Разнообразие формы и структуры трех покровных костей леща в условиях техногенного загрязнения водоемов Среднего Урала

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Вестник Томского государственного университета. Биология. 2017; : 154-171

Разнообразие формы и структуры трех покровных костей леща в условиях техногенного загрязнения водоемов Среднего Урала

Баранов В. Ю.

https://doi.org/ 10.17223/19988591/39/10

Аннотация

В популяциях лещей Abramis brama (Linnaeus, 1758) из техногенно нарушенных водоемов верхнего течения р. Исеть на основе анализа конфигураций меток и неметрических признаков костей скелета выявлено повышение разнообразия формы и структуры, свидетельствующее о формировании широкого спектра траекторий морфогенеза. Существенное увеличение внутригруппового структурного разнообразия скелета рыб определено в популяции лещей, изолированно обитающей на протяжении 30 поколений в условиях хронического техногенного загрязнения нефтепродуктами и тяжелыми металлами воды и грунтов Нижнеисетского пруда, и в популяции лещей из водоема-охладителя оз. Исетское с измененными гидрохимическим и тепловым режимами. Значимое упрощение структурной организации (p < 0,001) и повышение разнообразия формы костей (p < 0,05) установлено только в популяции лещей Нижнеисетского пруда. Разнообразие формы костей рыб оз. Исетское оценивается низкими фоновыми значениями, как и в контрольных выборках разных лет из популяции лещей оз. Шитовское при естественных условиях среды, в которых морфогенез зарегулирован и характеризуется низкими показателями разнообразия формы и структуры.

Список литературы

1. Васильев А.Г. Эпигенетические основы фенетики: на пути к популяционной мерономии. Екатеринбург : Академкнига, 2005. 640 с.

2. Шварц С.С. Экологические закономерности эволюции. М. : Наука, 1980. 277 с.

3. Мина М.В. Микроэволюция рыб. М. : Наука, 1986. 207 с.

4. Wilson L.A.B., Colombo M., Hanel R., Salzburger W., Sanchez-Villagra M.R. Ecomorphological disparity in an adaptive radiation: opercular bone shape and stable isotopes in Antarctic icefishes // Ecology and Evolution. 2013. Vol. 3(9). PP. 3166-3182. doi: 10.1002/ece3.708

5. Jacquemin S.J., Pyron M. A century of morphological variation in Cyprinidae fishes // BMC Ecol. 2016. 16:48. 18 p.

6. Чернов Ю.И. Экология и биогеография. Избранные работы. М. : Товарищество научных изданий КМК, 2008. 580 с.

7. Farre M., Tuset V.M., Maynou F., Recasens L., Lombarte A. Geometric morphology as an alternative for measuring the diversity of fish assemblages // Ecological Indicators. 2013. Vol. 29. PP. 159-166.

8. Zelditch M.L., Swiderski D.L., Sheets H.D., Fink W.L. Geometric morphometrics for biologists: a primer. New York and London : Elsevier Acad. Press, 2004. 443 p.

9. Klingenberg C.P. MorphoJ: an integrated software package for geometric morphometrics // Mol. Ecol. Resour. 2011. Vol. 11. PP. 353-357.

10. Уоддингтон К.Х. Морфогенез и генетика. М. : Мир, 1964. 267 с.

11. Захаров В.М. Асимметрия животных. М. : Наука, 1987. 216 с.

12. Зубарева Э.Л., Цурихин Е.А., Бердышева Г.В. Предварительные результаты изучения качества воды Исетского водохранилища-охладителя Среднеуральской ГРЭС с помощью плавающего биомодуля // Рыбные ресурсы Камско-Уральского региона и их рациональное использование / под ред. Е.А. Зиновьева. Пермь: Перм. гос. ун-т, 2001. С. 53-54.

13. Водные ресурсы Свердловской области / под ред. Н.Б. Прохоровой. Екатеринбург : ФГУП РосНИИВХ, Изд-во АМБ, 2004. 432 с.

14. Правдин И.Ф. Руководство по изучению рыб. М. : Пищевая промышленность, 1966. 376 с.

15. Foote M. Contributions of individual taxa to overall morphological disparity // Paleobiology. 1993. Vol. 19. PP. 403-419.

16. Животовский Л.А. Популяционная биометрия. М. : Наука, 1991. 271 с.

17. Rohlf F.J. TpsUtil, file utility program, version 1.60. Department of Ecology and Evolution, State University of New York at Stony Brook, 2013 (program). URL: http://life.bio.sunysb. edu/morph/ (дата обращения: 12.02.2017).

18. Rohlf F.J. TpsDig2, digitize landmarks and outlines, version 2.17. Department of Ecology and Evolution, State University of New York at Stony Brook, 2013 (program). URL: http:// life.bio.sunysb.edu/morph/ (дата обращения: 05.11.2016).

19. Sheets H.D. CoordGen7a. Department of Physics, Canisius College, Buffalo, NY, 2011 (program). URL: http://www3.canisius.edu/~sheets/imp7.htm (дата обращения: 12.02.2017).

20. Sheets H.D. Standard7. Department of Physics, Canisius College, Buffalo, NY, 2010 (program). URL: http://www3.canisius.edu/~sheets/imp7.htm (дата обращения: 12.02.2017).

21. Sheets H.D. DisparityBox7. Department of Physics, Canisius College, Buffalo, NY, 2010 (program). URL: http://www3.canisius.edu/~sheets/imp7.htm (дата обращения: 12.02.2017).

22. Sheets H.D. T-Box. Department of Physics, Canisius College, Buffalo, NY, 2003 (program). URL: http://www3.canisius.edu/~sheets/morphsoft.html (дата обращения: 22.04.2017).

23. Васильев А.Г. Пакет прикладных программ «ФЕН» PHEN 3.0. Путеводитель для пользователей. Институт экологии растений и животных УрО РАН. Екатеринбург, 1995. 113 с. URL: https://ipae.uran.ru/lab106 (дата обращения: 12.04.2017).

24. Васильев А.Г. Феногенетическая изменчивость и популяционный онтогенез // Ученые записки НТГПИ. Фундаментальные и прикладные проблемы популяционной биологии : материалы VI Всероссийского популяционного семинара / под ред. Т.В. Жуйкова. Нижний Тагил, 2004. С. 13-23.

25. Изюмов Ю.Г., Кожара А.В. Внутривидовая изменчивость и эволюция леща Abramis brama (L.) // Микроэволюция пресноводных организмов / под ред. Ю.Г. Изюмова. Рыбинск, 1990. С. 10-63.

26. Котегов Б.Г. Тренды межпопуляционной изменчивости меристических признаков сейсмосенсорных каналов головы у плотвы Rutilus rutilus (L.) в условиях антропогенного загрязнения // Экология. 2012. № 2. С. 150-155.

Tomsk State University Journal of Biology. 2017; : 154-171

Shape and structure diversity of three bones in Abramis brama (L.) under technogenic pollution of water reservoirs in the Middle Urals

Baranov V. Yu.

https://doi.org/ 10.17223/19988591/39/10

Abstract

We analyzed shape and structure diversity of the os dentale, os operculum and cleithrum in Abramis brama (L., 1758) from control and impact populations under chronic technogenic pollution in the upper reaches of the Iset River (the Middle Urals) by means of geometric morphometrics and phenetics. Permanent anthropogenic impact on natural fish populations may lead to morphogenesis disturbance. It is important to identify how powerful the technogenic impact is on morphogenesis in a population and how long-term technogenic impact appears in consequent phenotypic changes. The solution to these problems will help a more exact understanding of evolutionary mechanisms and ecological processes. We investigated three reservoirs. The control Lake Shitovskoye (57°07'41"N, 60°28'23''E) is not contaminated. Thermal and chemical pollution from the district (regional) thermal gas power station has spread to the part of the water cooling reservoir Lake Isetskoye (57°00'34''N, 60°25'02''E). The Pond Nizhneisetskiy (56°45'30''N, 60°41'00"E) in Yekaterinburg is subjected to technogenic pollution by petroleum products and heavy metals. We used landmarks to describe bone shapes. The bone structure was studied considering its non-metric features. We calculated the indicators of intra-population morphological shape and structure diversity and analyzed the index of relative structural complexity. Preliminarily, we registered insignificant differences between the variances of diversities in non-standardized and size-standardized configuration of landmarks. It means a weak allometry influence on the diversity of bone shapes in the studied A. brama. The increased diversity of shape and structure was identified in impact populations. It shows that a wide range of morphogenetic trajectories formed in impact populations. In A. brama population of the Pond Nizhneisetskiy which had lived in isolation for 30 generations under chronic ground and water pollution by petroleum products and heavy metals, we revealed a significant enhancement in the structural diversity of fish skeleton, as well as in A. brama population of the water cooling reservoir Isetskoye under chemical and thermal pollution (see Figures). Simplification of the structural organization and an increase in the diversity of bone shapes was only found in impact population of the Pond Nizhneisetskiy. We found low values of parameters of relative structural complexity in os dentale and os operculum, while the development of non-metric features in cleithrum was more resistant to technogenic pollution stressful effects. We observed low values of diversity of bone shapes in the fish of the impact Lake Isetskoye. In fish from Lake Isetskoye the possible reasons of different morphogenetic shape and structure effects are discussed in the paper. The control samples of fish dwelling under natural conditions from Lake Shitovskoye in 2001 and 2005 were characterized by a narrow range of morphogenetic trajectories and small values of shape and structure diversity. The article contains 5 Figures, 1 Table, 26 References.

References

1. Vasil'ev A.G. Epigeneticheskie osnovy fenetiki: na puti k populyatsionnoi meronomii. Ekaterinburg : Akademkniga, 2005. 640 s.

2. Shvarts S.S. Ekologicheskie zakonomernosti evolyutsii. M. : Nauka, 1980. 277 s.

3. Mina M.V. Mikroevolyutsiya ryb. M. : Nauka, 1986. 207 s.

5. Jacquemin S.J., Pyron M. A century of morphological variation in Cyprinidae fishes // BMC Ecol. 2016. 16:48. 18 p.

6. Chernov Yu.I. Ekologiya i biogeografiya. Izbrannye raboty. M. : Tovarishchestvo nauchnykh izdanii KMK, 2008. 580 s.

8. Zelditch M.L., Swiderski D.L., Sheets H.D., Fink W.L. Geometric morphometrics for biologists: a primer. New York and London : Elsevier Acad. Press, 2004. 443 p.

9. Klingenberg C.P. MorphoJ: an integrated software package for geometric morphometrics // Mol. Ecol. Resour. 2011. Vol. 11. PP. 353-357.

10. Uoddington K.Kh. Morfogenez i genetika. M. : Mir, 1964. 267 s.

11. Zakharov V.M. Asimmetriya zhivotnykh. M. : Nauka, 1987. 216 s.

12. Zubareva E.L., Tsurikhin E.A., Berdysheva G.V. Predvaritel'nye rezul'taty izucheniya kachestva vody Isetskogo vodokhranilishcha-okhladitelya Sredneural'skoi GRES s pomoshch'yu plavayushchego biomodulya // Rybnye resursy Kamsko-Ural'skogo regiona i ikh ratsional'noe ispol'zovanie / pod red. E.A. Zinov'eva. Perm': Perm. gos. un-t, 2001. S. 53-54.

13. Vodnye resursy Sverdlovskoi oblasti / pod red. N.B. Prokhorovoi. Ekaterinburg : FGUP RosNIIVKh, Izd-vo AMB, 2004. 432 s.

14. Pravdin I.F. Rukovodstvo po izucheniyu ryb. M. : Pishchevaya promyshlennost', 1966. 376 s.

15. Foote M. Contributions of individual taxa to overall morphological disparity // Paleobiology. 1993. Vol. 19. PP. 403-419.

16. Zhivotovskii L.A. Populyatsionnaya biometriya. M. : Nauka, 1991. 271 s.

19. Sheets H.D. CoordGen7a. Department of Physics, Canisius College, Buffalo, NY, 2011 (program). URL: http://www3.canisius.edu/~sheets/imp7.htm (data obrashcheniya: 12.02.2017).

20. Sheets H.D. Standard7. Department of Physics, Canisius College, Buffalo, NY, 2010 (program). URL: http://www3.canisius.edu/~sheets/imp7.htm (data obrashcheniya: 12.02.2017).

21. Sheets H.D. DisparityBox7. Department of Physics, Canisius College, Buffalo, NY, 2010 (program). URL: http://www3.canisius.edu/~sheets/imp7.htm (data obrashcheniya: 12.02.2017).

22. Sheets H.D. T-Box. Department of Physics, Canisius College, Buffalo, NY, 2003 (program). URL: http://www3.canisius.edu/~sheets/morphsoft.html (data obrashcheniya: 22.04.2017).

23. Vasil'ev A.G. Paket prikladnykh programm «FEN» PHEN 3.0. Putevoditel' dlya pol'zovatelei. Institut ekologii rastenii i zhivotnykh UrO RAN. Ekaterinburg, 1995. 113 s. URL: https://ipae.uran.ru/lab106 (data obrashcheniya: 12.04.2017).

24. Vasil'ev A.G. Fenogeneticheskaya izmenchivost' i populyatsionnyi ontogenez // Uchenye zapiski NTGPI. Fundamental'nye i prikladnye problemy populyatsionnoi biologii : materialy VI Vserossiiskogo populyatsionnogo seminara / pod red. T.V. Zhuikova. Nizhnii Tagil, 2004. S. 13-23.

25. Izyumov Yu.G., Kozhara A.V. Vnutrividovaya izmenchivost' i evolyutsiya leshcha Abramis brama (L.) // Mikroevolyutsiya presnovodnykh organizmov / pod red. Yu.G. Izyumova. Rybinsk, 1990. S. 10-63.

26. Kotegov B.G. Trendy mezhpopulyatsionnoi izmenchivosti meristicheskikh priznakov seismosensornykh kanalov golovy u plotvy Rutilus rutilus (L.) v usloviyakh antropogennogo zagryazneniya // Ekologiya. 2012. № 2. S. 150-155.

Разнообразие формы и структуры трех покровных костей леща в условиях техногенного загрязнения водоемов Среднего Урала

Аннотация

Shape and structure diversity of three bones in Abramis brama (L.) under technogenic pollution of water reservoirs in the Middle Urals

Abstract

События