Морфогенетические эффекты длительной селекции линий американской норки (Neogale vison Schreber, 1777) по признакам оборонительного поведения: внутри- и межвидовые аспекты

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Со времен Чарльза Дарвина изучение механизмов доместикации животных как модели быстрых эволюционных преобразований имеет общебиологическое значение. Методы геометрической морфометрии (ГМ) позволяют оценить морфогенетические изменения, происходящие при доместикации. На примере экспериментальных линий американской норки Neogale vison, селектированных на агрессивное и ручное поведение, с помощью методов ГМ между ними установлены существенные различия по центроидным размерам и форме нижней челюсти. В качестве контролей использовали клеточных неселектированных и диких норок канадской популяции. Селекция привела к увеличению центроидных размеров мандибул у агрессивных и их уменьшению у ручных норок. Наибольшие различия по форме мандибул с учетом зубного ряда проявились между линиями агрессивных и ручных норок, а половые различия выражены в меньшей мере. Дестабилизация развития мандибул, косвенно оцененная по величине объема внутригруппового морфопространства (Vm) вдоль первых трех канонических осей, оказалась наиболее выражена у самцов и самок линии ручных норок, что прямо согласуется с теорией дестабилизирующего отбора Д. К. Беляева. Наименьшие значения Vm у обоих полов линии агрессивных норок также отражают ограничение нормального развития. Таким образом, после 16–17 поколений селекции норок на агрессивное и ручное поведение обнаружены морфогенетические эффекты, выраженные в дивергенции формы их нижней челюсти, сопровождающиеся дестабилизацией развития и отражающие высокую скорость экспериментальной доместикации (по Д. К. Беляеву). Дифференциация линий агрессивных и ручных американских норок по форме мандибул превышает уровень половых различий и сопоставима со степенью морфологического расхождения между клеточными и дикими канадскими особями вида. Она сопровождается морфологическим хиатусом и формально близка к подвидовому рангу внутривидовых морфологических различий (речь не идет о “рукотворных” подвидах) по сравнению с морфологической дивергенцией американской норки от другого вида – колонка Mustela sibirica. Морфогенетические эффекты селекции американской норки по оборонительной реакции на человека демонстрируют высокий адаптационный и эволюционный потенциалы этого инвазивного вида.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Г. Васильев

Институт экологии растений и животных УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vag@ipae.uran.ru
Россия, ул. 8 Марта, 202, Екатеринбург, 620144

М. В. Чибиряк

Институт экологии растений и животных УрО РАН

Email: vag@ipae.uran.ru
Россия, ул. 8 Марта, 202, Екатеринбург, 620144

М. А. Некрасова

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики СО РАН

Email: vag@ipae.uran.ru
Россия, пр. акад. Лаврентьева, 10, Новосибирск, 630090

М. А. Степанова

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики СО РАН; Новосибирский государственный аграрный университет

Email: vag@ipae.uran.ru
Россия, пр. акад. Лаврентьева, 10, Новосибирск, 630090; ул. Добролюбова, 160, Новосибирск, 630039

О. В. Трапезов

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики СО РАН; Новосибирский государственный университет

Email: trapezov@bionet.nsc.ru
Россия, пр. акад. Лаврентьева, 10, Новосибирск, 630090; ул. Пирогова, 1, Новосибирск, 630090 Россия

Список литературы

  1. Беляев Д.К., 1972. Генетические аспекты доместикации животных // Проблемы доместикации животных и растений. М.: Наука. С. 39–45.
  2. Беляев Д.К., Трут Л.Н., 1989. Конвергентный характер формообразования и концепция дестабилизирующего отбора // Вавиловское наследие в современной биологии. М.: Наука. С. 155–169.
  3. Васильев А.Г., 2005. Эпигенетические основы фенетики: на пути к популяционной мерономии. Екатеринбург: Академкнига. 640 с.
  4. Данилов П.И., Туманов И.Л., 1976. Куньи Се-веро-Запада СССР. Л.: Наука. 256 с.
  5. Дгебуадзе Ю.Ю., 2014. Чужеродные виды в Голарктике: некоторые результаты и перспективы исследований // Росс. журн. биол. инвазий. № 1. С. 2–8.
  6. Кораблев М.П., Кораблев Н.П., Кораблев П.Н., 2013. Популяционные аспекты полового диморфизма в гильдии куньих Mustelidae, на примере четырех видов: Mustela lutreola, Neovison vison, Mustela putorius, Martes martes // Изв. РАН. Сер. биол. № 1. С. 70–78.
  7. Кораблев Н.П., Кораблев П.Н., Кораблев М.П., 2018. Микроэволюционные процессы в популяциях транслоцированных видов: евроазиатский бобр, енотовидная собака, американская норка. М.: Т-во науч. изд. КМК. 452 с.
  8. Майр Э., 1971. Принципы зоологической систематики. М.: Мир. 454 с.
  9. Павлинов И.Я., Микешина Н.Г., 2002. Принципы и методы геометрической морфометрии // Журн. общ. биологии. Т. 63. № 6. С. 473–493.
  10. Россолимо О.Л., Павлинов И.Я., 1974. Половые различия в развитии, размерах и пропорциях черепа лесной куницы Martes martes (Mammalia, Mustelidae) // Бюл. МОИП. Отд. биол. Т. 79. № 6. С. 23–35.
  11. Трапезов О.В., 1987. Селекционное преобразование оборонительной реакции на человека у американской норки // Генетика. Т. 23. № 6. С. 1120–1127.
  12. Трапезов О.В., 2012. Новые окрасочные мутации у американской норки (Mustelavison), наблюдаемые в процессе ее экспериментальной доместикации. Автореф. дис. … док. биол. наук. Новосибирск: ИЦиГ СО РАН. 34 с.
  13. Трут Л.Н., 1981. Генетика и феногенетика доместикационного поведения // Вопросы общей генетики / Под ред. Алтухова Ю.П. М.: Наука. С. 323–332.
  14. Трут Л.Н., Дзержинский Ф.Я., Никольский В.С., 1991. Компонентный анализ краниологических признаков серебристо-черных лисиц (Vulpes fulvus Desm.) и их изменений, возникающих при доместикации // Генетика. Т. 27. № 8. С. 1440–1449.
  15. Трут Л.Н., Харламова А.В., Пилипенко А.С., Гербек Ю.Э., 2021. Эксперимент по доместикации лисиц и эволюция собак с позиции современных молекулярно-генетических и археологических данных // Генетика. Т. 57. № 7. С. 767–785. https://doi.org/10.31857/S0016675821070146
  16. Харламова А.В., Фалеев В.И., Трапезов О.В., 2000. Влияние селекции по поведению на краниологические признаки американской норки (Mustela vison) // Генетика. Т. 36. № 6. С. 823–828.
  17. Abramov A.V., Tumanov I.L., 2003. Sexual dimorphism in the skull of the European mink Mustela lutreola from NW part of Russia // Acta Theriol. V. 48. P. 239–246.
  18. Badyaev A.V., 2014. Epigenetic resolution of the ‘curse of complexity’ in adaptive evolution of complex traits // J. Physiol. V. 592. № 11. P. 2251–2260.
  19. Belyaev D.K., 1979. Destabilizing selection as a factor in domestication // J. Hered. V. 70. № 5. P. 301–308.
  20. Blonder B., 2018. Hypervolume concepts in niche- and trait-based ecology // Ecography. V. 41. P. 1441–1455.
  21. Blonder B., 2019. Hypervolume. R package version 1.0.1. https://cran.r-project.org/package=hypervolume
  22. Bošković A., Rando O.J., 2018. Transgenerational epigenetic inheritance // Ann. Rev. Genet. V. 52. P. 21–41.
  23. Burggren W., 2016. Epigenetic inheritance and its role in evolutionary biology: Re-evaluation and new perspectives // Biology. V. 5. № 24. P. 2–22.
  24. Cohen J., 1992. A power primer // Psychol. Bull. V. 112. № 1. P. 155–159.
  25. Darwin C., 1868. Variation of Plants and Animals under Domestication. L.: J. Murray. 486 p.
  26. Donelan S.C., Hellmann J.K., Bell A.M., et al., 2020. Transgenerational plasticity in human-altered environments // Trends Ecol. Evol. V. 35. № 2. P. 115–124.
  27. Drake A.G., Klingenberg C.P., 2010. Large-scale diversification of skull shape in domestic dogs: disparity and modularity // Am. Nat. V. 175. № 3. P. 289–301.
  28. Efron B., Tibshirani R., 1986. Bootstrap methods for standard errors. Confidence intervals and other measures of statistical accuracy // Stat. Sci. V. 1. P. 54–77.
  29. Gálvez-López E., Cox P.G., 2022. Mandible shape variation and feeding biomechanics in minks // Sci. Rep. V. 12. № 4997. P. 1–11. https://doi.org/10.1038/s41598-022-08754-4
  30. Gálvez-López E., Kilbourne B., Cox P.G., 2022. Cranial shape variation in mink: Separating two highly similar species // J. Anat. V. 240. № 2. P. 210–225. https://doi.org/10.1111/joa.13554
  31. Hammer Q., Harper D.A.T., Ryan P.D., 2001. PAST: Paleontological Statistics software package for education and data analysis // Palaeontol. Electron. V. 4. № 1. P. 1–9.
  32. Jablonka E., Raz G., 2009. Transgenerational epigenetic inheritance: Prevalence, mechanisms, and implications for the study of heredity and evolution // Qvart. Rev. Biol. V. 84. P. 131–176.
  33. Jensen P., 2013. Transgenerational epigenetic effects on animal behaviour // Prog. Biophys. Mol. Biol. V. 113. P. 447–454.
  34. Kaiser S., Hennessy M.B., Sachser N., 2015. Domestication affects the structure, development and stability of biobehavioural profiles // Front. Zool. V. 12. Suppl. 1. Art. S19. http://www.frontiersinzoology.com/content/12/S1/S19
  35. Klingenberg CP., 2011. MorphoJ: An integrated software package for geometric morphometrics // Mol. Ecol. Resour. V. 11. P. 353–357. https://doi.org/10.1111/j.1755-0998.2010.02924.x
  36. Kukekova A.V., Johnson J.L., Xiang X., et al., 2018. Red fox genome assembly identifies genomic regions associated with tame and aggressive behaviours // Nat. Ecol. Evol. V. 2. P. 1479–1491. https://doi.org/10.1038/s41559-018-0611-6
  37. Lord K.A., Larson G., Coppinger R.P., Karlsson E.K., 2020. The history of farm foxes undermines the animal domestication syndrome // Trends Ecol. Evol. V. 35. № 2. P. 125–135. https://doi.org/10.1016/j.tree.2019.10.011
  38. Loy A., Spinosi O., Cardini R., 2004. Cranial morphology of Martes foina and M. martes (Mammalia, Carnivora, Mustelidae): The role of size and shape in sexual dimorphism and interspecific differentiation // Italian J. Zool. V. 71. P. 27–35.
  39. Lynch J.M., Hayden T.J., 1995. Genetic influences on cranial form: variation among ranch and feral American mink Mustela vison (Mammalia: Mustelidae) // Biol. J. Linn. Soc. V. 55. P. 293–307.
  40. Maran T., Kruuk H., MacDonald D.W., et al., 1998. Diet of two species of mink in Estonia: Displacement of Mustela lutreola by M. vison // J. Zool. V. 245. P. 218–222.
  41. Palmer A.R., 1994. Fluctuating asymmetry analyses: A primer // Developmental Instability: Its Origins and Implications / Ed. Markow T.A. Dordrecht: Kluwer. P. 335–364.
  42. Põdra M., Gómez A., Palazón S., 2013. Do American mink kill European mink? Cautionary message for future recovery efforts // Eur. J. Wildlife Res. V. 59. P. 431–440.
  43. Rohlf F.J., 2017a. TpsUtil, file utility program, version 1.74. Department of Ecology and Evolution, State Univ. of New York at Stony Brook (program).
  44. Rohlf F.J., 2017b. TpsDig2, digitize landmarks and outlines, version 2.30. Department of Ecology and Evolution, State Univ. of New York at Stony Brook (program).
  45. Rohlf F.J., Slice D., 1990. Extensions of the Procrustes method for the optimal superimposition of landmarks // Syst. Biol. V. 39. № 1. P. 40–59.
  46. Sheets H.D., Zelditch M.L., 2013. Studying ontogenetic trajectories using resampling methods and landmark data // Hystrix. Italian J. Mammal. V. 24. № 1. P. 67–73.
  47. Sidorovich V.E., Kruuk H., MacDonald D.W., 1999. Body size, and interactions between European and American mink (Mustela lutreola and M. vison) in Eastern Europe // J. Zool. V. 248. P. 521–527.
  48. Singh N., Albert F.W., Plyusnina I., et al., 2017. Facial shape differences between rats selected for tame and aggressive behaviors // PLoS One. V. 12. № 4. Art. e0175043. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0175043
  49. Stevens R.T., Kennedy M.L., 2006. Geographic variation in body size of American mink (Mustela vison) // Mammalia. V. 70. № 1–2. P. 145–152.
  50. Tamlin A.L., Bowman J., Hackett D.F., 2009. Separating wild from domestic American mink Neovison vison based on skull morphometrics // Wildlife Biol. V. 15. № 3. Р. 266–277.
  51. Vasil’ev A.G., 2021. The concept of morphoniche in evolutionary ecology // Russ. J. Ecol. V. 52. № 3. P. 173–187.
  52. Wilkins A.S., Wrangham R.W., Fitch W.T., 2014. The “domestication syndrome” in mammals: A unified explanation based on neural crest cell behavior and genetics // Genetics. V. 197. № 3. P. 795–808. https://doi.org/10.1534/genetics.114.165423
  53. Zakharov V.M., 1992. Population phenogenetics: Analysis of developmental stability in natural populations // Acta Zool. Fenn. V. 191. P. 7–30.
  54. Zelditch M.L., Swiderski D.L., Sheets H.D., Fink W.L., 2004. Geometric Morphometrics for Biologists: A Primer. N.-Y.: Elsevier Acad. Press. 437 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Локализация меток-ландмарок – LM (1–23), полуландмарок – SM (черные кружки) и масштабирующих ландмарок (24–25) на фотографии нижней челюсти американской норки с буккальной стороны.

Скачать (141KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Сравнение средних центроидных размеров CS (с учетом стандартных ошибок ±SE) между самцами (1) и самками (2) линий агрессивных, неселектированных и ручных клеточных американских норок.

Скачать (90KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Итоги линейного дискриминантного анализа (LDA) прокрустовых координат, характеризующих изменчивость формы нижней челюсти в выборках самцов (1) и самок (2) американской норки без учета принадлежности к линии. Контурные конфигурации мандибул (outlines), встроенные в сплайны деформационных решеток соответствуют гистограммам распределений сравниваемых выборок.

Скачать (136KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Результаты канонического анализа (CVA) прокрустовых координат, характеризующих изменчивость формы нижней челюсти линий агрессивных (1), неселектированных (2) и ручных (3) американских норок. Контурные конфигурации мандибул (outlines) соответствуют минимальным и максимальным значениям ординат вдоль канонических переменных на этом и последующих рисунках (коэффициент преувеличения (exaggeration coefficient) – 3.0).

Скачать (235KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Результаты канонического анализа прокрустовых координат, характеризующих изменчивость формы нижней челюсти самцов (нечетные номера) и самок (четные номера) агрессивных (1, 2), неселектированных (3, 4) и ручных (5, 6) американских норок. Стрелки – направления межгрупповой изменчивости, соответствующие факторам “линия” и “пол”.

Скачать (270KB)
Метаданные
7. изменчивость формы нижней челюсти самцов клеточных линий агрессивных (A), неселектированных (N) и ручных (T) американских норок, дикой канадской популяции (Can) этого вида и другого вида – колонка (Msib).

Скачать (189KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Результаты кластерного анализа (UPGMA) матрицы прокрустовых дистанций (Pd) между выборками самцов клеточных линий агрессивных, неселектированных и ручных американских норок, дикой канадской популяции этого вида и другого вида – колонка. В узлах ветвления указаны значения статистической поддержки (%).

Скачать (128KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024