Usova, Kravchenko, Shabanov (2015) Внутрішньопопуляційні онтогенетичні стратегії у зелених жаб

Усова Е. Е., Кравченко М. А., Шабанов Д. А. Внутрипопуляційні онтогенетичні стратегії у зелених жаб (Pelophylax esculentus complex) // Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. Серія: біологія. – 2015. – Вип. 25. – С. 223-238.
УДК: (57.022+57.032):591.84:591.158.1:597.851
Внутрипопуляційні онтогенетичні стратегії у зелених жаб (Pelophylax esculentus complex)
Е.Е.Усова, М.А.Кравченко, Д.А.Шабанов
Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна (Харків, Україна)
e.e.usova@gmail.com, marinakravchenko2106@gmail.com, d.a.shabanov@gmail.com
З використанням скелетохронології досліджено 575 представників Pelophylax esculentus complex (193 P. ridibundus, 348 диплоїдних і 34 триплоїдних P. esculentus) з Харківської області. Різноманітність жаб за віком і довжиною тіла описано за допомогою апроксимації методом найменших квадратів двома лініями регресії, що відповідають відносно дрібнішим та більшим особинам одного віку. Ці дві групи особин порівняно за популяційнобіологічними параметрами та зареєстровано синдроми (комплекси пов’язаних ознак), які дозволяють розглядати їх як прояви внутрішньопопуляційних онтогенетичних стратегій (ВОС) малорозмірності та крупнорозмірності. Малорозмірність/крупнорозмірність характеризуються низькою/високою швидкістю росту, раннім/пізнім початком участі у нересті самок і пізнім/раннім – самців, високою/низькою тривалістю життя, низькою/високою плодючістю самок і великою/малою кількістю сезонів розмноження, в яких бере участь особина. За допомогою імітаційного моделювання показано, що відмінності P. ridibundus і P. esculentus за ВОС можуть забезпечувати їх стійке співіснування в геміклональній популяційній системі.
Ключові слова: Pelophylax esculentus complex, скелетохронологія, стратегія, малорозмірність, крупнорозмірність, імітаційне моделювання, геміклональні популяційні системи.
Внутрішньопопуляційні онтогенетичні стратегії у зелених жаб (Pelophylax esculentus complex)
О.Є.Усова, М.О.Кравченко, Д.А.Шабанов
З використанням скелетохронології дослідили 575 представників Pelophylax esculentus complex (193 P. ridibundus, 348 диплоїдних і 34 триплоїдних P. esculentus) з Харківської області. Різноманітність жаб за віком і довжиною тіла описали за допомогою апроксимації за методом найменших квадратів двома лініями регресії, що відповідають відносно дрібнішим та більшим особинам одного віку. Дрібніших та більших особин порівняли за популяційнобіологічними параметрами і зареєстрували синдроми (комплекси пов’язаних ознак), що дозволяють розглядати їх як прояви внутрішньопопуляційних онтогенетичних стратегій (ВОС) малорозмірності та крупнорозмірності. ВОС малорозмірності/крупнорозмірності характеризуються низькою/високою швидкістю росту, раннім/пізнім початком участі у нересті самок і пізнім/раннім – самців, високою/низькою тривалістю життя, низькою/високою плодючістю самок і великою/низькою кількістю сезонів розмноження, в яких бере участь особина. Із застосуванням імітаційного моделювання показали, що відмінності P. ridibundus і P. esculentus за ВОС можуть забезпечувати їх стійке співіснування в геміклональній популяційній системі.
Ключові слова: Pelophylax esculentus complex, скелетохронологія, стратегія, малорозмірність, крупнорозмірність, імітаційне моделювання, геміклональні популяційні системи.
The water frogs' (Pelophylax esculentus complex) intrapopulation ontogenetic strategies
O.E.Usova, M.O.Kravchenko, D.A.Shabanov
575 representatives of Pelophylax esculentus complex (193 P. ridibundus, 348 diploid and 34 triploid P. esculentus) from Kharkivska oblast have been studied using skeletochronology. With approximation by the LS method, frogs’ diversity on age and body length has been characterized by two regression lines, which correspond to relatively smaller and bigger individuals of the same age. We compared these individuals by population‑biological parameters and registered syndromes (complexes of related traits), allowing their consideration as manifestation of intrapopulation ontogenetic strategies (IOS). IOS of undersized/oversized is characterized by relatively low/high growth rate, high/low life expectancy, low/high fertility of females and relatively large/small number of breeding seasons in which the individual takes part. Participation in spawning begins early/late in undersized/oversized females and vice versa in males. By using simulation it has been shown that differences in IOS between P. ridibundus and P. esculentus can provide their sustainable coexistence in the hemiclonal population system.
Key words: Pelophylax esculentus complex, skeletochronology, strategy, undersized, oversized, simulation, hemiclonal population systems.
Вступ
Гібридогенний комплекс зелених жаб, Pelophylax esculentus complex (=Rana esculenta complex) складається з двох батьківських видів: ставової жаби, Pelophylax lessonae (Camerano, 1882), та озерної жаби, Pelophylax ridibundus (Pallas, 1771), а також їх міжвидових гібридів різної плоїдності (Plötner, 2005; Шабанов, Литвинчук, 2010). Для цих гібридів прийнято використовувати назву, аналогічну видовій: їстівна жаба, Pelophylax esculentus (Linnaeus, 1758). Для P. esculentus характерне геміклональне успадкування, при якому продукувані ними гамети несуть або геном P. ridibundus, або геном P. lessonae, або обидва геноми. Для P. esculentus характерне спільне проживання з представниками батьківських видів у геміклональних популяційних системах, ГПС (Кравченко, 2013; Шабанов, 2015). Відомі також ГПС, що складаються виключно з P. esculentus.
Один із способів позначення типів ГПС пов’язаний із перерахуванням входять у їх склад форм жаб, при цьому літера L означає P. lessonae, R – P. ridibundus, а E – P. esculentus. Наявність у складі ГПС поліплоїдів P. esculentus позначається як Ep. У басейні р. Северський Донец на території Харківської області описано Північно‑Донецький центр різноманіття Pelophylax esculentus complex, що характеризується незвичним складом ГПС (Borkin et al., 2004; Боркін і др., 2005; Mezhzherin et al., 2010; Шабанов, 2015). Для нього характерні R‑E‑ГПС і R‑E‑Ep‑ГПС, а також популяції P. ridibundus, а статево зрілі представники P. lessonae повністю відсутні.
Раніше (Шабанов і др., 2014) була висунута гіпотеза, що різноманіття особин всередині однієї популяції або ГПС (у випадку зелених жаб) може бути описане як прояв внутрішньопопуляційних онтогенетичних стратегій, ВОС. Онтогенетична стратегія – це ієрархія пріоритетів, що проявляються у розвитку організму. Внутрішньопопуляційна стратегія – один із дискретних або об’єднаних у континуум варіантів реалізації видоспецифічної стратегії, що зустрічаються у представників однієї популяції або ГПС. ВОС характеризується певним синдромом (комплексом пов’язаних ознак), що відображає специфіку адаптації до середовища.
Метою даної роботи було з’ясування того, чи відображає внутрішньопопуляційне різноманіття представників Pelophylax esculentus complex з Харківської області різницю їх ВОС. Якщо це припущення вірне, на одних і тих самих етапах онтогенезу у одних особин пріоритет має підвищення їхньої власної життєздатності, а у інших – розмноження. Для досягнення мети роботи вирішувалися наступні завдання:
– визначити форми, до яких належать жаби, виміряти їх довжину, встановити за допомогою скелетохронології їх вік і ретроспективно визначити їх динаміку росту протягом останніх років життя;
– вивчити емпіричне різноманіття досліджених особин за розміром їх тіла у певному віці, як за провідною ознакою (тобто ознакою, яка може відображати ВОС);
– порівняти групи жаб, що відрізняються за провідною ознакою, за характеристиками, що відображають пріоритети в їх онтогенезі: швидкість росту, тривалість життя, плодючість самок, час початку участі у розмноженні;
– у випадку значних відмінностей між групами, виділеними за провідною ознакою, за характеристиками, пов’язаними з онтогенетичними пріоритетами, описати особливості ВОС, реалізованих представниками цих груп;
– встановити можливе значення різноманіття особин за їх ВОС для стійкості ГПС представників Pelophylax esculentus complex.
Матеріали та методи
Склад вивченої нами сукупності зелених жаб охарактеризовано в табл. 1. Усі жаби були зібрані в Харківській області, 550 – у Північно‑Донецькому центрі різноманіття Pelophylax esculentus complex (486 – у R‑E‑Ep‑ГПС і 64 – у R‑E‑ГПС), а 25 – у басейні Дніпра (7 – у R‑E‑ГПС і 18 – у L‑E‑R‑ГПС). Збір жаб проводився під час нересту в темний час доби.
Етапи обробки матеріалу детально описані у публікації, що стосується частини вивченого в даній роботі матеріалу (Усова, 2014). Належність особи до однієї з форм Pelophylax esculentus complex визначали за зовнішніми ознаками та розміром еритроцитів (Бондарева і др., 2012). Склад геномів ряду вивчених нами особин підтвердили за допомогою проточної ДНК‑цитометрії (Borkin et al., 2004). Проточну цитометрію проводили С. Н. Литвинчук і Ю. М. Розанов у ЦІН РАН (м. Санкт‑Петербург, РФ).
Таблиця 1.
Склад вивченої сукупності зелених жаб за формою (належність до батьківського виду, диплоїдним або триплоїдним гібрідам) та статтю

| Форма | Непзрілих, екз. | Самок, екз. | Самців, екз. | Всього, екз. |
|-------|----------------|------------|-------------|--------------|
| P. ridibundus | 13 | 149 | 31 | 193 |
| P. esculentus, 2n | 2 | 134 | 212 | 348 |
| P. esculentus, 3n | 2 | 12 | 20 | 34 |
| Всього | 17 | 295 | 263 | 575 |

У жаб видаляли другий (найдовший) палець задньої ноги. Його четверту фалангу очищали, декальцинували і отримували зрізи середньої частини діафізу (товщиною 20–22 мкм) на заморожуючому мікротомі. Зрізи фарбували гематоксиліном Ерліха, розміщували в гліцерині під покривним склом і фотографували під мікроскопом USB‑камерою. На електронних фотографіях у програмі Adobe Photoshop CS5 підраховували та вимірювали лінії склеювання. Результати вимірювань переводили в мікрометри, використовуючи встановлений за допомогою фотографування об’єкт‑мікрометра коефіцієнт перерахунку. Результати вимірювань збирали та обробляли у базі даних, створеній у програмі Statistica 8, StatSoft Inc.
При інтерпретації скелетохронологічних препаратів необхідно прийняти два рішення. По‑перше, треба визначити, які лінії склеювання утворилися під час зимувань, а які пов’язані зі зупинкою росту в теплий сезон. По‑друге, слід припустити, скільки ліній склеювання було резорбовано (зруйновано) через розширення кістковомозкової порожнини, розташованої всередині кістки. Після певного віку розширення кістковомозкової порожнини припиняється, і вона заповнюється ендостальною кістковою тканиною зі своїми лініями склеювання. Ці лінії важливо не плутати з лініями склеювання в периостальній частині кістки (Смирина, 1983).
Точно визначити, скільки ліній склеювання в периостальній частині кістки було резорбовано при розширенні кістковомозкової порожнини, у ряді випадків неможливо. Однак обґрунтоване припущення про кількість таких ліній можна зробити, порівнюючи препарати, отримані від різних індивідів з одного або близьких місць проживання. Підставами для прийняття гіпотези про кількість резорбованих ліній є поперечник межі між ендостальною та периостальною частиною кістки (чим він більший, тим більше ліній склеювання в периостальній кістці могло бути резорбовано); розмір першої повністю збереженої лінії склеювання (яка за розмірами може відповідати першій, другій або наступним лініям склеювання, що утворюються у жаб у досліджуваному місці); видимі на препараті залишки частково резорбованих ліній. Прийняті нами на цих підставах припущення про кількість резорбованих ліній у вивченої сукупності жаб відображені на рис. 1.
Визначення довжини тіла жаби під час минулих зимувань базується на припущенні, що P/L = li/Lj, де P – середній зовнішній поперечник кістки (її периостальної частини) у момент дослідження, L – довжина тіла у момент дослідження, li – середній поперечник лінії склеювання, утвореної під час певного зимування, Lj – довжина тіла, яку особина мала під час відповідного зимування. У такому випадку Lj = L × li/P (Усова, Шабанов, 2009). На підставі оцінок розміру тіла особини під час двох послідовних зимувань можна встановити відносний річний приріст довжини тіла gi = (Lj − Lj‑1)/Lj‑1.
Пошук оптимальних значень коефіцієнтів для кожної з моделей, що апроксимують зафіксоване нами емпіричне різноманіття жаб, здійснювали за допомогою надбудови «Пошук рішення» в Microsoft Excel. Для цього обчислювали суму квадратів відхилень між спостережуваною та розрахованою (за кожною моделлю) довжиною тіла кожної особини. Потім надбудова «Пошук рішення» мінімізувала суму квадратів відхилень, змінюючи значення коефіцієнтів, підставлених у відповідні рівняння моделей.
Плодовитість самок визначали, отримуючи кладки ікри в штучних умовах. Кладки фотографували цифровим фотоапаратом, а потім підраховували ікринки за фотографією.

Рис. 1. Прийняті в даній роботі припущення про кількість резорбованих ліній склеювання в периостальній кістці у вивченої сукупності жаб
Вивчення стійкості ГПС Pelophylax esculentus complex проводили з використанням імітаційної моделі, розробленої згідно з поставленим нами завданням А. О. Леоновим за участі М. В. Владимирової, Г. Н. Жолткевича (ХНУ імені В. Н. Каразіна), J. Newman та Q. Mair (Glasgow Caledonian University). Ця модель є консольним застосунком для Java, який імітує зміни складу ГПС зелених жаб. На підставі заданих початкових параметрів модель покроково проводить перебудову описуваної модельної ГПС (рис. 2).
До початкових параметрів, що задаються при моделюванні, належать:
– початковий склад (чисельність особин різних форм і вікових груп) модельної ГПС;
– популяційно‑біологічні параметри всіх розглянутих у ній груп жаб (за генотипом і віком), що включають їх життєздатність (ймовірність виживання в неконкурентному середовищі), конкурентоспроможність (ймовірність збереження під час конкурентного виключення), ймовірність утворення пари з партнером під час розмноження, вік першого розмноження, максимальну тривалість життя, плодючість та потребу в ресурсах;
– варіанти всіх можливих схрещувань з вказанням ймовірностей появи різних генотипів у потомстві;
– місткість середовища (кількість доступних у ньому ресурсів);
– сценарії імміграції та еміграції (за потреби).
На кожному кроці роботи моделі доля кожної особини в моделюваній ГПС (її виживання та розмноження) визначається випадковими процесами і описується ймовірностями, заданими у початкових параметрах моделі. Для кожного набору початкових умов виконувалося 10 імітацій. Результати імітацій класифікували залежно від складу форм жаб, присутніх у модельній ГПС через 500 циклів (що відповідає 500 рокам), після чого визначали розподіл ймовірностей різних результатів імітацій залежно від початкового складу ГПС та прийнятих параметрів життєздатності.

Рис. 2. Обчислення в кожному циклі роботи імітаційної моделі (Шабанов, 2015)
Результати та обговорення
1. Опис залежності розміру жаб від їх віку. Залежність розміру вивчених жаб від їх віку показана на рис. 3. Відображене на цьому рисунку різноманіття особин може бути описане різними моделями (табл. 2).

Рис. 3. Залежність розміру жаб від їх віку
Таблиця 2.
Результати апроксимації спостережуваних відповідностей віку (A) та довжини тіла (L) зелених жаб за допомогою трьох різних моделей

| Модель | Апроксимація | Сума квадратів відхилень |
|--------|--------------|--------------------------|
| Лінійна | L = a + b×A | L = 16,6 + 8,6×A | 105 087,5 |
| Квадратична | L = a + b×A + c×A² | L = –3,7 + 17,2×A – 0,8×A² | 99 351,1 |
| Дві лінійні залежності для відносно менших і відносно більших одновозрастних особин | lL = la + lb×A; bL = ba + bb×A | lL = 9,7 + 8,3×A; bL = 32,5 + 8,3×A | 34 906,5 |
| Три лінійні залежності для відносно менших, проміжних і більших особин | lL = la + lb×A; mL = ma + mb×A; bL = ba + bb×A | lL = 3,7 + 8,4×A; mL = 14,6 + 9,1×A; bL = 32,9 + 9,1×A | 17 559,7{
"text": "Третя з використаних нами моделей передбачає, що різноманіття особин одного віку за їхнім розміром може бути описане за допомогою двох ліній регресії, одна з яких відповідає відносно меншим, а інша – відносно більшим одновіковим особинам. Позначення, використані в табл. 2, пов’язані з англійськими словами lesser – менший і bigger – більший. Під час апроксимації спостережуваного різноманіття віково-розмірних відповідностей жаб використаний нами алгоритм обчислював значення коефіцієнтів двох лінійних залежностей, мінімізуючи суму квадратів відстаней від кожної точки до найближчої до неї прямої. Ми задали обмеження, згідно з якими ba ≥ la та bb ≥ lb (позначення див. у табл. 2). Результат опису емпіричних даних за допомогою двох ліній регресії, що відповідають відносно меншим і відносно більшим одновіковим особинам, показано на рис. 4. Модель з трьома лініями регресії (табл. 2) побудована аналогічним чином; у ній додається лінія регресії, що відповідає проміжним (medium) за відносним розміром особинам.\n

Рис. 4. Апроксимація емпіричного віково-розмірного різноманіття зелених жаб за допомогою двох лінійних залежностей\nКількість моделей, за допомогою яких можна описувати спостережуване різноманіття, потенційно необмежена. Наприклад, модель з трьом

\nРис. 4. Апроксимація емпіричного віково-розмірного різноманіття зелених жаб за допомогою двох лінійних залежностей\nКількість моделей, за допомогою яких можна описувати спостережуване різноманіття, потенційно необмежена. Наприклад, модель з трьома лініями регресії дає кращий результат, ніж з двома. Для вибору оптимального рівня детальності опису можна використовувати критерій кам'янистого осипу Кеттелла (Халафян, 2007). Згідно з цим критерієм, для опису емпіричних даних слід використовувати модель такого рівня детальності, якому відповідає найгостріший перегин залежності суми квадратів непояснених помилок від кількості припущень, прийнятих у моделі. Цьому критерію (рис. 5) відповідає модель з двома лініями регресії (рис. 4), яка і використовується далі в цій роботі.\n2. Порівняння різних форм жаб за ростовим показником (G). Усі розглянуті нами форми жаб (диплоїди та триплоїди P. esculentus, а також P. ridibundus) обох статей присутні як серед відносно менших, так і серед відносно більших особин. Щоб порівняти відносні розміри особин різного віку, потрібна незалежна від віку міра. Такою мірою може бути запропонована нами величина G, названа ростовим показником. Ростовий показник обчислювали за формулою Gx(j)=2×(Lx-lLj)/(bLj-lLj)-1, де Gx(j) – ростовий показник особини x віку j; Lx – довжина тіла особини x, lLj – очікуване значення довжини особини віку j, що відповідає лінії регресії для відносно менших особин (рис. 4), а bLj – очікуване значення довжини особини віку j, що відповідає лінії регресії відносно більших особин. Для жаб, розмір яких відповідає рівнянню регресії для відносно менших особин, ростовий показник набуває значення ‑1, для тих, що лежать на лінії регресії для більших особин, G=1, а для тих, хто перебуває посередині між двома лініями регресії, – G=0.\n

Рис. 5. Вибір складності моделі для опису емпірично зареєстрованого різноманіття особин за допомогою критерію кам'янистого осипу Кеттелла\nЗа допомогою критерію Краскела–Волліса (непараметричного аналога дисперсійного аналізу) ми визначили вплив

\nРис. 5. Вибір складності моделі для опису емпірично зареєстрованого різноманіття особин за допомогою критерію кам'янистого осипу Кеттелла\nЗа допомогою критерію Краскела–Волліса (непараметричного аналога дисперсійного аналізу) ми визначили вплив на ростовий показник (G) жаб трьох факторів: форми, статі та локалітетів, де збирали вибірки. Ми порівнювали три локалітети з найчисленнішими вибірками: околиці біостанції ХНУ імені В.Н.Каразіна в с. Гайдари (132 особини), Іськов став у околицях с. Гайдари (137 особин) та Нижній Добрицький став у околицях с. Велика Гомільша (130 особин). Усі ці три місцеперебування розташовані в Зміївському районі Харківської області в Національному природному парку «Гомільшанські ліси» або в його околицях. Єдиний фактор, вплив якого на ростовий показник (G) виявився значущим, – форма представників Pelophylax esculentus complex. Вплив статі виявився незначущим і навіть меншим, ніж вплив локалітету (рис. 6).\n

\nРис. 6. Порівняння значень ростового показника (G) у трьох розглянутих форм зелених жаб\nПопри те, що серед відносно менших (G<0) і відносно більших (G>0) особин є представники всіх трьох форм, представники батьківського виду мають нижчі значення ростового показника (G), ніж гібриди. Для всієї вивченої нами сукупності особин під час попарного порівняння форм за критерієм Манна–Уітні ростовий показник (G) значуще нижчий у P. ridibundus, ніж у диплоїдів P. esculentus (p<0,000001), і ніж у триплоїдів P. esculentus (p=0,0028). Рівень відмінностей такий, що його слід вважати значущим навіть з урахуванням поправки на множинні порівняння. Відмінності між диплоїдами та триплоїдами P. esculentus незначущі (p=0,59).\n3. Зв'язок відносних розмірів одновікових особин зі швидкістю їхнього росту. Показані на рис. 4 лінії регресії описують не динаміку індивідуального росту кожної особини, а різноманіття особин, що спостерігаються у вибірках із ГПС. Приклади динаміки індивідуального росту показані на рис. 7. На цьому рисунку показані всі особини, для яких розраховано розміри для 7 послідовних зимівель (№№ 5–13 на рис. 7). Усі ці особини (а також усі, для яких отримано оцінки розмірів для 6 зимівель) належать до групи відносно менших (G<0). Серед відносно більших особин (G>0) є лише 4, для яких розраховано розміри під час 5 зимівель (№№1–4 на рис. 7). Таким чином, на рис. 7 показані особини обох розмірних груп, ріст яких простежено протягом найдовшого строку. Серед таких особин є як P. ridibundus, так і P. esculentus; більшість цих особин – самиці, але серед них є і один самець (особина №8). Різниця між відносно меншими (G<0) і відносно більшими (G>0) одновіковими особинами пов'язана з різною швидкістю їхнього росту у віці 3–4 роки (табл. 3). Перехід із групи менших особин до групи більших (прикладом чого може бути ріст особини №2 на рис. 7) пов'язаний з періодом їхнього прискореного росту.\n

Рис. 7. Приклади динаміки зміни довжини тіла окремими представниками Pelophylax esculentus complex. Для кожної особини зазначено її форму, стать та довжину тіла (у мм)\nТаблиця 3. Порівняння відносних приростів на 3-му і 4-му роках життя відносно

\nРис. 7. Приклади динаміки зміни довжини тіла окремими представниками Pelophylax esculentus complex. Для кожної особини зазначено її форму, стать та довжину тіла (у мм)\nТаблиця 3. Порівняння відносних приростів на 3-му і 4-му роках життя відносно менших (G<0) і відносно більших (G>0) одновікових особин\n\nПоказник\n\n\nВідносно менші особини (G<0)\n\n\nВідносно більші особини (G>0)\n\n\np (за критерієм Манна–Уітні)\n\n\n\n\nМедіанне значення приросту на 3-му році\n\n\nlgme3 = 0,170\n\n\nbgme3 = 0,450\n\n\n0,001\n\n\n\n\nМедіанне значення приросту на 4-му році\n\n\nlgme4 = 0,176\n\n\nbgme4 = 0,288\n\n\n0,000007\n\n\n\n4. Зв'язок відносних розмірів одновікових особин з плодючістю самиць. Щоб перевірити припущення (Шабанов и др., 2014), що відносно менші й більші особини відрізняються за їхніми внутрішньопопуляційними онтогенетичними стратегіями (ВОС), слід порівняти ці групи особин за плодючістю самиць, тривалістю життя та строком початку розмноження. Ростовий показник (G) значуще пов'язаний з плодючістю самиць: коефіцієнт непараметричної кореляції Спірмена rS дорівнює 0,34 (p=0,009). Рівняння регресії, що описує зв'язок плодючості (F) з віком (A), для відносно менших самиць має вигляд F = ‑1325 + 335×A, а для відносно більших – F = 179 + 316×A. Порівнюючи плодючість самиць із двох розмірних груп (рис. 8) для тих вікових груп, за якими ми можемо провести порівняння (5, 6 і 7 років), ми можемо переконатися, що як середні значення, так і медіани кількості ікринок, що відкладаються, у відносно більших самиць у 2–3 рази вищі, ніж у відносно менших самиць того ж віку.\n

Рис. 8. Медіани кількості ікринок, що відкладаються самицями двох розмірних груп\n5. Зв'язок відносних розмірів одновікових особин з їхньою тривалістю життя. Найстаріші особини у вивченій нами вибірці належать до групи менших за розміром (рис. 4,

\nРис. 8. Медіани кількості ікринок, що відкладаються самицями двох розмірних груп\n5. Зв'язок відносних розмірів одновікових особин з їхньою тривалістю життя. Найстаріші особини у вивченій нами вибірці належать до групи менших за розміром (рис. 4, рис. 7). Серед особин старших за 6 років вік відносно менших значуще (p=0,045 під час порівняння за критерієм Манна–Уітні) перевищує вік відносно більших. Крім того, з очікуваною тривалістю життя тісно пов'язаний приріст на 4-му році життя (рис. 9).\n

$Рис. 9. Прирости 4-го року життя, характерні для особин, що дожили до різного віку\nНа основі результатів, відображених на рис. 9, можна встановити, що у особин віком від 4 до 6 років прирости 4-го року можуть бути досить різними: і невеликими (д$

\nРис. 9. Прирости 4-го року життя, характерні для особин, що дожили до різного віку\nНа основі результатів, відображених на рис. 9, можна встановити, що у особин віком від 4 до 6 років прирости 4-го року можуть бути досить різними: і невеликими (до 30%), і досить значними (до 100%). Більшість особин 7 років і всі особини старшого віку мають невеликі прирости 4-го року. Це означає, що жаби, які швидко ростуть між третьою та четвертою зимівлями, мають незначні шанси стати «довгожителями».\n6. Зв'язок відносних розмірів одновікових особин з настанням статевої зрілості та початком участі в розмноженні. Для оцінки часу дозрівання вивчених нами жаб можна використовувати три групи даних. Перший спосіб оцінки часу настання статевої зрілості пов'язаний з вивченням динаміки росту особин протягом їхнього життя. До того, як особина починає брати участь у нересті, вся отримана нею енергія, не витрачена на поточні потреби життєдіяльності, витрачається на її ріст і розвиток. Після того, як особина приступає до розмноження, значна частина витрат енергії (особливо у самиць) виявляється пов'язаною з розмноженням, і її ріст повинен сповільнюватися. Визначивши момент сповільнення росту протягом життя особини, ми можемо припустити, що він відповідає віку, в якому вона починає «інвестувати» не лише в себе, а й у своє потомство. Подібний аналіз можна виконати за даними, представленими на рис. 10. Зниження величини, показаної на рис. 10 (відношення приросту в наступному році до приросту в попередньому), означає сповільнення швидкості росту в певному віці, а значення, що перевищують 1, – прискорення росту. На основі даних, показаних на рис. 10, можна встановити, що серед відносно менших особин (G<0) сповільнення росту у самиць відбувається на 4-му році життя, а у самців – на 5-му та 6-му; серед відносно більших особин (G>0) у самиць – на 6-му році життя, а у самців – на 5-му (зниження на 8-му році пов'язане з тим, що показане на рисунку значення обчислено за єдиним самцем із цієї групи, що пережив 8-му зимівлю).\n

Рис. 10. Зміни середніх відношень річних приростів для двох послідовних років життя у самиць і самців груп, виділених за відносними розмірами одновікових особин\nДругий спосіб оцінки початку участі особин у розмноженні пов'язаний з аналізом їхньог

\nРис. 10. Зміни середніх відношень річних приростів для двох послідовних років життя у самиць і самців груп, виділених за відносними розмірами одновікових особин\nДругий спосіб оцінки початку участі особин у розмноженні пов'язаний з аналізом їхнього вікового складу у вибірках, зібраних на нересті. Досліджених нами жаб збирали на місцях нересту під час нересту; єдине виняток було зроблено для незрілих особин. Якщо жаби молодших вікових класів представлені у наших зборах менше, ніж представники старших, це означає, що під час нересту вони перебувають не на нерестилищах, а десь в іншому місці. З цієї точки зору, віку, в якому всі особини вперше беруть участь у нересті, має відповідати максимум на гістограмах, показаних на рис. 11. Скорочення наступних за чисельністю вікових класів пов'язане, насамперед, з їхньою смертністю.\n

Рис. 11. Розподіл жаб у вивченій нами вибірці за статтю та належністю до розмірної групи\nБільші самці приходять на нерест у повному складі раніше, ніж менші: у 5 років, а не в 6 (рис. 11). Більші самиці приходять пізніше, ніж менші: у 6 років, а

\nРис. 11. Розподіл жаб у вивченій нами вибірці за статтю та належністю до розмірної групи\nБільші самці приходять на нерест у повному складі раніше, ніж менші: у 5 років, а не в 6 (рис. 11). Більші самиці приходять пізніше, ніж менші: у 6 років, а не в 4. Ці результати повністю відповідають тим, що були отримані з використанням попереднього методу оцінки початку участі в розмноженні (рис. 10). Нарешті, третій спосіб визначення строку дозрівання особин – визначення наявності або відсутності сформованих гамет у особин певного віку. Завдяки каріогенетичним дослідженням, які проводила О.В.Бірюк, ми змогли встановити наявність або відсутність сформованих сперматозоїдів у сім'яниках 37 молодих самців усіх трьох форм, розглянутих у цій роботі (P. ridibundus, диплоїдів та триплоїдів P. esculentus). Серед 25 дворічок сперматозоїди не виробляли 21, серед 9 трирічок – 5. Усі три вивчені чотирирічні самці виробляли сперматозоїди. Серед дворічок і трирічок ті, що виробляли сперматозоїди, були дрібніші (незначуще), ніж ті, що ще не приступили до їхньої продукції (Biriuk et al., 2015). Підсумовуючи сказане, ми можемо встановити, що, найімовірніше, фізіологічне досягнення статевої зрілості у всіх жаб у вивченому нами регіоні відбувається до віку 3–4 роки. Попри це, до повноцінної участі в нересті (що супроводжується присутністю на місцях нересту та суттєвими витратами енергії на розмноження) більшість жаб переходить значно пізніше.\n7. Відносно більші або менші розміри одновікових особин як прояв внутрішньопопуляційних онтогенетичних стратегій (ВОС). Ми встановили, що жаби двох виділених нами груп відрізняються за синдромом (пов'язаним комплексом) ознак, що відображає специфіку їхньої адаптації до середовища. Ці відмінності відповідають раніше викладеним уявленням про внутрішньопопуляційні онтогенетичні стратегії (Шабанов и др., 2014). Згідно з визначеннями, наведеними у зазначеній статті, тугорослість – ВОС, що характеризується відносно низькою швидкістю росту, сповільненим дозріванням, зменшеною кількістю потомства за кожен цикл розмноження та відносно більшою тривалістю життя. У свою чергу, скороспілість – ВОС, що характеризується відносно високою швидкістю росту, раннім дозріванням, підвищеною кількістю потомства за кожен цикл розмноження та відносно коротшою тривалістю життя. Викладені в згаданій статті припущення підтвердилися в усіх відношеннях, крім одного. У ній припускалося, що стратегія, пов'язана з меншими розмірами, характеризується сповільненим дозріванням, а пов'язана з більшими розмірами – прискореним дозріванням. Це припущення ґрунтувалося насамперед на результатах дослідження Bufo bufo (L., 1758), сірих жаб (Маро и др., 2008). Як ми переконалися, щодо представників Pelophylax esculentus complex це припущення не виправдовується; під час переходу від однієї стратегії до іншої строки дозрівання різних статей змінюються в різних напрямках. У зв'язку з цим, у табл. 4, що узагальнює відмінності зареєстрованих нами ВОС, розглянуті нами стратегії названо малоразмірністю та крупноразмірністю. Ці стратегії загалом відповідають раніше описаним тугорослості та скороспілості (Шабанов и др., 2014), відрізняючись від них складнішим характером вступу до розмноження.\nТаблиця 4. Порівняння внутрішньопопуляційних онтогенетичних стратегій (ВОС) малоразмірності та крупноразмірності\n\nВОС\n\n\nХарактеристики\n\n\n\n\nМалоразмірність\n(undersized); G<0\n\n\nКрупноразмірність\n(oversized) ; G>0\n\n\n\n\n\n\nСамиці\n\n\nСамці\n\n\nСамиці\n\n\nСамці\n\n\n\n\nРозміри\n\n\n\n\n\nВідносно менші:\nlL = 9,7 + 8,3×A\n\n\n\n\nВідносно більші:\nbL = 32,5 + 8,3×A\n\n\n\n\n\nШвидкість росту\n\t\t\tв віці 3–4 роки\n\n\nВідносно низька:\nlgme3 = 0,170; lgme4 =0,176\n\n\nВідносно висока:\nbgme3 =0,450; bgme4 =0,288\n\n\n\n\n\nПовноцінна участь у нересті\n\n\nВідносно раннє:\nз 4 років\n\n\nВідносно пізнє:\nз 6 років\n\n\nВідносно пізнє:\nз 6 років\n\n\nВідносно раннє:\nз 5 років\n\n\n\n\nТривалість життя\n\n\nВідносно висока: до 10 років\n\n\nВідносно низька: до 8 років\n\n\n\n\n\nПлодючість самиць\n\n\nВідносно низька:\n\t\tF = ‑1325 + 335×A\n\n\n‒\n\n\nВідносно висока:\n\t\tF = 179 + 316×A\n\n\n‒\n\n\n\n\nКількість сезонів розмноження\n\n\nОсобливо велике:\n\t\tдо 7 років\n\n\nВідносно велике:\n\t\tдо 5 років\n\n\nОсобливо мале:\n\t\tдо 3 років\n\n\nВідносно мале:\n\t\tдо 4 років"
}Слід особливо підкреслити, що малорозмірні (G<0) і крупнорозмірні (G>0) особи зустрічаються в одних і тих самих місцевих середовищах і належать як до P. ridibundus, так і до диплоїдів і триплоїдів P. esculentus. Проте, як встановлено нами (рис. 6), у P. esculentus ВОС крупнорозмірності спостерігається значно частіше, ніж у P. ridibundus.
8. Можливе значення різноманітності ВОС, реалізованих представниками Pelophylax esculentus complex в одній ГПС. Оскільки ВОС малорозмірності і крупнорозмірності зустрічаються у зелених жаб, що спільно мешкають в одній ГПС, ми розглядаємо це різноманіття як адаптацію до внутріпопуляційних взаємодій. Для вивчення його значення може бути корисне імітаційне моделювання. Описаний нижче феномен був вперше зафіксований нами під час експериментів з імітаційною моделлю ГПС зелених жаб, виконаною в середовищі Microsoft Excel (Kravchenko, 2013). Потім його було детальніше досліджено нами з використанням описаної вище моделі А. О. Леонова (Shabanov et al., 2015).
Ми розглядали R‑E‑ГПС, що складаються з P. ridibundus і диплоїдних P. esculentus, які передають у гаметах жіночий геном P. lessonae. Для позначення геномів P. ridibundus ми використовуємо літеру R, а для позначення геномів P. lessonae — літеру L. Чоловічі геноми позначаються надстрочним знаком Y, а жіночі — X (гетерогаметним статтю у зелених жаб є чоловіча; Plötner, 2005). Клональний характер передачі геному позначається заключенням його символу в дужки. Використовуючи ці позначення, можна перерахувати всі типи схрещувань, які можуть відбуватися в описуваній ГПС:
– відтворення батьківського виду: ♀XRXR×♂XRYR → ♀♀XRXR : ♂♂XRYR;
– схрещування представників батьківського виду з гібридами, при якому весь нащадок складається з гібридів: ♀XRXR×♂YR(XL) → ♀♀XR(XL); ♀XR(XL)×♂XRYR → ♀♀XR(XL) : ♂♂YR(XL);
– схрещування гібридів з утворенням нежиттєздатних представників відсутнього в даній ГПС батьківського виду: ♀XR(XL)×♂YR(XL) → ♀♀(XL)(XL) → † (Plötner, 2005; Shabanov, 2015).
Трансформації описаної R‑E‑ГПС можуть призвести до одного з трьох результатів:
результат №1: перехід до популяції P. ridibundus; внаслідок зникнення P. esculentus;
результат №2: збереження R‑E‑ГПС внаслідок співіснування P. ridibundus і P. esculentus;
результат №3: зникнення ГПС внаслідок зникнення в ній P. ridibundus.
Якщо популяційно‑біологічні параметри P. ridibundus і P. esculentus, прийняті при моделюванні, ідентичні, частка P. esculentus у ГПС безперервно зростає, внаслідок їх більш ефективного відтворення. У такому випадку трансформації R‑E‑ГПС приводять до результату №3. Такий результат означає, що уявлення про ідентичність параметрів життєздатності у P. ridibundus і P. esculentus не відповідає дійсності. Якби це припущення було справедливим, R‑E‑ГПС існували б відносно недовго і закономірно зникали. Водночас нам відомо, що такі системи широко поширені в басейнах р. Мжа і р. Уди, правих притоках р. Северського Дону (Shabanov, 2015).
Ми припустили, що стійке співіснування P. ridibundus і P. esculentus може пояснюватися нижчою життєздатністю P. esculentus. Відповідно до цього припущення, зниження життєздатності гібридів має компенсувати перевагу в їх відтворенні. Як показано на рис. 12, це припущення не виправдало себе: залежно від співвідношення смертності P. ridibundus і P. esculentus реалізується або результат №1, або результат №3.

Рис. 12. Результати моделювання трансформацій R‑E‑ГПС при припущенні, що P. ridibundus і P. esculentus відрізняються лише за ймовірністю їхньої загибелі
Інший результат спостерігається у випадку, якщо P. ridibundus і P. esculentus реалізують різні ВОС. На рис. 13 показані результати моделювання у випадку, якщо P. ridibundus реалізує ВОС тугорослості, а P. esculentus — ВОС скороспілості (Shabanov et al., 2014). У цьому випадку виникає зона співвідношення життєздатностей двох форм, де можливе їх стале співіснування.
Ми припускаємо, що стале існування R‑E‑ГПС пов’язане з різноманіттям внутрі‑популяційних онтогенетичних стратегій особин у їх складі.

Рис. 13. Результати моделювання трансформацій R‑E‑ГПС при припущенні, що P. ridibundus і P. esculentus відрізняються за їх ВОС
Подяки
Автори висловлюють глибоку подяку класикові скелетохронологічних досліджень амфібій Е. М. Смирині (м. Москва) за допомогу в освоєнні методики, використаної в роботі, О. В. Біруку за кариогенетичні дослідження ряду вивчених нами особин жаб, членам групи популяційної екології амфібій Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна А. В. Коршунову, Є. В. Мелешко та іншим за допомогу у зборі та обробці матеріалу, співробітникам ЦІН РАН (м. Санкт‑Петербург) С. Н. Литвинчуку і Ю. М. Розанову за визначення генотипів ряду вивчених особин з використанням проточної ДНК‑цитометрії, а також А. О. Леонову, М. В. Владимировій, Г. Н. Жолткевичу (ХНУ імені В. Н. Каразіна), J. Newman і Q. Mair (Glasgow Caledonian University) за допомогу в імітаційному моделюванні. Крім того, автори дякують А. А. Атемасову за конструктивну критику даної роботи.
Список літератури
Бондарева А. А., Бибик Ю. С., Самило С. М., Шабанов Д. А. Цитогенетичні особливості еритроцитів зелених жаб з Північно‑Донецького центру різноманіття Pelophylax esculentus complex // Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. Серія «Біологія». – 2012. – Вип. 15 (№ 1008). – С. 116–123. /Bondareva A.A., Bibik Yu.S., Samilo S.M., Shabanov D.A. Tsitogeneticheskiye osobennosti eritrotsitov zelenykh lyagushek iz Seversko-Donetskogo tsentra raznoobraziya Pelophylax esculentus complex // Vіsnyk Kharkіvs'kogo natsional'nogo unіversitetu іmenі V.N.Karazіna. Serіya «Bіologіya». – 2012. – Vyp.15 (№1008). – S. 116–123.
Боркин Л. Я., Зиненко А. І., Коршунов А. В. та ін. Масова поліплоїдія в гібридогенному комплексі Rana esculenta (Ranidae, Anura, Amphibia) на Сході України // Матеріали I конференції Українського Герпетологічного Товариства – К.: Зоомузей ННПМ НАНУ, 2005. – С. 23–26. /Borkin L.Ya., Zinenko A.I., Korshunov A.V. i dr. Massovaya poliploidiya v gibridogennom komplekse Rana esculenta (Ranidae, Anura, Amphibia) na Vostoke Ukrainyi // MaterIali I konferentsiyi Ukrayinskogo Gerpetologichnogo Tovaristva – K.: Zoomuzey NNPM NANU, 2005. – S. 23–26.
Кравченко М. О. Екологічна стійкість популяційних систем гібридогенного комплексу зелених жаб (Pelophylax esculentus complex). Автореф. дис. … канд. біол. наук / 03.00.16 – екологія. – Дніпропетровськ, 2013. – 20 с. /Kravchenko M.O. Ekologіchna stіykіst' populyatsіynykh system gіbrydogennogo kompleksu zelenykh zhab (Pelophylax esculentus complex). Аvtoref. dys. … kand. bіol. nauk / 03.00.16 – ekologіya. – Dnіpropetrovs'k, 2013. – 20s.
Маро А. Н., Шабанова А. В., Шабанов Д. А. Чи можуть умови розвитку гусениць Bufo bufo визначати темпи постметаморфічного зростання і дозрівання жаб? // Вопроси герпетологии. Матеріали III з'їзду Герпетологічного товариства ім. А. М. Нікольського. – СПб, 2008. – С. 274–280. /Maro A.N., Shabanova A.V., Shabanov D.A. Mogut li usloviya razvitiya golovastikov Bufo bufo opredelyat' tempy postmetamorficheskogo rosta i sozrevaniya zhab? // Voprosy gerpetologii. Materialy III s'yezda Gerpetologicheskogo obshchestva im. A.M.Nikol'skogo. – SPb, 2008. – S. 274–280.
Смирина Е. М. Передсмертне визначення віку і ретроспективна оцінка розмірів тіла сірої жаби (Bufo bufo) // Зоол. журн. – 1983. – Т. 63, № 3. – С. 437–444. /Smirina E.M. Prizhiznennoye opredeleniye vozrasta i retrospektivnaya otsenka razmerov tela seroy zhaby (Bufo bufo) // Zool. zhurn. – 1983. – T.63, №3. – S. 437–444.
Усова Є. Є. Вік і швидкість зростання зелених жаб (Pelophylax esculentus complex) Нижнього Добрицького ставка (Зміївський район Харківської області) // Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. Серія: біологія. – 2014. – Вип. 20, № 1100. – С. 204–212. /Usova Ye.Ye. Vozrast i skorost' rosta zelenykh lyagushek (Pelophylax esculentus complex) Nizhnego Dobritskogo pruda (Zmiyevskoy rayon Khar'kovskoy oblasti) // Vіsnyk Kharkіvs'kogo natsional'nogo unіversytetu іmenі V.N. Karazіna. Serіya: bіologіya. – 2014. – Vyp.20, №1100. – S. 204–212.
Усова Є. Є., Шабанов Д. А. Про оптимізацію методики ретроспективної оцінки динаміки розмірів тіла представників Pelophylax esculentus complex (Amphibia, Ranidae) за допомогою скелетохронології // Zoocenosis-2009. Біорізноманіття та роль тварин в екосистемах. – Дніпропетровськ: Ліра, 2009. – С. 278–280. /Usova Ye.Ye., Shabanov D.A. Ob optimizatsii metodiki retrospektivnoy otsenki dinamiki razmerov tela predstaviteley Pelophylax esculentus complex (Amphibia, Ranidae) pri pomoshchi skeletokhronologii // Zoocenosis-2009. Bіorіznomanіttya ta rol' tvaryn v ekosistemakh. – Dnіpropetrovs'k: Lira, 2009. – S. 278–280.
Халафян А. А. Statistica 6. Статистичний аналіз даних. – М.: ТОВ «Біном‑Пресс», 2007. – 512 с. /Khalafyan A.A. Statistica 6. Statisticheskiy analiz dannykh. – M.: OOO «Binom-Press», 2007. – 512s.
Шабанов Д. А. Еволюційна екологія популяційних систем гібридогенного комплексу зелених жаб (Pelophylax esculentus complex) Лівобережного лісостепу України. Автореф. дис. … д‑ра біол. наук / 03.00.16 – екологія. – Дніпропетровськ, 2015. – 36 с. /Shabanov D.A. Evolyutsіyna ekologіya populyatsіynykh system gіbrydogennogo kompleksu zelenykh zhab (Pelophylax esculentus complex) Lіvoberezhnogo lіsostepu Ukrayiny. Avtoref. dys. … d-ra bіol. nauk / 03.00.16 – ekologіya. – Dnіpropetrovs'k, 2015. – 36s.
Шабанов Д. А., Коршунов А. В., Кравченко М. А. та ін. Внутріпопуляційні онтогенетичні стратегії скороспілості і тугорослості: визначення на прикладі безхвостих амфібій // Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. Серія: біологія. – 2014. – Вип. 22, № 1126. – С. 115–124. /Shabanov D.A., Korshunov A.V., Kravchenko M.A. i dr. Vnutripopulyatsionnyye ontogeneticheskiye strategii skorospelosti i tugoroslosti: opredeleniye na primere beskhvostykh amfibiy // Vіsnyk Kharkіvs'kogo natsional'nogo unіversitetu іmenі V.N. Karazіna. Serіya: Bіologіya. – 2014. – Vyp.22, №1126. – S. 115–124.
Шабанов Д. А., Литвинчук С. Н. Зелені жаби: життя без правил чи особливий спосіб еволюції? // Природа. – 2010. – № 3. – С. 29–36. /Shabanov D.A., Litvinchuk S.N. Zelenyye lyagushki: zhizn' bez pravil ili osobyy sposob evolyutsii? // Priroda. – 2010. – №3. – S. 29–36.
Biriuk O., Usova O., Meleshko O., Shabanov D. Composition and characteristic of subadult water frogs sample (Pelophylax esculentus complex) // Book of abstracts of the 3rd International workshop‑conference: Research and conservation of European herpetofauna and its environment: Bombina bombina, Emys orbicularis, and Coronella austriaca. – Daugavpils, Latvia, 2015. – P. 8.
Borkin L.J., Korshunov A.V., Lada G.A. et al. Mass occurrence of polyploid green frogs (Rana esculenta complex) in Eastern Ukraine // Russian Journal of Herpetology. – 2004. – Vol. 11, No 3. – P. 194–213.
Plötner J. Die westpaläarktichen Wasserfrösche. – Bielefeld: Laurenti‑Verlag, 2005. – 161 s.
Mezhzherin S.V., Morozov‑Leonov S.Yu., Rostovskaya O.V. et al. The ploidy and genetic structure of hybrid populations of water frogs Pelophylax esculentus complex (Amphibia, Ranidae) of Ukraine fauna // Cytology and Genetics. – 2010. – Vol. 44, No 3. – P. 212–216.
Shabanov D., Usova O., Kravchenko M. et al. Sustainable coexistence of the parental species and hemiclonal interspecific hybrids is provided by the variety of ontogenetic strategies // Herpetological Facts Journal. – 2015. – Vol. 2. – P. 35–43.
Представлено: Т.Ю. Маркіна / Presented by: T.Yu.Markina
Рецензент: А. А. Атемасов / Reviewer: A.A.Atemasov
Подано до редакції / Received: 1.10.2015