НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
Національна академія наук україни
ІНСТИТУТ ЗООЛОГІЇ ім. І. І. ШМАЛЬГАУЗЕНА
УДК 597.8:[591.4+575](477)
Сурядна Наталія Миколаївна
ЗЕЛЕНІ ЖАБИ ФАУНИ УКРАЇНИ: МОРФОЛОГІЧНА МІНЛИВІСТЬ, КАРІОЛОГІЯ ТА ОСОБЛИВОСТІ БІОЛОГІЇ
03.00.08. – зоологія
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Київ – 2005
Дисертацією є рукопис
Роботу виконано у відділі герпетології та зоомузею Науково-дослідного інституту біорізноманіття наземних та водних екосистем України при Мелітопольському державному педагогічному університеті
Науковий керівник: доктор біологічних наук, доцент
Писанець Євген Максимович
Національний науково-природничий
музей НАН України, м. Київ
Завідуючий Зоологічним музеєм
Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, ст.н.с.
Межжерін Сергій Віталійович
Інститут зоології НАН ім. Шмальгаузена, м. Київ
Завідуючий Відділом еволюційно-генетичних основ систематики
кандидат біологічних наук, доцент
Гассо Віктор Якович
Дніпропетровський національний університет
Завідуючий кафедрою зоології та екології
Провідна установа: Ужгородський національний університет
Захист дисертації відбудеться 20 грудня 2005 р.
о 10 годині на засіданні спеціалізованої Вченої Ради Д 26.153.01
при Інституті зоології ім. І. І. Шмальгаузена НАН України
за адресою: 01030, м. Київ – , вул. Б.Хмельницького, 15
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці
Інституту зоології ім. І. І. Шмальгаузена НАН України
Автореферат розісланий “24” _вересня__ 2005 р.
Вчений секретар
спеціалізованої Вченої Ради,
кандидат біологічних наук В. В. Золотов
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Одним з актуальних і перспективних напрямків сучасної зоології стало дослідження тварин зі специфічними еволюційними взаємовідносинами та з особливим характером таксономічного статусу. В першу чергу це стосується таксонів, які утворилися внаслідок гібридизації (Боркин, Даревский, 1980 та ін.). Одними з таких гібридизуючих видів є озерна (Rana ridibunda Pallas, 1977) та ставкова (Rana lessonae Camerano, 1882) жаби. В результаті їх гібридизації утворюється гібридогенний таксон – їстівна жаба (Rana klepton(Бергер, 1976; Berger, 1991). Нетрадиційне утворення гамет та відмінності в розмноженні, що пов`язані з необхідністю схрещування з батьківськими видами, стало причиною для ствердження про причетність таких тварин до нової еволюційно-таксономічної одиниці – "клептон" (Duboіs, 1998).
Головною особливістю цієї групи зелених жаб є напівклональне розмноження (кредитогенез) R. kl. еsculenta. У мейозі гібридогенного таксону, як правило, успадковується тільки один із батьківських геномів і при схрещуванні цих представників або відтворюються батьківські види, або (при зворотному схрещуванні) можуть знову утворюватися гібридогенні особини (Berger, 1968, Tunner, 1974; Gьnther, 1975). Це, таким чином, вказує на виключну важливість процесів, які протікають на рівні хромосом. Саме каріологічні ознаки, які характеризуються значною стабільністю, можуть нести особливо важливу цитогенетичну інформацію щодо механізмів відтворення у даному комплексі. Разом з цим, аналіз цитогенетичних аспектів відтворення R. kl., ніким з українських дослідників не проводився, хоча інформація щодо популяцій цього комплексу з території Західної Європи все ж таки є (Gьnther, 1970; Mйszarуs, Bartos, 1978; Кoref-Santibanez, 1979; Tunner, Heppich, 1991 Spasіc-Boskovіc, 1999 та ін.). При цьому відмітимо, що спосіб відтворення між гібридними зеленими жабами з Західної і Східної Європи може відрізнятися (Морозов-Леонов, 1998).
Ситуація ускладнюється ще і тим, що прямі докази про поліплоїдію у зелених жаб в межах всього ареалу на рівні аналізу каріотипів обмежуються лише декількома дослідженнями (Gьnther, 1970; Tunner et. al., 1982), а висновки про поліплоїдію зелених жаб з території України ґрунтуються лише на основі аналізу загального обсягу ДНК (Borkin et., al., 2004).
Особливо слід підкреслити, що на фоні обмеженості каріологічних даних, залишаються не з`ясованими питання вивченості мінливості зовнішніх морфологічних ознак цих амфібій в межах всієї України. Наявна в цьому відношенні інформація в основному стосується лише виділенням та описом діагностичних ознак різних таксонів в окремих регіонах (Некрасова, 2001; 2002; Куртяк, 2004). З іншого боку, вивчення цього питання на прикладі популяцій зелених жаб з різних частин ареалу в межах всієї України, показало низку цікавих особливостей як в цілому, так і для кожного таксону окремо. Наявність статевого диморфізму за розмірами передніх кінцівок, а також те, що дорсомедіальна смуга корелює у батьківських видів з географічною мінливістю, дали підстави говорити про ймовірну наявність інших цікавих закономірностей в прояві зовнішніх морфологічних ознак цих амфібій. Відомо, що на території України ареали трьох таксонів зелених жаб розміщені нерівномірно. Вивчення регіональних особливостей таксонів зелених жаб, географічної та статевої мінливості в цілому на території України є особливо важливим, в зв’язку з урахуванням попередніх даних щодо генетичних відмінностей популяцій озерної жаби півночі та півдня. Окремо слід також вказати на дані щодо генетичних відмінностей ставкової жаби західної і східної частин України (Морозов-Леонов, 1998).
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана в рамках наукових планових тем відділу герпетології та зоомузею НДІ Біорізноманіття: “Гібридизація і поліплоїдія амфібій та їх зв’язок з сучасними проблемами систематики та еволюції (на прикладі безхвостих земноводних)”; “Проблеми генетичної цілісності і значення гібридизації в еволюції видів (на прикладі безхвостих земноводних) та в розвитку біосистем”; “Проблеми генетичної цілісності, значення гібридизації в еволюції видів (на прикладі земноводних) та сучасне генетичне і фенотипічне різноманіття герпетокомплексів, їх сталість у водно-болотних угіддях півдня України.”
Мета і завдання дослідження. Метою роботи було з’ясування специфіки мінливості зовнішніх морфологічних ознак, опис хромосомних наборів та особливостей біології зелених жаб, а також визначення можливості використання одержаних результатів для таксономічних досліджень та ідентифікації зелених жаб фауни України.
Для цього були окреслені наступні завдання:
· визначити таксономічно важливі зовнішні морфологічні ознаки зелених жаб та проаналізувати їх загальну мінливість в межах України;
· охарактеризувати статеву та географічну мінливість зовнішніх морфологічних ознак (включаючи розмірні характеристики, особливості забарвлення та рисунку) зелених жаб України;
· зробити опис хромосомних наборів та провести порівняльно-каріологічний аналіз таксонів зелених жаб України;
· визначити особливості мейотичних хромосом зелених жаб України;
· описати загальні особливості біології зелених жаб України.
Об`єкт дослідження – зелені жаби фауни України – RanaRanaRana kl..
Предмет дослідження – морфологічна і каріологічна мінливість зелених жаб фауни України та загальні особливості їх біології.
Методи дослідження – порівняльно-морфологічний метод; каріологічний метод; статистичні методи обробки матеріалу; польові спостереження.
Наукова новизна одержаних результатів. Вперше, в межах всієї території України, проведений детальний аналіз внутрішньовидової та географічної мінливості морфологічних ознак зелених жаб. Встановлені та детально обґрунтовані зовнішні морфологічні ознаки, які представляють найбільшу таксономічну і діагностичну цінність для цих тварин. Вперше описані каріотипи та мейотичні хромосоми батьківських видів та гібридогенного таксону з території України. На хромосомному рівні виявлені поліплоїдні клітини у R. esculenta. На підставі польових досліджень описані та узагальнені особливості біології зелених жаб.
Практичне значення одержаних результатів. Отримані дані, представляють особливий інтерес та важливе значення для вдосконалення та подальшої розробки сучасної загальнобіологічної теорії гібридогенного видоутворення. Описані каріотипи та особливості мейозу зелених жаб дозволяють по-новому підійти та використовувати дані для з`ясування причин та механізмів відтворення таксонів в результаті гібридизації. Встановлені морфологічні особливості батьківських видів та гібридогенного таксону можна застосовувати при прижиттєвій ідентифікації цих тварин. Теоретичні та практичні результати роботи, можна використовувати при викладанні вузівських курсів зоології, популяційної біології, екології та генетики. Основні методики дослідження вже зараз використовуються у роботі закладів позашкільної освіти, а саме у вивченні безхвостих амфібій. Зібраний матеріал зберігається у фондовій колекції відділу герпетології НДІ Біорізноманіття, м. Мелітополь. Дані досліджень можуть бути використані при створенні та подальшому веденні кадастру тваринного світу.
Особистий внесок здобувача. Здобувачем, була зібрана значна частина матеріалу (до 500 особин). З використанням сучасних статичних методів дослідження, зроблена морфологічна обробка цього матеріалу та матеріалу фондових колекцій, а також проведені польові спостереження. Власноруч освоєна методика приготування каріологічних препаратів та аналізу хромосом зелених жаб території України.
Апробація результатів дисертації. Матеріали роботи були представлені на засіданнях відділу герпетології і зоомузею та на вчених Радах НДІ біорізноманіття наземних та водних екосистем України, на спільному засіданні Зоологічного музею ННПМ НАНУ і відділу еволюційно-генетичних досліджень Інституту Зоології ім. І.І. Шмальгаузена НАНУ. Результати дослідження звітувались на Першому з’їзді герпетологічного товариства ім. А.М. Нікольського (Пущино-Москва, 2001), на ІІІ Азіатському герпетологічному конгресі (Казахстан, Алма–Аты, 1998), на Всеукраїнській зоологічній конференції “Зоологічні дослідження України на межі тисячоліть” (Кривий ріг, 2001), та на міжнародній науково-практичній конференції “Геоэкологические и биоэкологические проблемы Северного Причерноморья” (Тирасполь, 2001).
Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 10 наукових робіт (з них 4 у фахових наукових виданнях).
Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, 6 розділів, висновків, списку літератури та додатків. Загальний обсяг дисертації – 277 сторінок, з яких основна частина викладена на 133 сторінках. Додатки, які включають таблиці, рисунки, статистичний аналіз показників, складають 80 сторінок. Робота ілюстрована 107 рисунками та 85 таблицями, з яких 39 рисунків та 43 таблиці розміщені безпосередньо в тексті, інші – винесені в додатки. Список літератури складає 198 найменувань, з них 89 мовами в яких використовується латиниця.
ЗМІСТ РОБОТИ
РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ
У даному розділі описані сучасні уявлення про комплекси західнопалеарктичних водних жаб роду Rana, способи їх гібридизації та природу гібридних форм, еволюційно-таксономічні взаємовідносини. Приводяться різні погляди щодо гібридогенного походження та R. kl. еsculenta, завдяки унікальному типу розмноження якого забезпечується відтворення гібридних особин з використанням гамет батьківських видів. Наводяться роз`яснення щодо нової таксономічної категорії “клептон”. В історичному ракурсі, починаючи із середини XIX століття, описано розвиток досліджень цих амфібій на території України, а також наводяться дані з їх вивчення в межах всього ареалу.
Окремо охарактеризовані сучасні методи дослідження, які з успіхом використовуються у діагностиці таксонів зелених жаб та виясненні механізмів відтворення батьківських таксонів і гібридогенного таксону. Підкреслено, що в значній мірі, це дані з каріології цих тварин. Розглянуті досить популярні в діагностиці зелених жаб електрофоретичні та цитофотометричні дослідження, а також описані погляди різних авторів, щодо діагностики зелених жаб за метричними і фенетичними зовнішніми морфологічними ознаками.
Розділ 2. Матеріал і методи дослідження
2.1. Матеріал. Робота базується на результатах морфологічної обробки матеріалу власних зборів та фондових колекцій Зоологічного музею НАН України м. Київ, колекцій відділу герпетології та зоомузею НДІ Біорізноманіття Мелітопольського державного педагогічного університету, на даних каріологічних досліджень, а також на результатах польових спостережень зелених жаб з території України.
Матеріал роботи представлений популяційними вибірками особин зелених жаб (озерної, ставкової, гібридогенної їстівної) з території України, загальний обсяг яких понад 2100 екземплярів з 140 вибірок. Частина тварин (більше 150 особин з 20 місць) була залучена до каріологічних досліджень. Для аналізу хромосом використано більше 480 метафазних та 250 мейотичних пластинок. Крім цього, в дослідженні було задіяно близько 180 особин зелених жаб з 10 вибірок, таксономічна причетність яких здійснена за допомогою біохімічного генного маркування (матеріал люб`язно наданий нам к.б.н. С. Ю. Морозовим-Леоновим). Також були здійснені польові спостереження (обліки чисельності, опис біотопів, активності тощо) в 20-ти популяціях на території України.
2.2. Методи. Морфологічній частині досліджень передувала робота з вивчення проявів мінливості зовнішніх морфологічних ознак та можливостей їх використання в еволюційно-таксономічному аналізі. На початку досліджень було проведено кореляційний аналіз до якого були залучені 23 морфометричні ознаки статевозрілих особин зелених жаб: L (довжина тіла); F (довжина стегна); Т (довжина гомілки); C.s. (довжина додаткової гомілки); D.p. (довжина першого пальця задньої кінцівки); D.prl. (довжина стопи); C.int. (довжина внутрішнього п`яткового горбика); C.h. (висота внутрішнього п`яткового горбика); D.r. (довжина кисті (відстань від зап`ястка до кінця третього пальця)); D.pp. (довжина першого пальця передньої кінцівки); L.h. (довжина передньої кінцівки); Sp.c. (ширина голови); L.Sp.c. (довжина голови); tym. (найбільша довжина барабанної перетинки); L.o. (найбільша довжина очної щілини); Sp.p. (мінімальний проміжок між очима); D.n.o. (відстань від ніздрі до переднього краю ока); D.r.o. (відстань від кінця морди до ніздрі); Sp.n. (проміжок між ніздрями); D.m.n. (довжина морди); M.oc. (мінімальна відстань між повіками); Lt.v. (ширина повіки); Oc.tym. (відстань від заднього краю ока до барабанної перетинки).
При описанні фенотипу зелених жаб використовували 25 ознак, враховуючи їх декілька станів: дорсомедіальна смуга (добре виразна, слабовиразна або переривчаста, відсутня); плямистість верхньої частини тіла (крупні темні плями від 10-ти і більше діаметром 6-14 мм; дрібні темні плями від 10-ти і більше діаметром 2-5 мм; крупні темні плями рідкі до 9-ти і менше діаметром 6-14 мм; дрібні темні плями рідкі до 9-ти і менше діаметром 2-5 мм; рисунку немає); структура шкіри (шерехата, гладка); забарвлення черева (темне черево (наявність плям), світле черево (плями відсутні)); забарвлення горла (темне горло (наявність плям), світле горло (плями відсутні)); забарвлення стегна та гомілки (наявність суцільних поперечних смуг, наявність переривчастих поперечних смуг, наявність плям); наявність складок (латеральні смуги) на верхній частині тіла (присутні, відсутні); загальний фон верхньої частини тіла (темний, світлий); наявність смуг на морді (присутні, відсутні); характер стику гомілковостопних зчленувань (заходять одна за одну, не торкаються одна одної, торкаються одна одної) (Терентьев, 1950; Пащенко, 1955; Таращук, 1959; Банников и др., 1977; Ищенко, 1978; Таращук, 1989; Некрасова, 2002; Balletto, 1986).
Для аналізу географічної мінливості були виділені окремі групи популяцій, які загалом представляють усю територію дослідження: Західна (Закарпаття, Ужгородський р-н, с. Минай, с. Підгорб, с. Горонда; Берегівський р-н, с. Гать; Виноградівський р-н, с. Петрове, р. Тиса; Мукачівський р-н, с. Горбик - R. (n=50), R.(n=45), R. kl. esculenta (n=60)); Південно-Західна (Одеська обл. м. Вилкове, плавні Дунаю - R. (n=101), R. kl. esculenta (n=21)); Північно-Центральна (окол. Києва, Києво-Святошинський, Біличі, Новобіличі - R. (n=85), R.(n=62), R. kl. esculenta (n=36)); Східна (Харківська обл., Зміївський р-н, с. Гайдари, р. Сів. Донець; Сумська обл., Конотопський р-н; дол. р. Сейм - R. (n=48), R. kl. esculenta (n=34), R.(n=31)); Південно-Східна (Запорізька обл. Токмацький р-н, с. Очеретувате - R. (n=74)); Південна (Крим, Чорноморський р-н, оз. Донузлав - R. (n=67)); Північно-Західна (Волинська обл., Турийський р-н, с. Дольське; оз. Світязь, Любомльський р-н; Шацькі озера; окол. м. Луцьк - R.(n=66), R. kl. esculenta (n=42)); Північно-Східна (Чернігівська обл., Бобровичський р-н, Озеряни - R. lessonae (n=42)). Географія обробленого матеріалу представлена на рисунку 1. Весь матеріал оброблений морфологічно.
Метод каріологічного дослідження. Приготування препаратів хромосом зелених жаб здійснювалася за стандартною методикою (Макгрегор, 1986). Хромосомні препарати готували з сім`яників та клітин кісткового мозку стегнової кістки. Препарати забарвлювали азур-еозином (за Романовським). Відібрані для аналізу пластинки переглядали, аналізували та фотографували на мікроскопі “ЛЮМАМ-И1”. Для обробки негативів та фотоматеріалів використовували комп`ютерні програми Photoshop 7.0 і CorelDRAW 11.
Були створені бази даних, що включають морфологічні, каріологічні та інші показники. Статистична обробка даних здійснювалася за загальноприйнятими методами біологічної статистики (Терентьев, 1943, 1950, 1966; Лакин, 1968, 1980 та ін.) і за допомогою стандартних пакетів програм Microsoft Excel, Statistica 7.0.
Польові спостереження були пов`язані з обліками чисельності зелених жаб, які проводились маршрутним методом (довжина трансекти – 100 м, ширина 3 м). При цьому також визначали тип біотопу та робили його стислий опис. Окрім цього вимірювали та описували фізико-географічні параметри місць мешкання зелених жаб (температура води, повітря, ґрунту, тощо).
РОЗДІЛ 3. КОРОТКА ФІЗИКО-ГЕОГРАФІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА РЕГІОНУ ДОСЛІДЖЕННЯ
Надається коротка фізико-географічна характеристика регіону дослідження, що включає всю територію України (Центральна Європа). Описані особливості кліматичних умов, рослинного покриву, гідрологія тощо. Надається характеристика окремих регіонів мешкання зелених жаб.
РОЗДІЛ 4. МІНЛИВІСТЬ ЗОВНІШНІХ МОРФОЛОГІЧНИХ ОЗНАК ТА ЇХ ВИКОРИСТАННЯ У КОРЕЛЯЦІЙНОМУ АНАЛІЗІ
До початку кореляційного аналізу було здійснено визначення характеру розподілу та типу залежності ознак. При цьому до уваги були взяті фундаментальні праці в галузі статистики П.В. Терентьєва (1943, 1945, 1959, 1966), в яких детально обґрунтовано, що для розрахунків індексів потрібно брати ознаки, які пов`язані високим рівнем кореляції. В результаті цього виявилося, що всі ознаки які планувались для використаня в аналізі морфологічної мінливості зелених жаб, характеризуються нормальним розподілом та прямою лінійною залежністю. Кореляційний аналіз показав, що для більшості залучених ознак характерна сильна взаємна кореляційна залежність – r0,8-0,9. Набуті дані дозволили встановити, що низка ознак характеризується високим рівнем кореляції, які властиві представникам обох статей зелених жаб (L, F, T, C.s., D.prl., D.r., D.pp, L.h., Sp.c., L.Sp.c., D.m.n.). На відміну від них висота внутрішнього п`яткового горбика (C.h.) характеризуються слабким рівнем кореляції – r?0,5, що доводить його таксономічну цінність як абсолютного показника. Найчастіше такий взаємозв`язок спостерігається між висотою та довжиною даного горбика, що дозволяє стверджувати про діагностичність даного індексу.
Отже, порівняння специфіки скорельованості всіх ознак залучених до аналізу дозволяє стверджувати, що для таксономічних досліджень зелених жаб України формально можна використовувати наступні індекси: L/T, L/C.s., L/D.prl., L/D.r., L/D.pp., L/L.h., L/Sp.c., L/L.Sp.c., L/D.m.n., F/T., F/D.r., F/L.h., F/Sp.c., T/C.s., T/D.prl., T/D.r., T/L.h., T/Sp.c., T/L.Sp.c., D.prl./D.r., D.prl./L.h., D.prl./Sp.c., D.prl./L.Sp.c., D.r./D.pp., D.r./L.h., D.r./Sp., D.r./L.Sp.c., D.pp./L.h., L.h./Sp.c., L.h./L.Sp.c., Sp.c./L.Sp.c., L.Sp.c./D.m.n.
РОЗДІЛ 5. МІНЛИВІСТЬ ЗОВНІШНІХ МОРФОЛОГІЧНИХ ОЗНАК ТА ОСОБЛИВОСТІ БІОЛОГІЇ ЗЕЛЕНИХ ЖАБ ТЕРИТОРІЇ УКРАЇНИ
5.1. Озерна жаба (Rana ridibunda, Pallas, 1771).
5.1.1. Особливості мінливості метричних ознак. Результати аналізу метричних ознак озерної жаби з території України вказують на те, що в середньому, довжина тіла (мм) представників даного таксону складає 72,7±0,450 (n=1416). Максимальний розмір самиць сягає 113, самців 104 мм. Довжина голови коротша за довжину тіла у 2,2–3,7 рази, довжина стегна за довжину гомілки у 0,8–1,33 рази. Внутрішній п'ятковий горбик низький (C.h.=1,35±0,01) і він коротше першого пальця задньої кінцівки у 1,4-5,0 разів, а гомілки у 5,4-15,8 разів.
Аналіз статевої мінливості метричних ознак дозволив встановити, що самиці від самців достовірно відрізняються (P?0,05) відносними розмірами передніх кінцівок та, в дещо меншій мірі, довжиною морди (L/D.pp., L/D.r., L/L.h., F/D.r., F/L.h., T/L.h., D.prl/D.r., D.prl/L.h., Sp.c/D.r., Sp.c/L.h., L/D.m.n., L.Sp.c./D.m.n.). Значення індексів передніх кінцівок завжди дещо більші у самиць, довжина морди навпаки, дещо більша у самців. Результати показали наявність незначної географічної мінливості метричних ознак. Озерні жаби Південної групи популяцій (Крим) мають дещо більші розміри голови та коротші кінцівки. Озерні жаби Центральної та Західної популяцій, навпаки мають більші розміри кінцівок та дещо менші розміри голови. За даними кластерного аналізу Південна популяція виявилася найвіддаленішою від інших.
5.1.2. Особливості мінливості рисунку та забарвлення. Серед самиць озерних жаб з добре виразною спинною смугою зустрічається 0,51±0,02, а серед самців – 0,47±0,02 особин. Переривчаста або слабовиразна смуга характерна для 12% особин обох статей. Також для обох статей даного таксону характерний рисунок спини з великими темними плямами (частота - 0,79±0,02). Незначна більшість озерних жаб обох статей мають плямисте черево (54,6% - самці, 59,5% - самиці), і плямисте горло (0,62±0,02 - самці, 0,63±0,02 - самиці). Менше одного відсотка самців не мають рисунку на верхній частині тіла, що для самиць не характерно. Встановлена географічна мінливість дорсомедіальної смуги та забарвлення черева озерної жаби. У напрямку на південь значно зменшується кількість особин зі смугою, відповідно збільшується кількість безсмугастих особин (від 20% до 66%) та особин з чистим черевом (до 80%).
5.1.3. Особливості біології озерної жаби. Узагальнення особистих спостережень та аналіз сучасних літературних даних свідчить про те, що озерна жаба розповсюджений і численний вид на всій території України. Для представників цього виду властивий найбільш великий спектр біотопів, який обіймає різноманітні типи водойм. Крім того озерна жаба мешкає у каналах, ставках, водосховищах, а також заселяє гірські водойми. Особливо слід зазначити, що у даного виду у широтному напрямку спостерігаються деякі екологічні відмінності. На півдні у нього на місяць раніше починається період розмноження та значно пізніше (на один місяць, іноді на два) починається період зимівлі. Озерна жаба на півдні України є домінуючим (єдиним) за чисельністю видом з групи зелених жаб Rana esculenta complex.
5.2. Ставкова жаба (Rana lessonae, Camerano, 1882).
5.2.1. Особливості мінливості метричних ознак. Ставкова жаба, порівняно з озерною, менша за розмірами. Довжина тіла (мм) її в середньому становить 57,9±0,747 (n=350). Самці досягають максимально 84 мм, самиці – 86 мм. Довжина голови менша за довжину тіла у 2,6–3,8 рази, довжина стегна за гомілку в 0,7–1,1 рази. Внутрішній п'ятковий горбик високий (C.h.=2,07±0,02) і він коротше першого пальця задньої кінцівки у 1,18-2,50 рази, гомілки у 5,17–8,92 рази.
Аналіз статевої мінливості показав, що як і у озерної жаби, представники різних статей ставкової жаби достовірно відрізняються між собою відносними розмірами передніх кінцівок (L/L.h., L/D.pp., F/D.r., F/L.h., T/L.h., D.prl./D.r., D.prl./L.h., D.r./L.h., D.r./D.pp., Sp.c./L.h., L.sp.c./L.h.). Незначна географічна мінливість метричних ознак полягає в дещо більших розмірах задніх кінцівок у жаб Північно-Східної групи популяцій, і найменших у Західної групи. Розміри передніх кінцівок, ширина голови та довжина морди завжди менші у Західній популяції. Північно-Східна група популяцій за даними кластерного аналізу за комплексом метричних ознак виявилася найвіддаленішою від усіх.
5.2.2. Особливості мінливості рисунку та забарвлення. Для обох статей ставкової жаби характерна наявність добре виразної смуги на верхній частині тіла на всій території України. Частка особин з такою ознакою, як і у озерної жаби, більше серед самиць (0,93±0,03) ніж серед самців (0,61±0,05). На відміну від озерної жаби, у ставкової переважають особини з наявністю дрібних темних плям на спині (більше 80%). Горло та черево у більшості особин без плям (більше 90що характерно як для самиць так і для самців. „Чистих” особин дещо більше ніж у озерної жаби і зустрічаються вони як серед самиць (0,03±0,02), так і серед самців (0,04±0,02). Особливо слід відмітити, що, на відміну від озерної жаби, збільшення особин зі смугою спостерігається у напрямку на Північний захід від 9,6% до 27,3%.
5.2.3. Особливості біології ставкової жаби. На підставі власних спостережень та аналізу сучасних літературних даних, відмічається, що ставкова жаба на території України розповсюджена у Поліссі, Лісостепу та у карпатському регіоні. Як правило, населяє слабопроточні, частіше покриті трав'янистою рослинністю лісові водойми. Особливо слід зазначити наявність ставкової жаби у степовій частині України, де вона відмічена в плавнях р. Дунай та Дніпро, чисельність її тут досить низька. Можна припустити, що факт наявності ставкової жаби у південних регіонах України, пояснюється специфікою генетичних процесів в комплексі зелених жаб або вірогідною пов`язаністю з лісовими комплексами, які були тут у минулому.
5.3. Їстівна жаба (Rana kl. esculenta Linne, 1758).
5.3.1. Особливості метричних ознак. За розмірами R. kl. esculenta дещо крупніша за ставкову, але менша у порівнянні з озерною жабою (див. довжину тіла у представників трьох таксонів). Довжина її тіла в середньому, дорівнює 63,9±0,441 мм (n=385). Максимальні розміри довжини тіла самців сягають 101 мм, самиць 102 мм. Довжина голови менша за довжину тіла у 2,6 – ,7 рази, стегна за гомілку у 0,8 – ,6 разів. Внутрішній п'ятковий горбик вищий ніж у озерної, та дещо менший у порівнянні зі ставковою жабами (C.h.=1,78±0,03). Він коротше першого пальця задньої кінцівки в 1,37 – ,00 рази, гомілки у 5,26 – ,65 разів.
Аналіз статевої мінливості R. kl. esculenta свідчить, що, як і у батьківських видів, самиці і самці достовірно відрізняються між собою відносними показниками розмірів передніх кінцівок, але кількість таких ознак дещо менша (L/L.h., T/L.h., L.h./D.pp., Sp.c/L.h., L.Sp.c/L.h.), ніж у представників вищеописаних таксонів. Відмітимо, що ті чи інші ознаки можуть бути більші або менші серед обох статей гібридогенного таксону.
Дані з географічної мінливості показали, що особини R. kl. esculenta Північно-Західної групи популяцій дещо більші за розмірами, у порівнянні з іншими популяціями. Кластерний аналіз дозволив виявити два угрупування, які достатньо віддалені одне від одного: Північно-Західне і Північно-Центральне та Західне і Південно-Західне.
5.3.2. Особливості мінливості рисунку та забарвлення. Якщо для обох статей озерної жаби характерний рисунок верхньої частини тіла з крупних, а для ставкової з дрібних темних плям, то у R. kl. esculenta у самців більшість особин з дрібними (45,1%), а у самиць з крупними темними плямами (36,9%). Відсоток особин R. kl. esculenta без будь-якого рисунку верхньої частини тіла у R. kl. esculenta дещо вищий (більше 7%) у порівнянні з батьківськими видами. Для обох статей R. kl. esculenta характерна навність дорсомедіальної смуги на верхній частині тіла (самці - 0,56±0,04, самиці – 0,83±0,04) Для цієї ознаки характерне майже рівномірне розподілення серед жаб на всій території України. Особини обох статей в межах регіону дослідження характеризуються, у більшості випадків, відсутністю плям на череві і горлі.
5.3.3. Особливості біології R. kl. еsculenta. Польові спостереження та аналіз літератури показали, що поширення R. kl. esculenta на території України пов`язане з мешканням батьківських видів і її ареал тісно співпадає з ареалом ставкової жаби. За нашими спостереженнями відмічена у плавнях Дунаю та Дніпра та у східній частині України р. Сів. Донець (Харківська обл.). Нами ще раз підтверджено, що їстівна жаба, маючи гібридогенне походження, поєднує екологічні особливості обох батьківських видів і екологічно дуже пластична. Населяє водойми, що характерні для обох батьківських видів - плавні, канали, водойми з відкритим, напіввідкритим та закритим водним дзеркалом.
Аналіз музейних колекцій та власних спостережень дозволив виявити популяційні системи зелених жаб на території України: L, R, Е, LE, RE і REL - типів. Також встановлені деякі нові популяційні системи, такі як LE, у якій R.kl.esculenta представлена самицями (Волинська обл.) та RE тип, де R.kl.esculenta представлена самцями (Харківська обл.).
5.4. Міжвидова мінливість зовнішніх морфологічних ознак та діагностика зелених жаб.
5.4.1. Міжвидова мінливість зовнішніх метричних ознак. Результати статистичного аналізу зовнішніх морфологічних ознак дозволили встановити, що R. kl. за розмірами передніх, задніх кінцівок та розмірами голови має середні значення у порівнянні з батьківськими видами (за виключенням довжини морди яка дещо довша саме у гібридогенного таксону).
Дискримінантний аналіз показав, що всі розміри задніх, передніх кінцівок та голови майже не перекриваються у батьківських видів, а у гібридогенного таксону вони завжди займають середнє положення, як в вибірках в межах всієї території України, так і окремо в кожній популяції (рис. 2, 3). У напрямку на схід таке перекриття значно зменшується. В Західній групі популяцій дані перекриваються більше, дещо менше у Північно-Центральній, та далі на схід найчіткіше формуються три угрупування, що відповідають кожному таксону зелених жаб (рис. 3).
Розрахунки надійності дискримінації показали, що за всіма виділеними ознаками ідентифікується близько 83,5зелених жаб всієї території України (на 95,5ідентифікується R. ridibunda, на 78,1 % - R. lessonae на 54,4 % - гібридогенна R. esculenta. (табл. 1). Значний внесок у діагностику вносять індекси задніх кінцівок, по відношенню до розмірів внутрішнього п`яткового горбика (D.p./C.int., T/C.int., C.int./C.h.), а також С.h., та Ix. Найбільша міра дискримінації характерна для Східної групи популяцій, де за всіма відібраними ознаками всі таксони зелених жаб визначаються на 100Така міра дещо менша у Північно-Центральній групі - 92,2та найменша у Західній – 79,4%.
Традиційно найбільш вагомими в діагностиці зелених жаб вважаються індекси задніх кінцівок (Терентьев, 1949; Таращук, 1959; Банников и др., 1977). Нами також були уточнені межі мінливості цих ознак (табл. 2). Відмітимо, що значення даних ознак у обох статей майже не відрізняються, t критерій показує, що ця незначна різниця між самицями і самцями не достовірна.
Особливо слід відмітити індекс відношення довжини до висоти внутрішнього п`яткового горбика. При цьому зазначимо, що в результаті здійсненого дослідження цей індекс у зелених жаб виявився найбільш діагностичним. На рисунку 4 показано, що розміри даних ознак чітко відокремлюють кожний з таксонів зелених жаб. При порівнянні середніх значень всіх досліджуваних ознак, виявилося, що саме розміри задніх кінцівок - D.p./C.int., T/C.int., C.int./C.h. і С.h., найбільш віддалені і чітко відокремлюються (рис. 5-стрілка).
Таблиця 1.
Надійність дискримінації за метричними ознаками зелених жаб (%).
Розміри | R. lessonae
(n=350) | R. esculenta
(n=385) | R. ridibunda
(n=1416) | Загалом
Задніх кінцівок | 78,6 | 50 | 95,8 | 82,3
Передніх кінцівок | 77,7 | 50,3 | 94,7 | 77,5
Голови | 76,7 | 49,2 | 95,3 | 75,3
D.p./C.int., T/C.int., C.int./C.h., С.h. | 76,1 | 48,2 | 94,8 | 82,1
Всі ознаки | 78,1 | 54,4 | 95,6 | 83,5
Таблиця 2.
Значення та межі мінливості діагностичних індексів зелених жаб з території України
Індекс | R. lessonae | R. kl. esculenta | R. ridibunda
+(n=97) | >(n=142) | +(n=151) | >(n=129) | +(n=544) | >(n=625)
Ix | M±m | 18,4±0,41 | 17,2±0,36 | 28,3±0,60 | 30,5±0,63 | 48,1±0,47 | 47,8±0,42
min-max | 10,6-27,3 | 10,3-28,7 | 18,8-47,3 | 18,4-47,4 | 28,3-89,0 | 27,6-88,4
t (Р>0,01) | 2,381 | 2,504 | 0,384
D.p./C.int | M±m | 1,8±0,02 | 1,6±0,02 | 2,1±0,02 | 2,2±0,02 | 2,6±0,02 | 2,7±0,02
min-max | 1,2-2,1 | 1,2-2,2 | 1,6-2,7 | 1,6-2,8 | 1,9-4,1 | 2,0-4,5
t (Р>0,01) | 1,567 | 2,445 | 0,229
T/
C.int | M±m | 6,5±0,06 | 6,3±0,06 | 7,8±0,07 | 7,8±0,11 | 9,9±0,05 | 9,9±0,05
min-max | 5,2-8,1 | 5,2-8,2 | 6,3-10,4 | 6,3-10,3 | 7,4-13,1 | 7,5-12,9
t (Р>0,01) | 1,983 | 0,768 | 0,327
Також були уточнені межі мінливості мультиплікативного індексу, як по всій території Україні так і в окремих її регіонах. В цілому, гібридогенна R. kl. еsculenta характеризується середніми значеннями цього індексу, найбільшими - озерна жаба, найменшими - ставкова (табл. 1). Однак межі його варіювання за нашими даними дещо більші у порівнянні з даними інших дослідників (табл. 3) та значно відрізняються по регіонам, демонструючи географічну мінливість даного показника.
Таблиця 3.
Межі мінливості мультиплікативного індексу зелених жаб.
Регіон | R. lessonae | R. esculenta | R.
min-max | min-max | min-max
Наші дані |
Україна | 10,40-28,71 | 18,5–47,4 | 27,62–89,34
Північно-Центральний | 11,15-28,71 | 18,7-46,7 | 29,42-83,46
Центральний | 16,66-24,82 | 23,1-44,0 | 32,41-80,43
Східний регіон | 12,26-21,55 | 18,5-44,1 | 28,21-81,47
Західний регіон | 10,94-27,36 | 18,7-45,7 | 28,08-65,11
Україна (Таращук, 1985) | 9–22 | 21,5–41,6 | 45 і більше
Середнє Придніпров`я (Некрасова, 2002) | 11–20 | 19–32 | 32–65
Закарпаття (Куртяк, 2004) | <20< | 20-30 | <31<
Харківська обл. (Ведмедеря, 1984) | <20 | 20<Ix<30 | >40
Росія, Удмуртія (Борисовский, 2000) | 12,76–19,34 | 21,25–30,10 | 32,00–71,60
5.4.2. Міжвидова мінливість забарвлення та рисунку тіла зелених жаб. Аналіз міжвидової мінливості рисунку і забарвлення зелених жаб, показали, що для більшості всіх трьох таксонів характерна наявність світлої дорсомедіальної смуги на спині, особливо для ставкової жаби (75та R. esculenta (68У озерної жаби майже порівну особин зі смугою (46та без неї (42Аналіз особливостей прояву ознаки “плямистість верхньої частини тіла” показав, що для озерної жаби, у більшості випадків характерні крупні темні плями (76для ставкової – дрібні та дрібні рідкі (4630– відповідно). У R. esculenta більше зустрічається, особин і з крупними (29і з дрібними темними плямами (38 %). Результати дослідження підтвердили, що значна більшість особин R. та R. kl.мають чисте, без плям горло та черево (83; 65– відповідно). Представники озерної жаби, згідно наших даних, у своїй більшості мають плямисте черево та горло (62але відмічена така кількість особин без плям значно більша аніж та, що описана в літературі (Некрасова, 2001; 2002).
РОЗДІЛ 6. КАРІОЛОГІЯ ЗЕЛЕНИХ ЖАБ УКРАЇНИ
Результат аналізу мітотичних пластинок зелених жаб показав, що хромосомні набори цих трьох таксонів включають 5 пар крупних та 8 пар дрібних хромосом. Також підтверджено, що у диплоїдному наборі число хромосом, рівне 26 (2n=26), число пліч 52 (N.F.=52). Кожний таксон має свої відмінні особливості щодо розмірів та форми хромосом.
6.1. Каріотип озерної жаби. Встановлена наступна формула каріотипу озерної жаби: 4 мета (m) + 7 субмета (sm) + 2 субтілоцентрика (st), 2n=26, N.F.=52 (рис. А). Особливістю каріотипу, є присутність на довгому плечі 9-ої пари хромосом (більше 80%) вторинної перетяжки. Загальна абсолютна довжина (мм) всіх хромосом у каріотипі R.іdіbunda становить 197,9±8,12.
6.2. Каріотип ставкової жаби. Формула хромосомного набору R.: 6 мета (m) субмета (sm)+2 субтілоцентрики-(st), 2n = 26, N.F.= 52 (рис. Б). На довгому плечі 9-ї пари хромосом також присутня вторинна перетяжка (більше 70%). Загальна абсолютна довжина всіх хромосом у каріотипі R. становить 167,7±6,28.
6.3. Каріотип гібридогенного таксону R. esculenta. Хромосомна формула гібридогенної R. esculenta – 5 мета-(m) субмета-(sm) субтілоцентрики-(st), 2n=26, N.F.=52 (рис. С). Особливий інтерес представляють вперше описані вторинні перетяжки на коротких плечах 3-ї пари хромосом R. esculenta. При цьому слід підкреслити, що така особливість характерна не для всіх жаб цього таксону з території України і вони зустрічаються приблизно на 20пластинок. На довгому плечі 9-ї пари хромосом також встановлена вторинна перетяжка (більше 80%). 12-а пара хромосом гетероморфна. Значення абсолютної довжини всіх хромосом у каріотипі R. esculenta 118,7±5,88.
Хромосомні набори зелених жаб України в цілому збігаються з описом каріотипів представників цих таксонів з інших частин ареалу, що дає підстави говорити про стабільність розмірних характеристик каріотипу в різних частинах ареалу.
Встановлено, що за типами крупних хромосом батьківські види та гібридогенний таксон не відрізняються. У групі дрібних хромосом відмічені деякі особливості. 1-а пара – метацентрик, 2-а, 3-я, 4-а – субметацентрики, 5-а, 6-а і 7-а пари метацентрики у всіх трьох таксонів. 8-а і 9-а – субтілоценрик у R. та R., субметацентрик у R.. esculenta. 10, 11-а - субметацетричного типу у озерної та ставкової жаб, у R.. esculenta 10-а субтілоцентрик, 11-а – метацентрик. 12-а і 13-а пари у озерної субметацентрики, у ставкової - метацентрики; у R.. esculenta 12-а пара гетероморфна (M-SM, рідше SM-ST), а 13-а субметацентричного типу. Гетероморфність деяких хромосомних пар описана для зелених жаб з території Німеччини, Австрії, Китаю, Чехії та колишньої Югославії.
Літературні дані про локалізацію вторинних перетяжок у зелених жаб в групі дрібних хромосом розрізняються. Деякі дослідники вказують їх на 10-й парі хромосом (Gunther, 1970; Koref-Santіbanez, 1979), інші на 9-й (Бирштейн, 1981; Александровская, 1976) і на 11-й (Иванов, Мадянов, 1973). Нами така перетяжка виявлена на довгому плечі 9-ї пари хромосом.
Деякі пари хромосом R. kl. еsculenta на відміну від R.іdіbunda і R. проміжні за розмірами та також мають як найменше, так і найбільше значення. При порівнянні усіх параметрів хромосом за допомогою дискримінантного аналізу чітко виділені три угрупування, кожен з яких відповідає окремо кожному таксону (рис. ). Як видно з рисунку, гібридогенному таксону властива більша мінливість морфометричних показників каріотипу, що може говорити про нестабільність тих чи інших процесів на генетичному рівні.
6.4. Мейотичні хромосоми зелених жаб. За результатами аналізу мейотичних хромосом зелених жаб України встановлено, що вони з`єднані на стадії діакінезу в 13 бівалентів. У відповідності до мітотичних хромосом виділено дві групи - 5 крупних та 8 дрібних бівалентів. У всіх трьох таксонів біваленти частіше за все кільцевидного типу (рис. 8). Найбільше таких бівалентів у R.а (дещо перевищує 95%), трохи менше у R.(дещо перевищує 90%) і R. kl. еsculenta (дещо перевищує 80%). Також відмітимо, що у R.а такий тип в основному характерний і для крупних, і для дрібних бівалентів. Крупні біваленти R. також в більшості кільцевидного типу. На відміну від батьківських видів, біваленти R. kl., більш різноманітні. При цьому різні типи бівалентів характерні як для крупних, так і для дрібних мейотичних хромосом. Відмітимо, що у R. і R.а різні типи бівалентів зустрічаються на різних мейотичних пластинках, у той час як у R. kl. такі біваленти можуть бути на одній пластинці, тобто кожна мейотична пластинка гібридогенного таксону може містити різні типи бівалентів. Середнє значення частоти хіазм властиве для R. esculenta.
6.5. Поліплоїдні клітини R. esculenta. При дослідженні хромосом зелених жаб була виявлена поліплоїдизація окремих ядер R. esculenta. Поліплоїдні зелені жаби, на основі аналізу загального обсягу ДНК, нещодавно були описані з території східної України (Borkin, et., al., 2004). Наші результати щодо поліплоїдії стосуються також даного регіону (Харківська обл.). Отже, у мітотичних клітинах R. esculenta спостерігається наявність поліплоїдних, анеуплоїдних та нормальних диплоїдних клітин. Відсоток поліплоїдних клітин на окремому препаратному склі інколи коливається в межах 30-60При чому, серед досліджених ядер поряд з нормальним диплоїдним набором хромосом спостерігається змішана поліплоїдизація (2n, 4n, 6n) (рис. 9). Слід зазначити, що такі аберації, в основному, спостерігаються на мікропрепаратах сім`яників. У мейозі, на стадії діакінезу також зустрічались пластинки з поліплоїдним хромосомним набором. За нашими даними, попередньо можна припустити, що для гібридогенного таксону, характерна тенденція до змішаної поліплоїдизації хромосомних наборів окремих клітин.
Висновки
1. Найвищий рівень скорельованості характерний для 11 зовнішньоморфологічних ознак (довжина тіла, довжина стегна, довжина гомілки, довжина стопи, довжина додаткової гомілки, довжина кисті, довжина першого пальця передньої кінцівки, довжина передньої кінцівки, довжина голови, ширина голови, довжина
