Генетический полиморфизм и экологическая пластичность как основа эволюционного благосостояния и прогрессивного расселения озерных лягушек комплекса Pelophylax ridibundus в Казахстане. Научный руководитель: Дуйсебаева Т.Н.

Сроки проекта: 2020 – 2022 гг.

Актуальность:

Озёрные лягушки – хорошо известные крикливые и очень активные амфибии, которые прежде принимались за один вид – Rana ridibunda. Впервые их описал великий российский исследователь Петр Симон Паллас ещё в 1771 г.  Основной ареал озёрных лягушек охватывает огромную территорию от Северной Африки и Европы до Западной и Центральной Азии и включает несколько ландшафтных зон – от лесов умеренного пояса до южных пустынь. Эти амфибии обладают удивительными адаптационными способностями, населяя не только естественные, но и серьезно изменённые человеком водоёмы, обладают хищническими повадками (крупная особь может спокойно проглотить даже мелкую воробьиную птицу) и выраженной наклонностью к экспансии. В последние несколько десятилетий благодаря молекулярно-генетическим исследованиям удалось выяснить, что озёрные лягушки – это не один вид, а целый комплекс генетических форм и эволюционных линий с неясным таксономическим статусом (комплекс Pelophylax ridibundus). Их ареал неуклонно расширяется и, например, в некоторых странах Европы одна из форм – анатолийская «bedriagae» стала настоящим бедствием. Изучение комплекса P. ridibundus проводится в настоящее время очень активно для европейской части ареала и уже удалось немного открыть завесу тайны экологической пластичности этих амфибий. Восточная же часть ареала, 2/3 которой приходится на Казахстан, остаётся для исследователей «непаханым полем», тогда как сама амфибия продолжает здесь расселяться, успешно осваивая всё новые территории. Известны достоверные факты конкуренции озёрных лягушек с аборигенными видами амфибий.; предполагают, что они создают и определённые трудности при разведении рыб в рыбоводных хозяйствах.

Цель проекта – выяснить причины успешной экспансии озерных лягушек (комплекс Pelophylax ridibundus) в Казахстане и оценить риск ее негативного воздействия на аборигенную фауну амфибий и рыбоводные хозяйства.

Задачи проекта

1. Провести мониторинг современного распространения озерной лягушки и определить границы ареала комплекса в Казахстане по совокупности наземных данных и результатам ГИС-моделирования; выявить районы и направления наиболее активной экспансии;

2. Определить генетическое разнообразие комплекса P.ridibundus по данным анализа митохондриальной и ядерной ДНК с уточнением природы составляющих его форм (аборигенные или инвазивные) и определением их таксономического статуса;

3. Оценить экологическое разнообразие комплекса P. ridibundus и выявить ключевые экологические факторы, определяющие эволюционное благосостояние и успех экспансии аборигенных и/или инвазивных форм озерной лягушки;

4. Установить роль целенаправленных и случайных интродукций в формировании современной генетической и таксономической структуры комплекса P.ridibundus в Казахстане;

5. Дать прогноз экспансии разных форм комплекса P. ridibundus с учетом климатического тренда и человеческого фактора и оценить ее последствия и/или потенциальную опасность для аборигенной фауны амфибий и региональных хозяйств по рыборазведению, существующих или планируемых к созданию в районах риска;

6. Разработать рекомендации и мероприятия по предотвращению риска экспансии инвазивных форм P. ridibundus для аборигенной фауны амфибий и региональных рыбоводных хозяйств.

Ожидаемые результаты

Получить карту современного распространения озёрных лягушек, оценить динамику их расселения за последние десятилетия и дать прогноз расселения на следующие десятилетия, в том числе, с учётом климатических изменений. Определить генетический состав комплекса с уточнением нативных (аборигенных) и инвазивных форм. Сравнить экологические преференции разных генетических форм как по наблюдениям в природе, так и путем ГИС-моделирования их экологических ниш. Выяснить пути интродукции озёрных лягушек в Казахстане (зарыбление водоёмов, поставка лягушек в качестве лабораторных животных, пр.). Отметить особо важные районы контакта с аборигенной батрахофауной и рыбными хозяйствами, где расселяющиеся лягушки могут сыграть роль опасных конкурентов. Разработать рекомендации и составить перечень мероприятий по предотвращению риска экспансии инвазивных форм P. ridibundus для аборигенной фауны амфибий и региональных рыбоводных хозяйств.

Промежуточные результаты

На сегодняшний день завершено обобщение и сверка литературных, музейных и архивных сведений по распространению озёрных лягушек комплекса P. ridibundus в Казахстане, а также получены новые данные в ходе выполнения полевых работ 2021 г. На основе собранного материала составлена база данных по всем известным на сегодня пунктам находок лягушек за период с конца XX столетия по настоящее время. База данных оформлена в таблицах Excel с дифференциацией на хронологические блоки по поступлению материала. Всего суммировано 477 пунктов, в том числе, известных до 2005 г. – 241; зарегистрированных за 2006–2020 гг. – 163 и за 2021 г. – 73. На основе составленных Excel таблиц начата работа над кадастровой картой распространения лягушек комплекса P. ridibundus в Казахстане. По собранному материалу построена демонстрационная карта встреч озёрных лягушек в Казахстане с учётом хронологии поступления материала. На карте для оценки успеха поисковых работ в 2021 г. приведены все обследованные пункты: где были найдены и где отсутствовали лягушки.

Для ГИС-моделирования ареала комплекса Pridibundus подготовлены атрибутивные таблицы, включившие 16188 пунктов, отобранных по всем известным пунктам находок озёрных лягушек комплекса в Палеарктике (в том числе, данных из портала GBIF – 15502, из литературы – 314, по данным настоящего проекта – 372). Начата работа по моделированию ареала комплекса в программе ArcGIS.

Для молекулярно-генетического исследования подготовлены пробы тканей лягушек из фондов коллекций ИЗ РК и ПГУ и полевых сборов 2021 г. (всего 177 проб из 77 пунктов), охватывающих практически все географические регионы Казахстана. С помощью мультипраймерных ПЦР-систем для определения видоспецифичного типа мт- и яДНК проведено скрининговое молекулярно-генетическое типирование 64 проб из 33 пунктов Казахстана и одного пункта Кыргызстана (из них по ядерному гену – 13 проб из 10 локалитетов). За исключением нескольких проб с крайнего запада Казахстана весь остальной материал по комплексу P. ridibundus типирован впервые. По результатам скрининга, в Казахстане обитают три формы комплекса: инвазивная анатолийская форма «bedriagae» и две нативных формы – «Балхаш» и «Сырдария». Согласно первым данным секвенирования митохондриального маркера, различие нуклеотидного состава гена ND2 мтДНК между P. cf. bedriagae и формами «Балхаш» и «Сырдария» составляет 4,9 % и соответствует видовому уровню генетической дифференциации у амфибий. Секвенирование ядерного маркера (ген SA1 яДНК) подтвердило генетическое сходство форм «Балхаш» и «Сырдария» (дистанция около 0,5 %) и их значительную дифференциацию от P. cf. bedriagae (5,1%). 

Для анализа роли преднамеренных и случайных интродукций в расселении озёрных лягушек в Казахстане проведено анкетирование восьми рыбных хозяйств, полевое обследование двух из них, подготовлена база по зарыблению водоёмов Казахстана.

По результатам НИР в 2021 г. опубликована статья в журнале «Russian Journal of Ecosystem Ecology» (РИНЦ, ВАК РФ) – https://doi.org/10.21685/2500-0578-2020-3-3

Члены исследовательской группы:

  1. Ведущий научный сотрудник Института зоологии МОН РК, канд. биол. наук Т. Н. Дуйсебаева. ORCID ID: 0000-0002-0127-3604, Scopus Author ID: 22634360000, Web of Science Researcher ID: T–7776-2019
  2. Старший научный сотрудник Пензенского государственного университета (Российская Федерация), канд. биол. наук А. Ю. Иванов, ORCID ID: 0000-0001-9792-2201, Scopus Author ID: 57209348150
  3. Научный сотрудник Института зоологии МОН РК, магистр И. Арифулова, ORCID ID: 0000-0002-5303-5640, Scopus Author ID: 18435997000, Web of Science Researcher ID: Q-1484-2017
  4. Младший научный сотрудник Института зоологии МОН РК, магистр Д. Уалиева, ORCID ID: 0000-0002-0271-5523, Daniya Ualiyeva – Google Scholar
  5. Младший научный сотрудник Института зоологии МОН РК, магистр А. Каптенкина, ORCID ID: 0000-0003-1492-8056 
Администратор