Ecological genetics of beetles of the genus Adalia: dynamics of population of A. bipunctata restructuring in Arkhangelsk in conditions of global warming

Full Text

АКТУАЛЬНОСТЬ

Глобальное потепление, происходящее в последние полвека, не может не сказываться на генетических процессах в популяциях самых разных организмов. Однако для того чтобы заметить последствия потепления, необходимо многолетнее слежение за одной и той же популяцией, во-первых, и во-вторых, легко учитываемые маркеры происходящих в популяции генетических процессов. Этим требованиям отвечают популяции Adalia bipunctata, двуточечной божьей коровки. Этот вид обитает на огромной территории Евразии — от Франции до Камчатки и от Норвегии до Армении. Ряд популяций этого вида находится под наблюдением генетиков уже в течение 100 лет. Популяции адалии полиморфны по легко учитываемому морфологическому признаку, причем по такому признаку, который находится под четким генетическим контролем [1, 2].

Одним из авторов настоящей работы в течение 20 лет проводилось изучение состава популяции A. bipunctata в Архангельске. При этом было выявлено направленное изменение состава популяции, которое, вероятно, является результатом заметного потепления климата. Ниже приводятся результаты наших наблюдений и их статистический анализ.

Цель исследования — подтвердить на материале популяции A. bipunctata, обитающей в Архангельске, влияние климатических изменений на состав популяции.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Сборы жуков A. bipunctata L. (Coccinellidae, Coleoptera) проводили в Архангельске (64°33', 40°3') преимущественно на Троицком проспекте и набережной р. Двины, на татарской жимолости (Lonicera tatarica), иве (Salix sp.), карагане (Caragana sp.). Жуков собирали на стадиях имаго и куколки. В тех сборах, где куколки составляли значительную часть, учет фенотипов проводили отдельно среди жуков, собранных на стадии имаго, и выведенных из куколок. Фенотипы жуков определяли по Я.Я. Лусису [1, 2].

Сведения о климате Архангельска и его изменении были взяты на сайте www.meteoblue.com [3]. Состав изученной популяции сопоставлен с данными о среднегодовой температуре в Архангельске. Для обработки результатов использовали встроенные процедуры пакета Excel.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Состав популяции A. bipunctata Архангельска в разные годы представлен в табл. 1. В табл. 2 дана рассчитанная по тренду изменений среднегодовая температура года сбора. Средняя годовая температура за период наших наблюдений значимо возросла (y=0,048x – 95,82, R²=0.334, p=0,00003). За 21 год наблюдений доля черных особей в популяции заметно снизилась (табл. 2). На графике рис. 1 видно, что это снижение происходило в линейной зависимости от повышения среднегодовой температуры (y=–23,71x+94,24; R²=0,950, p=0,0002).

 

Таблица 1. Состав популяции Adalia bipunctata Архангельска в разные годы

Table 1. Composition of the Adalia bipunctata population in Arkhangelsk in different years

Год сбора	Стадия	Число (n)	Морфы
			typ	pan	pust	mac	прочие
2003	Имаго	170	87	1	18	62	2
2005	Имаго	126	64	5	25	31	1
2005	Куколки	144	78	1	22	40	3
2010	Имаго	264	155	2	16	88	3
2010	Куколки	42	20	1	6	14	1
2011	Имаго	165	94	1	10	60	–
2011	Куколки	72	40	1	10	21	–
2012	Имаго	179	113	2	17	46	1
2014	Имаго	117	75	–	17	22	3
2024	Имаго	92	62	8	4	18	–
Примечание. typ — typica, pan — pantherina, pust — 6-pustulata, mac — 4-maculata, прочие — черные особи с непроявленным или необычным узором из красных пятен. Note: typ, typica; pan, pantherina; pust, 6-pustulata; mac, 4-maculata; прочие — other.

 

Таблица 2. Состав популяции Adalia bipunctata Архангельска и среднегодовые температуры в годы сборов

Table 2. Composition of the Adalia bipunctata population in Arkhangelsk and average annual temperatures in the years of collecting

Год сбора	Число (n)	Черные особи, %*	Среднегодовая температура, °C
2003	170	48,2 (40,52–56,01)	1,92
2005	270	45,2 (39,15–51,33)	2,02
2010	306	41,8 (36,24–47,58)	2,26
2011	237	42,6 (36,24–49,18)	2,31
2012	179	35,8 (28,74–43,25)	2,36
2014	117	35,9 (27,24–45,29)	2,46
2024	92	23,9 (15,63–33,94)	2,95
*В скобках указаны левые и правые границы 95% доверительного интервала (точный тест Фишера). *The left and right limits of the 95% confidence interval (Fisher’s exact test) are shown in parentheses.

 

Рис. 1. Зависимость состава популяции A. bipunctata Архангельска от среднегодовой температуры.

Fig. 1. The dependence of the population composition of A. bipunctata in Arkhangelsk on the average annual temperature.

 

Что касается состава архангельской популяции A. bipunctata (табл. 1), то, наряду с довольно высоким процентом черных особей (морфы 6-pustulata, 4-maculata), в этой популяции регулярно отмечалось присутствие редкой морфы, названной Я.Я. Лусисом «pantherina» [2]. Эта форма ни разу не встретилась нам в Москве, она чрезвычайно редка в Петербурге. Характерный для этой формы рисунок на надкрыльях был ранее генетически проанализирован одним из нас [4]; он, как и другие варианты окраски надкрыльев и узора на них, определяется одной из аллелей гена S.

Отмеченное изменение состава популяции A. bipunctata в Архангельске происходило одновременно с перестройкой популяций в ряде других городов. Снижение доли черных особей в популяции A. bipunctata Санкт-Петербурга началось с начала 1980-х годов [5]. В дальнейшем последовательное уменьшение доли меланистов в двух популяциях Петербурга было прослежено вплоть до 2018–2019 гг. [6]. Подобная динамика изменения состава генофондов была обнаружена в Нидерландах [7], Бергене (Норвегия) [8] и Ялте (Крым) [6]. Широкая распространенность этого явления позволяет связать его с глобальным потеплением, которое стало особенно заметным в последние полвека. Для подтверждения зависимости состава популяций A. bipunctata от глобального изменения климата важно изучить динамику генофондов других популяций, в которых ранее наблюдалось высокое содержание меланистов. Именно такой является популяция Архангельска, состав которой фиксировался одним из нас начиная с 2003 г. В табл. 2 приведены результаты этих наблюдений, которые показали четкое, почти двукратное, снижение доли черных особей за последние 20 лет.

Экспериментальные данные показывают различную реакцию черных и красных особей A. bipunctata на солнечную радиацию [9] и, по крайней мере в некоторых популяциях, больший успех в размножении черных морф в сравнении с красными в летний период [10].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведенные факты говорят в пользу гипотезы, что именно повышение температуры служит фактором, вызывающим изменение состава популяций A. bipunctata. Для подтверждения нашей гипотезы желательно продолжение наблюдений над различными, географически удаленными популяциями A. bipunctata. Особенно интересны в этой связи некоторые популяции южной Европы (Марсель, Франция; Рим-Остия, Италия), где несколько десятилетий назад был одним из нас зафиксирован необычайно высокий для Западной Европы процент меланистов [11, табл. П1].

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией. Личный вклад каждого автора: И.А. Захаров — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материалов, написание текста; А.В. Рубанович — анализ полученных данных.

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов

About the authors

Ilya A. Zakharov

Institute of General Genetics of the Russian Academy of Sciences

Email: zakharov@vigg.ru
ORCID iD: 0000-0002-7779-1969

Dr. Sci. (Biology), Professor, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, Moscow

Alexander V. Rubanovich

Institute of General Genetics of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: rubanovich@vigg.ru
ORCID iD: 0000-0002-1251-8806
SPIN-code: 2941-6237

Dr. Sci. (Biology)

Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files