Популяционно-видовая структура малярийных комаров Центральной Европы

УДК 575.17:595.77

В. П. Перевозкин, А. С. Минич, Г. Т. Багаутдинова

ПОПУЛЯЦИОННО-ВИДОВАЯ СТРУКТУРА МАЛЯРИЙНЫХ КОМАРОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЕВРОПЫ

Изучены видовой состав и инверсионная структура популяций малярийных комаров Центральной Европы вдоль 520 с. ш. в Германии, Польше, Беларуси. В исследованных выборках обнаружено 2 вида Anopheles:

A. maculipennis и A. messeae. Установлен инверсионный полиморфизм по XL- и 3R-плечам политенных хромосом у A. messeae. Обсуждаются закономерности состава и частот инверсионных вариантов в зависимости от региона Европы и особенностей локальных экологических факторов биотопов.

Ключевые слова: малярийные комары, кариотип, инверсия, гомозигота, гетерозигота.

ВВЕДЕНИЕ

В течение последних десятилетий в Западной Европе наблюдается расширение географии трансмиссивных болезней, переносимых кровососущими комарами. В этой связи изучение видового состава и внутривидовой изменчивости, проведение обширного экологического мониторинга малярийных комаров на территории Западной Европы являются обязательными составляющими контроля над паразитарными инфекциями в регионе.

Цитогенетический метод остается наиболее доступным и адекватным, позволяющим идентифицировать большинство морфологически сходных палеарктических видов. В клетках слюнных желез личинок и мальпигиевых сосудов имаго этих насекомых содержатся гигантские политенные хромосомы, что дает возможность качественно анализировать их структуру. Некоторые виды Anopheles имеют широкий инверсионный полиморфизм, имеющий адаптивное значение [1]. Инверсии используются в качестве маркеров для определения последствий воздействия на комаров факторов среды [2] и как цитогенетическая система для изучения микроэволюционных событий в группе близкородственных видов.

Целью настоящего исследования было проведение сравнительного анализа популяционно-видовой структуры комаров рода Anopheles по широтной транс-секте в Центральной Европе (Германии, Польши, Беларуси). В задачи работы входило выяснение видового состава малярийных комаров в регионе, а также анализ инверсионного и кариоти-пического разнообразия в популяциях полиморфного вида A. messeae.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Выборки личинок 4-го возраста малярийных комаров были отобраны в августе 2012 г. в Герма -нии (г. Дюссельдорф, г. Гермерсхайм), в мае 20082010 гг. в Польше (г. Вроцлав и его окрестности, Миличевские пруды), в сентябре 2012 г. в Беларуси (окрестности г. Пинска). Все пункты сбора материала исследований находятся вдоль 52° с. ш. (рисунок).

Диагностику видов осуществляли цитогенетически. Для этого отловленных личинок 4-го возраста фиксировали спирт-уксусной смесью 3 : 1, далее из слюнных желез в камеральных условиях готовили временные препараты политенных хромосом по стандартной лактоацеторсеиновой методике [3]. В кариотипах полиморфного вида A. mes-

Точки сбора личинок малярийных комаров по широтной транс-секте в Центральной Европе

seae регистрировали гомо- и гетерозиготы по парацентрическим инверсиям [1]. Всего цитогенетически изучено 2б4 личинки.

При проведении межпопуляционного сравнительного анализа частот инверсий применялся критерий х2.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В ходе настоящих исследований во всех точках идентифицировано 2 вида комаров рода Anopheles: A. maculipennis s. Stricto и A. messeae Fall. (табл. 1). Это согласуется с ранее опубликованными данными по составу европейских видов малярийных комаров [4].

Редкие, специализированные виды Anopheles -A. plumbeus и A. claviger, также отмеченные в Центральной Европе [4], в изученных выборках не обнаружены. Следует особо подчеркнуть, что, согласно литературным данным, на всей территории Европы обитает A. atroparvus [1]. В наших исследованиях по широтной транс-секте в трех государствах - Германии, Польше, Беларуси - он не был обнаружен. Вряд ли это можно считать случайностью, тем более что ранее проведенное плотное исследование юго-запада ФРГ также не привело к обнаружению A. atroparvus [4].

Два европейских представителя - A. maculi-pennis и A. messeae - часто развиваются совместно в одних и тех же биотопах, предъявляя относительно схожие требования к факторам среды. Несмотря на функциональное сходство, оба вида имеют экологические отличия, что предопределяет их биотопическую разобщенность [5]. Изученные биотопы значимо отличались друг от друга по соотношению личинок A. maculipennis и A. mes-seae.

Доминантным видом почти повсеместно является A. messeae, субдоминантным - A. maculipennis. Только в одном местообитании (Польша, г. Вроцлав, ботанический сад) их соотношение оказалось равным (см. табл. 1, № 3). В целом можно отметить, что доля личинок A. maculipennis в водных биотопах в черте крупных городов, как Вроцлав и Дюссельдорф, наиболее высокая. Это указывает на выраженную антропофильность A. maculipennis и его приуроченность к урбанизированным территориям. Такая закономерность была отмечена ранее при анализе видовой структуры малярийных комаров в Калмыкии, где данный вид обнаружен исключительно в черте г. Элиста [6]. Очевидно, потенциально этот вид может иметь наибольшее значение в передаче малярии в Европе.

Сравнительный анализ видовой структуры Anopheles в биотопах с разной степенью урбанизи-рованности, проведенный во Вроцлаве, его пригороде и на удаленной заповедной территории прудов Миличи, подтверждает данный вывод. Как уже указывалось выше, в центре Вроцлава частота A. maculipennis достигает (48,7 ± 7,9) %, в пригороде его доля значимо снижается и не превышает (8,5 ± 4,7) %, а в заповедной зоне прудов Миличи в 2 из 3 локальных биотопов данный вид вообще не обнаружен. Третий водоем в Миличах отличался затененностью деревьями, скудностью водной растительности и низкой сапробностью воды. Интересно также отметить, что во всех исследованных водоемах Германии и Польши, где обнаружен только A. messeae (см. табл. 1, № 2, 5, 6), наблюдалась высокая плотность водоплавающих птиц. Возможно, этот фактор является лимитирующим для A. maculipennis. Например, в центре Гермерсхайма

Таблица 1

Видовая структура личинок малярийных комаров в исследованных биотопах Центральной Европы

№ п/п Точка сбора комаров Видовой состав Доля вида f і sf, % n

1 Германия, г. Дюссельдорф, ботанический сад (2012) A. maculipennis A. messeae 25.0 і 8,2 75.0 і 8,2 20

2 Германия, г. Гермерсхайм, пруд в городском парке (2012) A. maculipennis A. messeae 0 100 6

3 Польша, г. Вроцлав, ботанический сад (2008) A. maculipennis A. messeae 48,7 і 7,9 51,3 і 7,9 41

4 Польша, пригород Вроцлава, рыбное хозяйство (2008) A. maculipennis A. messeae 8.5 і 4,7 91.5 і 4,7 35

5 Польша, Грабовницы, пруды Миличи, озеро (2009) A. maculipennis A. messeae 0 100 49

б Польша, Грабовницы, пруды Миличи, канал № 1 (2009) A. maculipennis A. messeae 0 100 11

7 Польша, Грабовница, пруды Миличи, канал № 2 (2010) A. maculipennis A. messeae 13,7 і 7,0 86,3 і 7,0 51

8 Беларусь, окрестности г. Пинска (2012) A. maculipennis A. messeae 7,8 і 3,7 92,2 і 3,7 51

Примечание. n - число особей в выборке.

(ФРГ), где следовало бы ожидать его присутствие, с очень низкой численностью обнаружен только A. messeae. Очевидно, данные виды различаются по своим этологическим характеристикам и имеют разные экологические ниши. Инверсионный полиморфизм в популяциях A. maculipennis не установлен.

Преобладание A. messeae в изученных местообитаниях обусловлено более высокой экологической пластичностью, которая, в свою очередь, определяется хромосомной изменчивостью этого вида. Инверсии у малярийных комаров имеют адаптивное значение и закономерно замещают друг друга в тех или иных экологических условиях [2, 7]. В популяциях A. messeae в Центральной Европе выявлена инверсионная изменчивость по половой хромосоме ХЬ и по правому плечу третьей аутосомы 3Я (табл. 2).

Несмотря на низкое инверсионное разнообразие в целом, большинство изученных популяций A. messeae Центральной Европы значимо отличались друг от друга по составу и частотам различных хромосомных вариантов. Несомненно, основной причиной этих различий являются экологические особенности разных регионов Европы и локальные биотопические факторы. В городских популяциях Германии в равном соотношении встречаются две альтернативные инверсии по половой хромосоме (в совокупной выборке: ХЬ0 - 48,5 %; ХЬ! - 51,5 %). По правому плечу 3-й хромосомы в самом западном регионе исследований инверсии не обнаружены. Встречается только эволюционно исходный вариант 3И00.

В Польше зарегистрирована биотопическая подразделенность по инверсионному составу как половой хромосомы, так и по правому плечу третьей аутосомы. В центре Вроцлава (ботанический сад), где соотношение двух видов Anopheles примерно одинаковое, у A. messeae наблюдается, с одной стороны, мономорфизм по половой хромосоме (XL1), с другой - самая высокая доля 3R1 в составе гетерозигот из всех изученных биотопов Европы ((28,б і 10,1) %). В этой связи необходимо отметить, что хромосомные варианты 2Rq0, 3Rq0 и 3L00 A. messeae идентичны соответствующим аутосо-мам A. maculipennis, а по половой хромосоме наблюдается относительное сходство у A. macu-lipennis с эволюционно исходным вариантом XL0 A. messeae. Очевидно, в условиях высокой численности A. maculipennis и, как следствие, повышенной межвидовой конкуренции преимущество среди A. messeae получают особи с альтернативными инверсионными сочетаниями XL1 и 3R1

В окрестностях г. Вроцлава (рыбное хозяйство) и в заповедной зоне прудов Миличи уже установлено инверсионное разнообразие по двум хромосомам XL и 3R, но между собой эти выборки значимо отличаются по половой хромосоме за счет большей доли XL1 на прудах (%2 = 5,5; df = 1, p = 0,05), где в массе присутствуют водоплавающие птицы и ограничено присутствие человека. В то же время здесь зарегистрирована единственная личинка с гомозиготой 3R11. Это свидетельствует, с одной стороны, о незначительной роли миграций имаго в формировании кариотипической структуры популяций, с другой - о главенствующей роли локальных факторов

Таблица 2

Инверсионная структура изученных личиночных популяций А. messeae Центральной Европы

Вариант инверсии Частота инверсии в точке сбора

Дюссельдорф, центр, ФРГ Гермерсхайм, центр, ФРГ Вроцлав, центр, Польша Вроцлав, пригород, Польша Пруды Милича, Польша Пинск, пригород, Беларусь

Самцы

XL0 бб,7 і 21 100 0 14,3 і 3,б 14,5 і 7,3 31,2 і 5,9

XL1 33,3 і 21 0 100 85,7 і 3,б 85,5 і 7,3 б8,8 і 5,9

n б 3 10 14 55 1б

Самки

XL00 44,4 і 17,5 0 0 5,5 і 5,5 4,1 і 2,8 20,7 і 7,7

XL01 0 33,3 і 33,3 0 55,5 і 4,1 18,4 і 5,5 24,1 і 8,1

XL11 55,5 і 17,5 бб,7 і 33,3 100 39 і 4,1 77,5 і б,0 55,2 і 5,3

n 9 3 11 18 49 29

Оба пола

3R00 100 100 71,4 і 10,1 93,8 і 5,б 92,3 і 2,б 8б,7 і 5,1

3R01 0 0 28,б і 10,1 б,2 і 5,б б,7 і 2,5 13,3 і б,б

3R11 0 0 0 0 1,0 і 1,0 0

n 15 б 21 32 104 45

Таблица 3

Кариотипический состав популяций А. messeaе в точках сбора Центральной Европы

Варианты кариотипов Частота кариотипа в точке сбора, %

Дюссельдорф, ФРГ Гермерсхайм, ФРГ Вроцлав, Польша Вроцлав, пригород Польша Пруды Милича, Польша Пинск, Беларусь

XLoo2Roo3Roo3Loo 53,3 5О,О О 9,3 9,4 22,2

XLoi2Roo3Roo3Loo О 16,7 О 31,3 8,3 13,4

XLoo2Roo3Roi 3Loo О О О 0 О 2,2

XLoi2Roo3Roi 3Loo О О О 0 О 2,2

XL112R003R003L00 46,7 33,3 71,4 53,1 75,О 53,3

XL112R003R013L00 О О,ОО 28,6 6,3 6,3 6,7

XL112R003Rii3L00 О О,О О 0 1 О

отбора в личиночных биотопах. В Беларуси, в ок- XL002R003R003 L00, а для Польши и Беларуси доми-

рестностях г. Пинска, инверсионный состав по нирующий кариотип XL112R003 R003 L00, который

двум хромосомам XL и 3R оказался статистически включает инверсионный вариант половой хромосоответствующим пригороду Вроцлава. сомы, возникший вторично.

Самый высокий уровень кариотипического раз- Таким образом, результаты цитогенетического

нообразия обнаружен в окрестностях Пинска (Бе- анализа личинок A. messeae позволяют сделать вы-

ларусь), где установлено 6 кариотипов из 7 зареги- вод о том, что основным механизмом регуляции кастрированных в Европе (табл. 3). риотипической структуры популяций в Централь-

Наименьшее разнообразие кариотипов отмече- ной Европе является изменение состава половой

но для таких крупных городов, как Дюссельдорф и хромосмы XL под действием факторов отбора.

Вроцлав (по 2 сочетания инверсий). При этом в Работа выполнена при финансовой поддержке

«немецких» личиночных популяциях доминирую- грантов РФФИ: № 12-04-01462-а, № 13-04-10127-к,

щим является эволюционно исходный вариант № 11-04-00716-а

Список литературы

1. Стегний В. Н. Популяционная генетика и эволюция малярийных комаров. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1991. 136 с.

2. Перевозкин В. П., Сайджафарова А. О. Динамика популяционно-видовой структуры малярийных комаров Томской области // Вестн. Том. гос. пед. ун-та. 2006. № 6. В. 57. С. 64-68.

3. Кабанова В. М., Карташова Н. Н., Стегний В. Н. Кариологическое исследование природных популяций малярийного комара в Среднем Приобье. Характеристика кариотипа Anopheles maculipennis messeae Fal. // Цитология. 1972. Т. 14, № 5. С. 630-636.

4. Перевозкин В. П., Гордеев М. И., Николаева Н. В., Бекер Н. Популяционно-видовая структура комаров рода Anopheles (Diptera, Culicidae) долины Верхнего Рейна, ФРГ // Мед. паразитология и паразитар. болезни. 2010. № 2. С. 29-32.

5. Новиков Ю. М., Гордеев М. И., Гаденова Е. В. Экологическая дифференциация личинок Anopheles messeae, A. maculipennis и A. beklemishevi// Зоол. журн. 1983. Т. 62, № 12. С. 1818-1825.

6. Перевозкин В. П., Гордеев М. И., Бондарчук С. С. Популяционно-видовая структура малярийных комаров (Diptera, Culicidae) Прикаспийской низменности и Кумо-Манычской впадины // Мед. паразитология и паразитар. болезни. 2012. № 1. С. 12-17.

7. Стегний В. Н., Кабанова В. М., Новиков Ю. М., Плешкова Г. Н. Инверсионный полиморфизм малярийного комара Anopheles messeae. I. Распространение инверсий по ареалу вида // Генетика, 1976. Т. 12, № 4. С. 47-55.

Перевозкин В. П., кандидат биологических наук, доцент, доцент кафедры.

Томский государственный педагогический университет.

Ул. Киевская, 60, Томск, Россия, 634061.

Научно-исследовательский институт биологии и биофизики Томский государственный университет.

Пр. Мира, 27, Томск, Россия, 634059.

E-mail: pvptomsk@rambler.ru

Минич А. С., доктор биологических наук, доцент, профессор кафедры.

Томский государственный педагогический университет.

Ул. Киевская, 60, Томск, Россия, 634061.

E-mail: minich@tspu.edu.ru

Багаутдинова Г. Т., студент.

Томский государственный педагогический университет.

Ул. Киевская, 60, Томск, Россия, 634061.

E-mail: bhf@tspu.edu.ru

Материал поступил в редакцию 21.06.2013.

V P. Perevozkin, A. S. Minich, G. T. Bagautdinova POPULATION-SPECIFIC STRUCTURE OF MALARIA MOSQUITOES IN CENTRAL EUROPE

The article deals with the species composition and structure of the population inversion of malarial mosquitoes in Central Europe: Germany, Poland, Belarus. In the studied samples there were revealed two species Anopheles: A. messeae and A. maculipennis. There was set inversion polymorphism and XL-3R-shoulders polytene chromosomes of A. messeae. The authors discuss regularities of the composition and the frequency of the inversion of options depending on the region of Europe and the characteristics of local environmental factors habitats.

Key words: malarial mosquitoes, karyotype, inversion, homozygote, heterozygote.

Perevozkin V. P.

Tomsk State Pedagogical University.

Ul. Kievskaya, 6O, Tomsk, Russia, 634О61.

E-mail: pvptomsk@rambler.ru

Minich A. S.

Tomsk State Pedagogical Uuniversity.

Ul. Kievskaya, 6O, Tomsk, Russia, 634О61.

E-mail: minich@tspu.edu.ru

Bagautdinova G. T.

Tomsk State Pedagogical University.

Ul. Molodezhnaja, 2, Tomsk, Russia, 634522.

E-mail: bhf@tspu.edu.ru