Статья

Алексей Геннадьевич Васильев, профессор, д.б.н., зав. лабораторией Института экологии растений и животных УрО РАН (620144, Россия, г. Екатеринбург, ул. 8 Марта, д. 202); iD ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5062-7288; e-mail: vag@ipae.uran.ru
Лариса Ефимовна Лукьянова, д.б.н., в.н.с. Института экологии растений и животных УрО РАН (620144, Россия, г. Екатеринбург, ул. 8 Марта, д. 202); iD ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8665-1047; e-mail: lukyanova@ipae.uran.ru
Юлия Владимировна Городилова, к.б.н., с.н.с. Института экологии растений и животных УрО РАН (620144, Россия, г. Екатеринбург, ул. 8 Марта, д. 202); iD ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4358-3969; e-mail: gorodilova@ipae.uran.ru

Васильев А.Г., Лукьянова Л.Е., Городилова Ю.В. 2023. Сопряженная изменчивость видов лесных полевок в нарушенных ветровалом и пожаром биотопах на примере Висимского заповедника (Средний Урал) // Nature Conservation Research. Заповедная наука. Т. 8(3). С. 24–46. https://dx.doi.org/10.24189/ncr.2023.020

Использование при мониторинге природных популяций и сообществ морфогенетических характеристик и функционально важных морфологических структур – одно из актуальных направлений развивающихся подходов экоморфологии и функциональной синэкологии. Впервые методами геометрической морфометрии для оценки устойчивости сообщества грызунов к двум природным катастрофическим явлениям, ветровалу и лесному пожару, изучена сопряженная изменчивость размеров и формы нижней челюсти на примере трех симпатрических видов лесных полевок в Висимском государственном природном заповеднике (Средний Урал). Новые подходы позволили проверить гипотезу о сходном спектре модификаций морфогенеза у таксономически и экологически близких симпатрических видов при их развитии в нарушенных биотопах. В двух измененных ветровалом и пожаром биотопах в разные по погодным условиям годы (2003–2004 гг.) изучили выборки сеголеток видов Clethrionomys glareolus, C. rutilus и Craseomys rufocanus. Установлено, что C. glareolus предпочла зарастающую гарь, C. rufocanus – зону ветровала, а у C. rutilus предпочтения не были выражены. У всех видов выявлены межгодовые и биотопические различия по изменчивости размеров и формы нижней челюсти. Погодные условия повлияли на изменчивость видов больше, чем биотопические. На основе функциональных мандибулярных индексов установлено, что форма нижней челюсти лесных полевок, как биоинструмент для добывания корма и его первичной обработки, в большей степени зависит от погодных факторов, чем от особенностей биотопов. Выражена сходная морфофункциональная реакция популяций симпатрических видов на сходные биотопы. Последнее отражает параллелизм модификаций морфогенеза мандибул у видов в нарушенной среде, подтверждая высказанную гипотезу. В частности на гари у изученных видов усилились тенденции к продольному перетиранию кормов, а в зоне ветровала – к грызению кормовых объектов (возможно семян хвойных растений). Предполагается, что погодные факторы опосредованно влияют на морфогенез особей видов через смену растительных сообществ, что изменяет их диету и механику нагрузки на костно-мышечный аппарат мандибул. Внутригрупповое разнообразие MNND (средняя дистанция между ближайшими соседними ординатами), отражающее меру дестабилизации развития, невелико у C. glareolus, указывая на устойчивость ее морфогенеза в обоих биотопах. У C. rufocanus показано стабильное развитие в зоне ветровала, а у C. rutilus оно нестабильно в обоих биотопах. Оценки стабильности развития по MNND согласуются с обилием видов и могут быть рекомендованы для целей мониторинга состояния популяций симпатрических видов лесных полевок и других грызунов на особо охраняемых природных территориях.

геометрическая морфометрия, грызуны, изменчивость, нижняя челюсть, особо охраняемая природная территория, природная катастрофа, стабильность развития

Поступила: 07.02.2023. Исправлена: 12.04.2023. Принята к опубликованию: 19.04.2023.

Арцыбашев Е.С. 2014. Влияние пожаров на лесные биогеоценозы // Биосфера. Т. 6(1). C. 53–59. DOI: 10.24855/biosfera.v6i1.204
Башенина Н.В. 1977. Пути адаптаций мышевидных грызунов. М.: Наука. 354 с.
Большакова Н.П. 2010. Эколого-физиологические и этологические характеристики популяций лесных полевок (р. Clethrionomys) при совместном обитании. Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Томск. 22 с.
Васильев А.Г., Васильева И.А., Шкурихин А.О. 2018. Геометрическая морфометрия: от теории к практике. М.: Товарищество научных изданий КМК. 471 с.
Воронцов Н.Н. 1982. Низшие хомякообразные (Cricetidae) мировой фауны. Часть 1. Морфология и экология. Фауна СССР. Млекопитающие. Т. 3. Л.: Наука. 451 с.
Гонгальский К.Б. 2014. Лесные пожары и почвенная фауна. М.: Товарищество научных изданий КМК. 169 с.
Громов И.М., Ербаева М.А. 1995. Млекопитающие фауны России и сопредельных территорий. Зайцеобразные и грызуны. СПб.: ЗИН РАН. 522 с.
Дэвис Д.С. 1990. Статистический анализ данных в геологии. Кн. 2. М.: Недра. 427 с.
Жерихин В.В. 2003. Избранные труды по палеоэкологии и филоценогенетике. М.: Товарищество научных изданий КМК. 542 с.
Кравченко Л.Б. 1999. Динамика сообщества и популяционные особенности лесных полевок (p. Clethrionomys) поймы средней Оби. Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Томск. 22 с.
Николаев И.И. 1977. Таксоцен как экологическая категория // Экология. №5. С. 50–55.
Огнев С.И. 1950. Звери СССР и прилежащих стран. Т. 7. М.-Л.: Изд-во АН СССР. 715 с.
Потапова Е.Г. 2019. Морфо-функциональные преобразования челюстной мускулатуры в эволюции грызунов // Журнал общей биологии. Т. 80(4). С. 260–273. DOI: 10.1134/S0044459619040079
Соколов В.Е. (ред.). 1981. Европейская рыжая полевка. М.: Наука. 352 с.
Харитонова А.О., Харитонова Т.И. 2021. Влияние ландшафтной структуры Мордовского заповедника (Россия) на распространение пожара 2010 года // Nature Conservation Research. Заповедная наука. Т. 6(2). С. 29–41. DOI: 10.24189/ncr.2021.022
Чернов Ю.И. 2008. Экология и биогеография. Избранные работы. М.: Товарищество научных изданий КМК. 580 с.
Шмальгаузен И.И. 1968. Факторы эволюции. М.: Наука. 451 с.
Ямборко А.В. 2015. Популяционная экология лесных полевок (род Clethrionomys) Северо-Восточной Азии. Автореф. дис. … канд. биол. наук. Владивосток. 24 с.
Abramson N.I., Petrova T.P., Dokuchaev N.E., Obolenskaya E.A., Lissovsky A.A. 2012. Phylogeography of the gray red-backed vole Craseomys rufocanus (Rodentia: Cricetidae) across the distribution range inferred from nonrecombining molecular markers // Russian Journal of Theriology. Vol. 11(2). P. 137–156. DOI: 10.15298/rusjtheriol.11.2.04
Ackerly D.D., Cornwell W.K. 2007. A trait-based approach to community assembly: partitioning of species trait values into within- and among-community components // Ecology Letters. Vol. 10(2). P. 135–145. DOI: 10.1111/j.1461-0248.2006.01006.x
Anderson P.S.L., Renaud S., Rayfield E.J. 2014. Adaptive plasticity in the mouse mandible // BMC Evolutionary Biology. Vol. 14. Article: 85. DOI: 10.1186/1471-2148-14-85
Andrews P., Hixson S. 2014. Taxon-free methods of palaeoecology // Annales Zoologici Fennici. Vol. 51(1–2). P. 269–284. DOI: 10.5735/086.051.0225
Badyaev A.V. 2014. Epigenetic resolution of the 'curse of complexity' in adaptive evolution of complex traits // Journal of Physiology. Vol. 592(11). P. 2251–2260. DOI: 10.1113/jphysiol.2014.272625
Badyaev A.V., Foresman K.R., Young R.L. 2005. Evolution of Morphological Integration: Developmental Accommodation of Stress‐Induced Variation // American Naturalist. Vol. 166(3). P. 382–395. DOI: 10.1086/432559
Barnosky A.D., Matzke N., Tomiya S., Wogan G.O.U., Swartz B., Quental T.B., Marshall C., McGuire J.L., Lindsey E.L., Maguire K.C., Mersey B., Ferrer E.A. 2011. Has the Earth's sixth mass extinction already arrived? // Nature. Vol. 471(7336). P. 51–57. DOI: 10.1038/nature09678
Berdyugin K.I. 1999. Rodent communities of the Northern Urals // Russian Journal of Ecology. Vol. 30(2). P. 119–125.
Bond D.P.G., Grasby S.E. 2017. On the causes of mass extinctions // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. Vol. 478. P. 3–29. DOI: 10.1016/j.palaeo.2016.11.005
Carleton M.D., Gardner A.L., Pavlinov I.Ya., Musser G.G. 2014. The valid generic name for red-backed voles (Muroidea: Cricetidae: Arvicolinae): restatement of the case for Myodes Pallas, 1811 // Journal of Mammalogy. Vol. 95(5). P. 943–959. DOI: 10.1644/14-MAMM-A-004
Ceballos G., Ehrlich P.R., Barnosky A.D., García A., Pringle R.M., Palmer T.M. 2015. Accelerated modern human-induced species losses: entering the sixth mass extinction // Science Advance. Vol. 1(5). Article: e1400253. DOI: 10.1126/sciadv.1400253
Chevin L.M., Lande R., Mace G.M. 2010. Adaptation, plasticity, and extinction in a changing environment: towards a predictive theory // PLoS Biology. Vol. 8(4). Article: e1000357. DOI: 10.1371/journal.pbio.1000357
Cohen J. 1992. A power primer // Psychology Bulletin. Vol. 112(1). P. 155–159. DOI: 10.1037//0033-2909.112.1.155
Cornette R., Tresset A., Herrel A. 2015. The shrew tamed by Wolff's Law: Do functional constraints shape the skull through muscle and bone covariation? // Journal of Morphology. Vol. 276(3). P. 301–309. DOI: 10.1002/jmor.20339
Cornwell W.K., Schwilk D.W., Ackerly D.D. 2006. A trait-based test for habitat filtering: Convex hull volume // Ecology. Vol. 87(6). P. 1465–1471. DOI: 10.1890/0012-9658(2006)87[1465:attfhf]2.0.co;2
Damuth J.D., Jablonski D., Harris R.M., Potts R., Stucky R.K., Sues H.D., Weishampel D.B. 1992. Taxon-free characterization of animal communities // Terrestrial Ecosystems Through Time: Evolutionary Paleoecology of Terrestrial Plants and Animals / A.K. Beherensmeyer, J.D. Damuth, W.A. Di Michele, R. Potts, H.D Sues., S.L. Wing (Eds.). Chicago, USA: University of Chicago Press. P. 183–203.
Donelan S.C., Hellmann J.K., Bell A.M., Luttbeg B., Luttbeg J.C., Orrock J.L., Sheriff M.J., Sih A. 2020. Transgenerational plasticity in human-altered environments // Trends in Ecology and Evolution. Vol. 35(2). P. 115–124. DOI: 10.1016/j.tree.2019.09.003
Donnelly K.P. 1978. Simulations to determine the variance and edge effect of total nearest neighbor distance // Simulation studies to archeology / I. Hodder (Ed.). Cambridge: Cambridge University Press. P. 91–95.
Fontaneto D., Panisi M., Mandrioli M., Montardi D., Pavesi M., Cardini A. 2017. Estimating the magnitude of morphoscapes: how to measure the morphological component of biodiversity in relation to habitats using geometric morphometrics // Science of Nature. Vol. 104(7–8). Article: 55. DOI: 10.1007/s00114-017-1475-3
Hammer Ø. 2009. New statistical methods for detecting point alignments // Computers and Geosciences. Vol. 35(3). P. 659–666. DOI: 10.1016/j.cageo.2008.03.012
Hammer Ø., Harper D.A.T., Ryan P.D. 2001. PAST: Paleontological Statistics software package for education and data analysis // Palaeontologia Electronica. Vol. 4(1). P. 1–9.
Hanski I. 1998. Metapopulation dynamics // Nature. Vol. 396(6706). P. 41–49. DOI: 10.1038/23876
Hedges L.V., Olkin I. 1985. Statistical methods for Meta-Analysis. New York: Academic Press. 369 p.
Hutchinson G.E. 1967. Treatise on Limnology. Vol. 2. Introduction to Lake Biology and the Limnoplankton. New York: John Wiley & Sons. 1115 p.
Jones K., Law C.J. 2018. Differentiation of craniomandibular morphology in two sympatric Peromyscus mice (Cricetidae: Rodentia) // Mammal Research. Vol. 63(3). P. 277–283. DOI: 10.1007/s13364-018-0364-2
Kaneko Y., Nakata K., Saitoh T., Stenseth N.C., Bjørnstad O.N. 1998. The biology of the vole Clethrionomys rufocanus: a review // Population Ecology. Vol. 40(1). P. 21–37. DOI: 10.1007/BF02765219
Klingenberg C.P. 2011. MorphoJ: an integrated software package for geometric morphometrics // Molecular Ecology Resources. Vol. 11(2). P. 353–357. DOI: 10.1111/j.1755-0998.2010.02924.x
Kruskal J.B. 1964a. Multidimensional scaling by optimizing goodness of fit to a nonmetric hypothesis // Psychometrika. Vol. 29. P. 1–27. DOI: 10.1007/BF02289565
Kruskal J.B. 1964b. Nonmetric multidimensional scaling: a numerical method // Psychometrika. Vol. 29. P. 115–129. DOI: 10.1007/BF02289694
Kryštufek B., Tesakov A.S., Lebedev V.S., Bannikova A.A., Abramson N.I., Shenbrot G. 2020. Back to the future: The proper name for red-backed voles is Clethrionomys Tilesius and not Myodes Pallas // Mammalia. Vol. 84(2). P. 214–217. DOI: 10.1515/mammalia-2019-0067
Lebedev V.S., Bannikova A.A., Tesakov A.S., Abramson N.I. 2007. Molecular phylogeny of the genus Alticola (Cricetidae, Rodentia) as inferred from the sequence of the cytochrome b gene // Zoologica Scripta. Vol. 36(6). P. 547–563. DOI: 10.1111/j.1463-6409.2007.00300.x
Lukyanova L.E. 2013. Association of sympatric small mammal species under contrasting environmental conditions // Russian Journal of Ecology. Vol. 44(1). P. 60–67. DOI: 10.1134/S1067413613010098
Lukyanova L.E. 2017. Effect of ecotone at the boundary of windfall- and fire-damaged forest biocenoses on the abundance of rodents and characteristics of their microhabitats // Russian Journal of Ecology. Vol. 48(3). P. 245–250. DOI: 10.1134/S1067413617030092
Maestri R., Monteiro L.R., Fornel R., de Freitas T.R.O., Patterson B.D. 2018. Geometric morphometrics meets metacommunity ecology: environment and lineage distribution affects spatial variation in shape // Ecography. Vol. 41(1). P. 90–100. DOI: 10.1111/ecog.03001
Mo J., Polly P.D. 2022. The role of dispersal, selection intensity, and extirpation risk in resilience to climate change: A trait-based modelling approach // Global Ecology and Biogeography. Vol. 31(6). P. 1184–1193. DOI: 10.1111/geb.13495
Parmesan C. 2006. Ecological and evolutionary responses to recent climate change // Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. Vol. 37. P. 637–669. DOI: 10.1146/annurev.ecolsys.37.091305.110100
Pausas J.G., Verdú M. 2008. Fire reduces morphospace occupation in plant communities // Ecology. Vol. 89(8). P. 2181–2186. DOI: 10.1890/07-1737.1
Pavlinov I.Ya. 2006. Systematics of Recent Mammals // Archive of Zoological Museum of Moscow State University. Vol. 47. P. 1–287.
Read A.F., Clark J.S. 2006. The next 20 years of ecology and evolution // Trends in Ecology and Evolution. Vol. 21(7). P. 354–355. DOI: 10.1016/j.tree.2006.05.003
Ricotta C., Moretti M. 2011. CWM and Rao's quadratic diversity: a unified framework for functional ecology // Oecologia. Vol. 167(1). P. 181–188. DOI: 10.1007/s00442-011-1965-5
Rohlf F.J. 2013a. TPSUtility Program, version 1.56. Stony Brook, NY: Department of Ecology and Evolution, State University of New York.
Rohlf F.J. 2013b. TPSDig, version 2.17. Stony Brook, NY: Department of Ecology and Evolution, State University of New York.
Rohlf F.J., Slice D. 1990. Extensions of the Procrustes Method for the Optimal Superimposition of Landmarks // Systematic Biology. Vol. 39(1). P. 40–59. DOI: 10.2307/2992207
Schleuning M., Neuschulz E.L., Albrecht J., Bender I.M.A., Bowler D.E., Dehling D.M., Fritz S.A., Hof C., Mueller T., Nowak L., Sorensen M.C., Böhning-Gaese K., Kissling W.D. 2020. Trait-based assessments of climate-change impacts on interacting species // Trends in Ecology and Evolution. Vol. 35(4). P. 319–328. DOI: 10.1016/j.tree.2019.12.010
Sheets H.D., Zelditch M.L. 2013. Studying ontogenetic trajectories using resampling methods and landmark data // Hystrix. Vol. 24(1). P. 67–73. DOI: 10.4404/hystrix-24.1-6332
Shvarts S.S. 1977. The evolutionary ecology of animals. Ecological mechanisms of the evolutionary process. New York: Consultants Bureau. 292 p.
StatSoft, Inc. 2011. Electronic statistics textbook. Tulsa, USA: StatSoft. Available from https://www.statsoft.com/textbook
Taguchi Y.H., Oono Y. 2005. Relational patterns of gene expression via non-metric multidimensional scaling analysis // Bioinformatics. Vol. 21(6). P. 730–740. DOI: 10.1093/bioinformatics/bti067
Tesakov A.S., Lebedev V.S., Bannikova A.A., Abramson N.I. 2010. Clethrionomys Tilesius, 1850 is the valid generic name for red-backed voles and Myodes Pallas, 1811 is a junior synonym of Lemmus Link, 1795 // Russian Journal of Theriology. Vol. 9(2). P. 83–86. DOI: 10.15298/rusjtheriol.09.2.04
Vasil'ev A.G. 2021. The Concept of Morphoniche in Evolutionary Ecology // Russian Journal of Ecology. Vol. 52(3). P. 173–187. DOI: 10.1134/S1067413621030097
Vasil'ev A.G., Vasil'eva I.A., Kourova T.P. 2015. Analysis of coupled geographic variation of three shrew species from southern and northern Ural taxocenes // Russian Journal of Ecology. Vol. 46(6). P. 552–558. DOI: 10.1134/S1067413615060223
Vasil'ev A.G., Bol'shakov V.N., Vasil'eva I.A., Evdokimov N.G., Sineva N.V. 2016. Assessment of nonselective elimination effects in rodent communities by methods of geometric morphometrics // Russian Journal of Ecology. Vol. 47(4). P. 383–391. DOI: 10.1134/S1067413616040159
Vasil'ev A.G., Vasil'eva I.A., Gorodilova Yu.V., Dobrinskii N.L. 2017. Chernov's compensation principle and the effect of rodent community completeness on the variability of Bank Vole (Clethrionomys glareolus) population in the Middle Urals // Russian Journal of Ecology. Vol. 48(2). P. 161–169. DOI: 10.1134/S106741361702009
Vasil'ev A.G., Bol'shakov V.N., Vasil'eva I.A. 2020. Intra- and interpopulation odontological variability in the Gray Red-backed Vole (Craseomys rufocanus) and Yu.I. Chernov's Compensation Principle // Russian Journal of Ecology. Vol. 51(1). P. 1–10. DOI: 10.1134/S1067413620010130
Vasil'ev A.G., Lukyanova L.E., Gorodilova Yu.V. 2022. The ratio of biotopic and interannual variability of bank voles in windfall- and fire-transformed forest biotopes of the Middle Urals // Russian Journal of Ecology. Vol. 53(6). P. 515–527. DOI: 10.1134/S1067413622060170
Violle C., Enquist B.J., McGill B.J., Jiang L., Albert C.H., Hulshof C., Jung V., Messier J. 2012. The return of the variance: intraspecific variability in community ecology // Trends in Ecology and Evolution. Vol. 27(4). P. 244–252. DOI: 10.1016/j.tree.2011.11.014
Young R.L., Sweeney M.J., Badyaev A.V. 2010. Morphological diversity and ecological similarity: versatility of muscular and skeletal morphologies enables ecological convergence in shrews // Functional Ecology. Vol. 24(3). P. 556–565. DOI: 10.1111/j.1365-2435.2009.01664.x
Zakharov V.M. 1992. Population phenogenetics: Analysis of developmental stability in natural populations // Acta Zoologica Fennica. Vol. 191. P. 7–30.
Zelditch M.L., Swiderski D.L., Sheets H.D., Fink W.L. 2004. Geometric Morphometrics for Biologists. A Primer. New York: Academic Press. 437 p. DOI: 10.1016/B978-0-12-778460-1.X5000-5