18.07.2017 Аномалии амфибий «Приволжской лесостепи»



Недавно в СМИ прошумела новость о массовых аномалиях амфибий в заповеднике «Приволжская лесостепь» (см. ниже ссылки). Чтобы не было никаких недосказанностей с учетом обрезок интервью, видео и переиначивания слов, мы решили написать эту заметку на сайте «Ранариум». Нам важно, чтобы человеку, читающему газеты и новостные сводки сайтов, было ясно наше отношение ко всему происходящему и у думающих людей сложилось понимание реальной картины в природе. Дело еще в том, что вся шумиха произошла до выхода нашей работы в сборнике Международной конференции по аномалиям, который еще находится в печати, и, фактически, достоверную и надежную информацию по этому вопросу достать негде.

Аномалии амфибий (они же земноводные, класс Amphibia) встречаются довольно часто по сравнению с другими группами позвоночных животных. И определено это тем, что амфибии - первые наземные позвоночные, которые до сих пор не утратили связь с водной средой. Название «амфибии» переводится с греческого как «двояко живущие», то есть обитающие в двух средах – «водной» и «наземной». И для размножения и начальных этапов развития земноводным необходима водная среда (конечно же, есть некоторые тропические исключения, например, головастики Nannophrys ceylonensis полусухопутные и обитают среди мокрых камней, а из икры Eleutherodactylus coqui выходят сформировавшиеся лягушата). Земноводные имеют высокую проницаемость кожных покровов, так как через кожу у амфибий происходит дыхание и газообмен. Кожное дыхание амфибий – жизненная необходимость, так как дыхательная система несовершенна, у них отсутствует диафрагма, брюшные и межреберные мышцы, и воздух в легкие закачивается засчет сокращения мышц, находящихся в ротовой полости (дыхательная система «нагнетательного» типа).

В связи с этим, амфибии очень остро ощущают изменения, происходящие в окружающей среде и особенно чувствительны к влиянию каких-либо биотических и абиотических факторов (температура, pH, освещенность, кислородный режим водоема, уровень метаболитов в воде, химическое загрязнение водоемов, паразиты и многое другое). Ответная реакция амфибий на внешние раздражители может быть весьма своеобразна: она может выражаться в легких отклонениях от нормы развития или же приводить к различного рода морфологическим девиациям. Многое зависит от качества воздействующего фактора и силы воздействия.

И, наверное, нужно начать с того, что аномалии амфибий встречаются нередко почти на всех территориях, где обитают амфибии. Вот, например, моя очень маленькая подборка публикаций , в которых рассказывается об аномалиях амфибий. Тем не менее, особый интерес представляют не единичные находки аномалий, а их массовая встречаемость, свидетельствующая о негативном воздействии определенного фактора/факторов. Поэтому аномалии амфибий нередко предлагали в качестве индикаторов состояния окружающей среды, что, в свою очередь, требует дополнительного изучения (Ouellet et al., 1997; Johnson et al., 2003).

Приведем несколько примеров, взятых из замечательного обзора, напечатанного в «Трудах ЗИН РАН» моими коллегами из Санкт-Петербурга, ведущими учеными в области изучения амфибий, Л.Я. Боркиным, О.С. Безман-Мосейко (Зоологический институт РАН) и С.Н. Литвинчуком (Институт цитологии РАН):

«<…> Во Франции (Rostand 1951) доля жаб Bufo bufo c аномалиями (полидактилия в виде удвоения внутреннего пальца на задних конечностях) составила в двух крупных выборках 0.1% (8 из 7400, провинция Юра) и 0.06% (26 из 44 000, Эльзас и Юра). <…> У зеленых лягушек (обобщенное на тот момент название «Rana esculenta») нарушения в строении (полидактилия) были найдены у одной из 190 особей, или 0.5% (в Champdieu, Луара) и у 4 из 3500, или 0.1% в районе Бордо, где ранее аномалий не находили (Rostand 1951: 131 и 132). <…>

<…> В 1997 году аномальные лягушки были обнаружены в 33 заповедных территориях из 55, обследованных в штатах Миннесота и Вермонт, США. В 10 из них аномальные особи составили не более 1%, в 8 – от 1 до 2%, в 11 – от 2 до 5%, а в 4 – от 5.5 до 9.9% (Converse et al., 2000).<…>

<…> Доля аномальных особей у Rana sylvatica на пяти участках западной Канады с мало нарушенными природными условиями варьировала от 0.44 до 1.66% (Eaton et al., 2004).<…>»


Таким образом, у ученых возник закономерный вопрос, если в модельных экспериментах, казалось бы, с контролируемыми условиями, все же возникают мутации (Коваленко, 2000 и др. работы этого автора), то каким считать порог массовых мутаций, требующих пристального внимания и особого изучения?

Ученые предлагали различные проценты и, в конечном итоге, пришли к цифрам от 1 до 5% для бесхвостых амфибий, так как у хвостатых, по всей видимости, этот порог несколько выше (Литвинчук, 2014). Последний факт, видимо, связан с особенностями биологии тритонов – в репродуктивный период самцы часто вступают в бои, повреждая конечности и хвосты друг другу. Учитывая высокие способности к регенерации, а возобновление конечностей в измененной среде может идти у тритонов с отклонениями от нормы.

Наша история началась несколько лет назад, когда на одной из герпетологических конференций мой коллега Иван Башинский, старший научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова (г. Москва), предложил мне участие в своем проекте по изучению влияния бобра на старичные экосистемы в заповеднике «Приволжская лесостепь». Моя задача заключалась в изучении биологии амфибий и определении видов зеленых лягушек, а так как Ваш покорный слуга немного специалист в этой области (скачать диссертацию), то он, естественно, согласился на замечательное предложение присоединиться в команду.

Тогда мы обследовали старицы «Островцовской лесостепи», одного из участков ГПЗ «Приволжской лесостепи» (кстати, здесь можно посмотреть фотоотчет с предыдущей поездки). С первого же рекогносцировочного осмотра стало ясно, что территория заповедника заселена озерной лягушкой (Pelophylax ridibundus), повсеместно обитающей в Пензенской области. Еще на территории заповедника мы встретили краснобрюхую жерлянку (Bombina bombina), чесночницу Палласа (Pelobates vespertinus) и остромордую лягушку (Rana arvalis).

По мере того, как мы отлавливали особей озерной лягушки, нам все чаще попадались особи с «дополнительными» пальцами на задних конечностях. Удивлял тот факт, что почти все случаи были симметричны, то есть «дополнительные» пальцы встречались с обеих сторон тела, как бы зеркально отображая друг друга.


Фото А. Свинина


На берегу нашей любимой «Круглой старицы» мы обнаружили экземпляр остромордой лягушки с восхитительными глазами, как будто покрытыми позолотой. В последующем наш коллега из Института цитологии РАН С.Н. Литвинчук дал такой аномалии звучное научное название «гиперксантизм глаз».


Фото Л. Неймарка


Насмотревшись на чудеса природы, я вернулся домой. В следующий, августовский выезд, Иван планировал метить сеголеток (недавно метаморфизировавших лягушат) для изучения их миграций в пределах заповедника и его охранной зоны.

И вот, пока я готовился к докладу на II Международной конференции по аномалиям амфибий и рептилий, которая проводится в Екатеринбурге на базе Уральского федерального университета, в научном центре по изучению аномалий амфибий и рептилий, мне пришли вести с полей. Иван переслал мне фотографии нескольких только что метаморфизировавших особей и некоторых головастиков озерной лягушки со странными отклонениями.

Мы узнали в них «аномалию P».


Фото И. Башинского



Фото И. Башинского


Дело в том, что на I Международной конференции по изучению аномалий амфибий выступал крупный французский систематик амфибий, редактор известного журнала «Alytes» Ален Дюбуа (Alain Dubois). Он рассказывал об «аномалии P», найденной впервые во Франции его учителем, известным ученым и писателем Жаном Ростаном (Jean Rostand), в честь которого назван Международный комитет по изучению аномалий амфибий.

«Аномалия P» может быть охарактеризована как широкий диапазон признаков, включающих варианты от более простого увеличения количества пальцев на задних и передних лапах до характерных опухолеобразных выростов и «отеков» в области задних конечностей с одновременным увеличенным количеством пальцев. Синдром включает в себя феномен аномальной клеточной пролиферации, дифференциации и клеточного роста (Rostand, 1955). Причем интересный момент – «аномалия P» найдена только у зеленых лягушек.



Фото Жана Ростана


Ален Дюбуа отмечал в своей работе: «Он [Жан Ростан – прим. мое] дал этому синдрому название «аномалия Р» и начал изучать его особенности и пытаться понять его детерминизм. Эта работа занимала большую часть его времени в последние годы жизни, но он не смог довести ее до конца, и сегодня тайна аномалии P до сих пор не разрешена, поскольку ни одна лаборатория пока не пытается ее решить» (Dubois, 2014). Аномалия P может затрагивать большую часть головастиков в популяции, но большинство из них не проходят метаморфоз. Это причина, почему аномалия чаще регистрируется у головастиков, чем у взрослых лягушек.

А какая была частота аномальных особей в исследованиях Жана Ростана? Жан Ростан регистрировал от 0 до 80% аномалий у головастиков и от 2,6% до 14,5% у взрослых с 1949 по 1967 гг. в популяции окр. Тревиньон (Trevignon, Brittany) во Франции. С 1961 по 1970 гг. по его наблюдениям от 14 до 70% головастиков имели аномалии в окр. Ленже (Linge, Indre).

Ален Дюбуа сообщает, что случаи, схожие с аномалией P (по всей видимости, полидактилия, встречающаяся весьма широко) зарегистрированы в Австрии, Белоруссии, Германии, Швейцарии, Турции. Отдельные случаи находок известны из Франции, Германии, Греции, Нидерландов, Польши и России.

В поисках причин ученые переделали все, что только можно. Генетические скрещивания полидактильных особей приводили к нормальному потомству. Жан Ростан также показал, что при ампутации пораженной конечности вследствие регенерации у лягушки отрастала здоровая конечность. Эти результаты явно свидетельствовали о том, что аномалия была вызвана экзогенным тератогенным фактором, имеющим временное действие на развитие конечностей головастиков. Жан Ростан пытался воспроизвести «аномалию P» в лаборатории, действуя различными химическими веществами; он также выращивал головастиков из икры в солоноватой воде и воде, взятой из прудов, где фиксировалась аномалия; воздействовал высокими температурами на икру; подсушивал икру; и даже использовал в скрещивании недозревшую икру. Но все попытки не увенчались успехом. По мнению французских ученых, радиоактивное загрязнение не может выступать в качестве причины, вызывающей аномалию P, так как первые встречи с аномалией отмечены в 1937 году, до начала Второй Мировой войны.

На второй конференции по аномалиям наша команда выступила с докладом про "аномалии P". Его услышал и Ален Дюбуа и подтвердил идентификацию наших девиаций как «аномалию P» Жана Ростана. Плюс Дюбуа отметил, что это первый случай аномалий P для чистых популяций озерной лягушки (ученые говорят в таком случае популяционная система R-типа, то есть без прудовой лягушки, P. lessonae, и гибридогенной съедобной, P. esculentus), до этого их находили в смешанных системах вместе с гибридами.


Фото С.М. Ляпкова


Природа приносит нам больше загадок, больше вопросов, чем ответов. И это большая удача для нас прикоснуться к чему-то новому, приоткрыть занавес таинств природы. Стоя на пути к новому знанию, мы с трепетом смотрим в будущее, которое в огромной степени зависит от нас. Пройдет какое-то время и мы, руководствуясь данными наших предшественников, возможно, ответим на вопрос, чем вызваны аномалии амфибий "Приволжской лесостепи".


Вот такой вот у нас замечательный экспедиционный состав. Фото А.О. Свинина.


ТВ-Экспресс



ТВ-Пенза





С уважением и наилучшими пожеланиями,
создатель веб-сайта «Ранариум»
Свинин Антон.


P.S.: Любое заимствование материалов с веб-сайта «Ранариум» запрещено законом об авторских правах.