Введение

Явление естественной гибридизации и, в частности, гибридные зоны сравнительно широко распространены среди растений и животных. Их влияние на генетическую изменчивость и видообразование явно недооценивается. Среди птиц от трети до половины видов соединены гибридными зонами (Hewitt, 1989). Использование хромосомных, аллозимных и молекулярных маркеров позволяет выявлять все больше гибридогенных видов среди животных. Гибридизация не только повышает генетическую изменчивость, но и производит новые эволюционные линии, что при некоторых условиях может привести к гибридогенному видообразованию. Поэтому исследование гибридных зон важно не только для познания этого феномена, но и в плане прогнозирования их дальнейшей эволюционной судьбы.
Серые и черные вороны (Corvus cornix, C. corone) образуют в Европе и Западной Сибири узкие стабильные гибридные зоны, возникшие, предположительно, после ледникового периода. Популяции гибридных зон чрезвычайно изменчивы фенотипически, но насколько эта изменчивость согласована с генетической — оставалось неизученным. Отдельные формы надвида Mus musculus (домовая мышь) пришли в контакт после появления земледелия и их синантропизации, в результате чего возникли гибридные зоны в Западной Европе, Закавказье, Японии и на российском Дальнем Востоке.

Материалы и методы

Изучены кариотипы 7 серых ворон, 6 черных ворон и 9 естественных гибридов, взятых из зоны перекрывания и гибридизации в Западной Сибири (Кемеровская обл.). Образцы крови для электрофореза получены из следующих популяций: 1) смешанная популяция из зоны перекрывания и гибридизации, окрестность пос. Тисуль Кемеровской области, 34 образца; 2) популяция фенотипически чистых серых ворон из окрестностей г. Новосибирска, 62 птицы; 3) популяция фенотипически чистых черных ворон из пригорода г. Красноярска, 76 особей; 4) популяция фенотипически чистых черных ворон из села Черга Алтайского края, 24 образца. Белки разделяли в полиакриламидном геле. Проанализированы 5 белков сыворотки крови: Alb, pAlb-1, Tf, pTf-1 и Est-1 с использованием общепринятых методик.

Исследовано домовых мышей: 144 животных из 21 выборки Приморского края, 65 мышей из 10 выборок из Приамурья и 34 мыши из 5 точек о. Сахалина.

Хромосомные препараты приготовлялись по стандартным методикам, использовано С- и Q-Н-дифференциальное окрашивание. При аллозимном анализе рассматривались следующие полиморфные системы: Hbb, Aat-1, Sod-1 и Idh-1.

Результаты

Кариотипы обоих видов ворон оказались идентичными, 2n=80. Однако у двух гибридных самцов обнаружен гетероморфизм 2-й пары хромосом, в обычном состоянии субтелоцентрической. Один гомолог имеет субтелоцентрическую морфологию, другой — акроцентрическую. Причем эти самцы мозаичны, и доля гетероморфных клеток составила у них 27 и 22%. У ворон выявлены полиморфные белковые системы. Посттрансферрин 1 (Ptf-1) — высокополиморфный белок, — проанализирован только для смешанной популяции, в которой выявлено всего 6 фенов Ptf-1, причем 4 из них встречаются как у чистых, так и у гибридных особей, тогда как два — только у гибридных. Особи с промежуточной окраской оперения, т.е. несомненные гибриды, обладали дополнительным вариантом альбумина (Alb-98/100) и 2 новыми вариантами эстеразы 1 (Est-100/104 и Est-96/100). Однако тот же аллель Alb-98 был обнаружен и в популяции серых ворон Новосибирска. Кроме того, эта популяция обладает и третьим, более быстрым, аллелем Alb-102, нигде больше не зафиксированным. В обоих случаях редкие варианты несли по 1 особи из 62 проанализированных. Некоторые варианты эстеразы 1 (а именно Est-96/100 и Est-100/104) выявлены не только у гибридных особей, но и в соседних «чистых» популяциях. Кроме того, при анализе красноярской популяции фенотипически чистых черных ворон был зафиксирован новый вариант постальбумина 1 — pAlb-N/S, не встреченный в других популяциях. Однако, несмотря на различные частоты генотипических вариантов и присутствие редких аллелей, при сравнении популяций на гетерогенность по частотам аллелей значения критерия Пирсона показали отсутствие дифференциации между всеми популяциями по исследованным полиморфным белкам.

В кариологическом анализе домовых мышей использованы характеристики: количество и распределение гетерохроматина (гх); набор маркерных хромосом со сверхкрупными С-блоками; характер С-сегментации Х-хромосомы: С+ domesticus— и castaneus-, С- musculus-тип окрашивания. По количеству и распределению гх в кариотипе мы разделили мышей на 4 кариоморфы: В — высокое содержание гх; СР — среднее содержание, равномерное распределение гх; СН — среднее содержание, неравномерное распределение гх; Н — низкое содержание гх. В Приморье обнаружены все 4 кариоморфы, Х-хромосомы С+ и С- и маркерные хромосомы. Для большей части Приморья фоновой является кариоморфа Н, С-, маркерные хромосомы чаще отсутствуют. Но на западе края, на границе с Китаем и Кореей, часто встречаются кариоморфы В и СР и иногда даже доминируют над кариоморфой Н, а маркерные хромосомы 5, 10, 12, 14, 15, 17-19 присутствуют в разных сочетаниях во всех выборках. Особого внимания заслуживают маркеры 17 и 18, встреченные не только на западе Приморья, но изредка и на остальной его территории. Эти маркеры служат «визитной карточкой» подвида M. m. gansuensis Центральной Азии, который внес свою лепту в формирование и приморской фауны. В целом полагаем, что в формировании приморской гибридной зоны участвовало до пяти таксонов надвида M. musculus (Якименко и др., 2000). Приморские популяции домовых мышей характеризуются большим разнообразием аллелей. В отличие от картины кариотипической изменчивости, определить фоновые биохимические варианты невозможно. Здесь обнаружены сочетания аллелей, типичные для биохимических форм musculus, castaneus и даже domesticus (Frisman et al., 1990). В Среднем Приамурье, как и на большей части Приморья, доминирует кариоморфа Н, С-. Кариотипически эти мыши близки приморским, и мы полагаем, что их можно рассматривать в составе приморской зоны гибридизации. Мыши остальной части Приамурья кариотипически крайне гетерогенны. Назвать доминирующую кариоморфу невозможно: все 4 встречаются примерно в равных соотношениях. Частота С+ высокая, что, как и присутствие кариоморфы В, указывает на возможные следы castaneus или domesticus. Это подтверждается и данными Yonekawa et al. (1980), обнаружившими здесь castaneus-тип мтДНК. Мыши каждой выборки Приамурья имеют маркерные хромосомы (2, 5-7, 9-13, 15, 19), причем нередко — в весьма большом числе. В Приамурье не обнаружены мыши с маркерами 17, 18, т.е. M. m. gansuensis не проник в Приамурье, хотя связь Нижнего Приамурья с Северным Китаем существовала по Амуру еще с 18 века. Кариотип сахалинских мышей исследован только с применением С-окрашивания. Поэтому мы можем говорить о присутствии и приблизительно равном соотношении здесь всех 4 кариоморф, о высокой частоте С+, о повсеместности и большом количестве маркерных хромосом 1, 2, 3, 5 и 19 (Korobitsyna et al., 1997), но с уверенностью можем идентифицировать только маркеры 1, 2, 19. Тем не менее, картина крайней кариотипической гетерогенности сахалинских мышей ясна и очень сходна с таковой у приамурских. Картины аллозимной изменчивости мышей в Приамурье и на Сахалине также сходны и характеризуются обедненным составом аллелей в сочетаниях, типичных для биохимической формы musculus. Заметим, что биохимическая мономорфность не согласуется с картиной крайней кариотипической гетерогенности домовых мышей Приамурья и Сахалина.

Обсуждение

Большинство исследованных гибридных зон животных отличается не только повышенной изменчивостью, но и появлением новых аллелей, названных «гибризимами» (Barton, Hewitt, 1985; Woodruff, 1989). Часто изменчивость по разным системам признаков скоррелирована. Однако есть и противоположные примеры, когда митохондриальные и ядерные маркеры распределяются независимо. Гибридные популяции ворон отличаются уникальной фенотипической изменчивостью (Крюков, Блинов, 1989). В них же отмечен полиморфизм хромосом и некоторые новые аллели, однако по остальным генетическим показателям они идентичны с родительскими, или же количественные различия недостоверны, что может свидетельствовать о близком родстве серой и черной ворон. Для домовых мышей налицо повышение кариотипической изменчивости, часто не скоррелированное с аллозимной. На примере этих грызунов видно, что особенностью гибридных зон, формируемых животными с ярко выраженной синантропностью, является возможность участия большого числа таксонов.

Для всех исследованных нами гибридных зон предполагается вторичный характер контактов после становления в аллопатрии, причем антропогенный фактор мог сыграть свою роль в возникновении контакта не только для мышей, но и для ворон. В целом, гибридные зоны и ворон, и домовых мышей соответствуют представлению о мозаичных гибридных зонах (Harrison, Rand, 1989). Их дальнейшая эволюционная судьба представляется различной. Если для ворон ожидается сохранение стабилизированной узкой гибридной зоны из-за положительной ассортативности скрещиваний и филопатрии, то для мышей возможно дальнейшее слияние исходных форм с формированием в каждом населенном пункте своеобразной гибридогенной популяции.

Литература

1. Крюков А.П., Блинов В.Н. Взаимодействие серой и черной ворон (Corvus cornix L., C.corone L.) в зоне симпатрии и гибридизации: есть ли отбор против гибридов? // Журн. общ. биологии. 1989. T. 50,
   № 1. C. 128-135.
2. Якименко Л.В., Коробицына К.В., Фрисман Л.В. и др. Генетические исследования домовых мышей в гибридной зоне Приморского края // Генетика. 2000. T. 36, № 1. С. 77-86.
3. Barton N.M., Hewitt G.M. Analysis of hybrid zones // Ann. Rev. Ecol. Syst. 1985. V. 16. P. 113-148.
4. Frisman L.V., Korobitsyna K.V., Yakimenko L.V. Genetic differentiation of USSR house mice: electrophoretic study of proteins // Biol. J. Linnean Soc. 1990. V. 41. P. 65-72.
5. Harrison R.G., Rand D.M. Mosaic hybrid zones and the nature of species boundaries // Speciation and its consequences / D.Otte, J.A. Endler (Eds.). New-York, Sinauer Press: 1989. Р. 111-133.
6. Hewitt G.M. The subdivision of species by hybrid zones // Ibid. 1989. Р. 85-110.
7. Korobitsyna K.V., Yakimenko L.V., Frisman L.V., Moriwaki K. House mice of Russian Far East: subspecies diagnostics and karyological data // Abstr. Annual Meet. of Jpn. Mammal. Soc. 1997. Sapporo. 149.
8. Woodruff D.F. Genetic anomalies associated with Cerion hybrid zones: the origin and maintenance of new electromorphic variants called hybrizymes //
   J. Linn. Soc. 1989. V. 36, № 3. P. 281-294.
9. Yonekawa H., Takahama S., Tsuda K. et al. Genetic diversity and geographical distribution of Mus musculus subspecies inhabiting the Far East Asia // Abstr. Intern. Symp. «Modern achievements in population, evolutionary and ecological genetics». Vladivostok, 1998. Р. 22-23.

А.П.Крюков, К.В.Коробицына, Л.В.Якименко, Л.В.Фрисман, Г.В.Рослик, О.В.Уфыркина, Биолого-почвенный институт, Дальневосточное отделение РАН, Владивосток

К.Мориваки, Университет передовых исследований, Япония

Х.Ионекава, Столичный институт медицинских наук, Токио, Япония