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

Cover Page


Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The dynamics of the composition of the Adalia bipunctata L. population in Arkhangelsk for 21 years has been studied. The proportion of black individuals decreased by almost 2 times; the average annual temperature at the same time increased from 1.92° to 2.95°. A comparison of the population composition with the average annual temperature showed that the proportion of black individuals in the population is negatively correlated with the average annual temperature. The observed change in population composition is probably the effect 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

  1. Lusis Ya-AYa. On the inheritance of coloration and pattern in ladybugs Adalia bipunctata L. and Adalia decempunctata L. Bulletin of the Bureau of Genetics. 1928;(6):89–163. (In Russ.)
  2. Lusis Ya-AYa. On the biological significance of coloration polymorphism in the two-spotted moth Adalia bipunctata L. Latv Entomologs. 1961;(4):3–29. (In Russ.)
  3. meteoblue.com [Internet]. Weather [cited 2024 Sep 20]. Available from: https://www.meteoblue.com/ru (In Russ.)
  4. Zakharov IA. A study of elytra pattern inheritance in Adalia bipunctata. Russian Journal of Genetics. 1996;32(4):579–583. EDN: MOUYLX
  5. Sergievsky SO, Zakharov IA. Response of populations to stress effects: the concept of two-stage response. In: Yablokov AV, editor. Proceeding of scientific works: Ontogenesis. Evolution. Biosphere. Moscow: Nauka; 1989. P. 157–173.
  6. Zakharov IA, Rubanovich AV. Ecological genetics of beetles of the genus Adalia: restructuring of A. bipunctata populations as a global warming effect. Ecological genetics. 2023;21(1):33–39. EDN: XQIKSO doi: 10.17816/ecogen317164
  7. Brakefield PM, de Jong PW. A steep cline in ladybird melanism has decayed over 25 years: a genetic response to climate change? Heredity. 2011;107(6):574–578. doi: 10.1038/ hdy.2011.49
  8. Zakharov IA, Rubanovich AV. Ecological genetics of beetles of the genus Adalia: populations of A. bipunctata of Norway and Kola peninsula. Ecological genetics. 2018;16(1):49–52. EDN: UNYORG doi: 10.17816/ecogen16149-52
  9. de Jong PW, Gussekloo SWS, Brakefield PM. Differences in thermal balance, body temperature and activity between nonmelanic and melanic twospot ladybird beetles (Adalia bipunctata) under controlled conditions. J Exp Biol. 1996;199(12):2655–2666. doi: 10.1242/jeb.199.12.2655
  10. Timofeeff-Ressovsky NW. Zur Analyse des Polymorphismus bei Adalia bipunctata L. Biologisches Centralblatt. 1940;60:130–137.
  11. Zakharov IA. Genetics and evolution of populations of beetles of the genus Adalia. Moscow: Vash format; 2023. 162 p. (In Russ.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. The dependence of the population composition of A. bipunctata in Arkhangelsk on the average annual temperature.

Download (66KB)

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 89324 от 21.04.2025.