баланса на региональном уровне. Одним из таких видов является виноградная улитка Helix pomatia L., которая во многих европейских странах и в ряде областей Украины и России подлежит охране. При этом сохранение популяций виноградной улитки в юго-восточной части ее современного ареала важно не только с точки зрения сохранения регионального биоразнообразия, но и потому что данный вид является одним из самых крупных моллюсков Европы (Шилейко, 2012) и имеет эстетическое значение, а в некоторых регионах становится объектом искусственного разведения для пищевой и косметической промышленности. Кроме того, виноградная улитка является хорошим модельным объектом для изучения микроэволюционных явлений, разнообразных межпопуляционных 4 и межвидовых взаимодействий, а также этот моллюск является классическим лабораторным животным. С другой стороны, Helix pomatia может быть переносчиком различных паразитарных заболеваний человека и домашних животных, а также в некоторых ситуациях может выступать вредителем культурных растений. Цель исследования. Провести анализ популяционной структуры Helix pomatia в юго- восточной части её современного ареала, для понимания микроэволюционных процессов, протекающих в адвентивных группах наземных моллюсков на фоне все возрастающего антропогенного пресса. Задачи исследования. 1. Изучить структуру расселения Helix pomatia L. в различных ландшафтах Русской равнины с определением векторов естественного отбора по морфогенетическим признакам. 2. Оценить долговременные изменения морфологических показателей раковины моллюсков рода Helix. 3. Изучить особенности генетических процессов, протекающих в адвентивных популяциях Helix pomatia L. 4. Оценить степень устойчивости популяций H. pomatia L. к действию генотоксичных компонентов среды в условиях урбанизированного ландшафта. 5. Провести расчет эффективной численности изучаемых популяций виноградной улитки и определить уровень их жизнеспособности. Научная новизна и теоретическая значимость работы Впервые был проведен анализ популяционной структуры Helix pomatia в различных ландшафтных зонах юго-восточной части современного ареала с использованием морфометрических и биохимических маркеров. Полученные данные позволят расширить наши представления о 5 микроэволюционных процессах, протекающих в популяциях адвентивных видов наземных моллюсков в современных условиях. Практическая значимость Сохранение локальных популяций виноградной улитки на территории России важно для сохранения этого вида в целом. В этой связи анализ состояния популяционных генофондов имеет первостепенное значение при определении уровня жизнеспособности и выяснении естественных механизмов поддержания и регуляции численности этих групп. Опираясь на эти данные, можно решать задачи планирования нагрузки на популяции, в которых ведется ограниченный сбор улиток, разрабатывать методики лабораторного содержания, оценивать состояние популяций и определять меры по их охране. Реализация результатов исследования Работа проводилась в рамках гранта РФФИ № 09-04-97513, программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (гранты № 2.2.3.1/9731); федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (государственный контракт № П 1050). Результаты проведенных исследований по теме диссертации используются в учебном процессе в Белгородском национальном исследовательском университете при подготовке бакалавров по направлению 06.03.01 «Биология» (дисциплины «Зоология», «Экология и рациональное природопользование», «Теория эволюции», «Генотоксикология») и магистров по направлению 06.04.01 «Биология» (дисциплины «Экологическая генетика» и «Экология животных»). Собранный раковинный материал включен в коллекцию кафедры экологии, физиологии и биологической эволюции, а замороженные образцы включены в криобанк научно-исследовательской лаборатории популяционной генетики и генотоксикологии НИУ БелГУ. Апробация Материалы работы представлены на III Международной конференции молодых ученых «Биология: от молекулы до биосферы» (Харьков, 2008); XI 6 Международной научно-практической экологической конференции «Видовые популяции и сообщества в антропогенно трансформированных ландшафтах: состояние и методы его диагностики» (Белгород, 2010); IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Биологические системы: устойчивость, принципы и механизмы функционирования» (Нижний Тагил, 2012); IV Международной научно- практической конференции «Молюски: результати, проблеми i перспективи дослiджень» (Житомир, 2012); XII Международной научно-практической экологической конференции «Структурно-функциональные изменения в популяциях и сообществах на территориях с разным уровнем антропогенной нагрузки» (Белгород, 2012); Всероссийской научной конференции с международным участием «Животные: экология, биология и охрана» (Саранск, 2012)., 1 Всероссийской научной конференции "Эволюционные и экологические аспекты изучения живой материи" (Череповец, 8-9 февраля 2017 г.). Публикации По теме диссертациоопубликовано 18 печатных работ, в их числе 7 статей в журналах, входящих в перечень ВАК РФ, и 3 статьи в изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus. Декларация личного участия автора Автором в период 2009–2014 гг. выполнены полевые исследования, проведены сбор и камеральная обработка моллюсков. Осуществлены лабораторные исследования, включающие электрофорез изоферментов, проведение ПЦР и анализ степени разрушения ДНК методом ДНК-комет. Оформлена коллекция