себежского национального парка (псковская область)
advertisement
СОДЕРЖАНИЕ ЗООЛОГИЯ Никулин А. Д., Чистяков Д. В. Экология рукокрылых (Chiroptera, Vespertilionidae) Себежского национального парка (Псковская область) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 ПО МАТЕРИАЛАМ ОДИННАДЦАТОЙ НАУЧНОЙ СЕССИИ МОРСКОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА Обухов Д. К., Обухова Е. В., Пущина Е. В., Королёва Т. В. Сравнительный анализ структурно-функциональной организации головного мозга лососевых рыб. Сообщение II. Строение и развитие головного мозга симы Oncorhynchus masu Brev. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Старунова З. И., Михайлова Н. А., Гранович А. И. Анализ межпопуляционных и внутрипопуляционных различий формы раковины у представителей видового комплекса «saxatilis» (Mollusca: Caenogastropoda) методами геометрической морфометрии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Назарова С. А., Генельт-Яновский Е. А., Максимович Н. В. Линейный рост Macoma balthica в осушной зоне Мурманского побережья Баренцева моря . . . . . . . Стогов И. А., Полякова Н. В., Старков А. И., Мовчан Е. А. Планктонные коловратки и ракообразные водоемов в районе МБС СПбГУ (о. Средний, Керетский архипелаг, Кандалакшский залив Белого моря) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 23 35 44 Чужекова Т. А., Фатеев Д. А., Стогов И. А. Структурно-функциональные характеристики макрозообентоса нижнего течения реки Летняя (Карельский берег Белого моря) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Шатских Е. В., Лайус Д. Л., Иванова Т. С. Биотопическая приуроченность молоди трехиглой колюшки Gasterosteus aculeatus L. в естественных и экспериментальных условиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 61 БОТАНИКА Паутов А. А., Арбичева А. И. Возрастные изменения древесины Agathis brownii Lem. (Araucariaceae). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Гагарина Л. В., Гимельбрант Д. Е. Интересная находка Gyalecta derivata (Nyl.) H. Olivier на Северо-Западе Европейской России . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Бондаренко С. В. Анализ флоры Кабардино-Балкарского государственного высокогорного заповедника (Центральный Кавказ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 78 81 ФИЗИОЛОГИЯ, БИОФИЗИКА, БИОХИМИЯ Петрова Т. А., Лянгузов А. Ю., Стефанов В. Е. Энзимологическая школа кафедры биохимии Санкт-Петербургского государственного университета: традиции и современность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Куранова М. Л., Павлов А. Е., Спивак И. М., Сурма С. В., Щеголев Б. Ф., Кузнецов П. А., Стефанов В. Е. Воздействие гипомагнитного поля на живые системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ворожцова Е. В., Духовлинов И. В., Климов Н. А., Козлов А. П. Усиление иммуногенности плазмидной ДНК, экспрессирующей белок Gag вируса иммунодефицита человека, при ко-трансфекции плазмидой, несущей ген дефенсина-2β . . Черняева Е. Н., Добрынин П. В., Пестова Н. Е., Матвеева Н. Г., Жемков В. Ф., Козлов А. П. Обнаружение мутаций, ассоциированных с устойчивостью к офлоксацину в генах gyrA и gyrB, и молекулярно-генетический анализ офлоксацин-устойчивых изолятов M. tuberculosis, выявленных в Санкт-Петербурге в 2008 г. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 99 108 117 Рефераты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Abstracts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Авторы выпуска . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Перечень статей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Contents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 2010 ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА Сер. 3 Вып. 4 ЗООЛОГИЯ УДК 599.42,599.426,591.531.257 А. Д. Никулин, Д. В. Чистяков ЭКОЛОГИЯ РУКОКРЫЛЫХ (CHIROPTERA, VESPERTILIONIDAE) СЕБЕЖСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА (ПСКОВСКАЯ ОБЛАСТЬ) На территории Псковской области первые фаунистические работы, в которых упоминаются летучие мыши, проводились уже в конце XIX — начале XX столетия [1]. Однако рукокрылые не являлись объектом специальных наблюдений, вследствие чего полученные сведения были фрагментарными. И до недавнего времени для этого региона не существовало даже полного списка видов, основанного на достоверных данных. Первый список характерных для области видов рукокрылых был составлен лишь в конце 90-х гг. прошлого столетия [2]. В настоящей статье представлены материалы, дополняющие сведения по особенностям распространения и трофической биологии рукокрылых на территории Себежского национального парка, расположенного на юго-западе Псковской области. Материалы и методы исследования Наблюдения и сбор материала проводились в августе 2000 г. и в июле 2007–2008 гг., изучение рациона рукокрылых — в 2007–2008 гг. Территория исследований охватывала различные районы парка. Основными местами наблюдений являлись водоемы, населенные пункты и лесные участки, расположенные в 12 точках (рис. 1). Для отлова рукокрылых применяли паутинные сети (2,5×6 м), экспонировавшиеся в течение всей ночи, обычно использовали от 3 до 5 сетей одновременно. Также применялись мобильные ловушки [3], которые, в отличие от паутинных сетей, дают возможность отлавливать особей непосредственно в местах их охоты, что является важным при изучении питания летучих мышей. Во избежание повторных учетов рукокрылые, пойманные в 2000 г., были окольцованы. В 2007–2008 гг. их помечали выстриганием участка шерсти, а также регистрировали как визуально, так и при помощи ультразвукового детектора (D100, Pettersson Electronic AB). c А. Д. Никулин, Д. В. Чистяков, 2010 3 Рис. 1. Места проведения исследований: 1 — оз. Мальково; 2 — р. Угоринка; 3 — Мидинское лесничество; 4 — оз. Островно; 5 — д. Рудня; 6 — оз. Ормея; 7 — р. Дегтяревка; 8 — д. Картенки; 9 — оз. Глыбуха; 10 — оз. Осыно; 11 — д. Красиково; 12 — р. Нища Для сбора экскрементов отловленные особи помещались в тканевые мешочки, где содержались до 6–7 ч, а затем выпускались на волю в месте отлова. Изучение состава рациона происходило на основании анализа остатков насекомых в экскрементах [4]. В полевых условиях экскременты обрабатывались инсектицидами (для уничтожения разрушающих их беспозвоночных копрофагов) и сохранялись в сухом виде. Собственно пищевые остатки — фрагменты хитина артропод определяли под бинокулярной лупой до отрядов и семейств. За время исследований нами было отловлено 37 летучих мышей, среди которых выявлено 7 видов. Проанализировано более 400 фрагментов артропод из их пищевых остатков. Результаты исследований и их обсуждение Водяная ночница (Myotis daubentonii Kuhl, 1817) была отмечена только в трех местах, где вели учет рукокрылых (рис. 2). В наибольшем количестве этот вид отмечался на р. Угоринка. Здесь одновременно охотилось 10–12 представителей этого вида. На р. Нища были найдены только единичные особи водяной ночницы. На больших, открытых пространствах особи этого вида не отмечались. На Осынском озере численность водяной ночницы невелика из-за небольшого количества заводей со спокойной и чистой водной поверхностью — ее основных мест охоты. Вероятно, в условиях Себежского национального парка водяная ночница не является широко распространенным 4 видом, несмотря на наличие на исследованной территории значительного количества крупных водоемов. Особи этого вида, скорее всего, будут встречаться на реках, в основном в их устьях. Рис. 2. Места находок (A) — водяной ночницы (Myotis daubentonii) и (Б) — прудовой ночницы (Myotis dasycneme) Нами было проанализировано 84 фрагмента артропод из рациона 5 водяных ночниц, отловленных в 2007 г., в котором обнаружены насекомые 3 отрядов (таблица). Доминирующее положение в рационе занимают Diptera (92,9%), представленные исключительно насекомыми подотряда Nematocera. Доля отряда Hymenoptera подотряда Apocrita составляет 5,6%, доля Trichoptera — 3,4%. В связи с жесткой привязанностью к околоводным биотопам, что также характерно и для исследованной территории, внутрисезонной изменчивости рациона водяная ночница не проявляет, так как состав энтомофауны этих стаций весьма стабилен в течение летнего сезона. Все насекомые, отмеченные в рационе водяной ночницы, обладают активным полетом или ведут ночной образ жизни, что свидетельствует о том, что основной кормодобывающей стратегией этого вида является ловля насекомых в воздухе. Вероятно, водяная ночница в Псковской области также проявляет стратегию сбора объектов с субстрата, которая была отмечена в Ленинградской области [5], что, однако, при проведении визуальных наблюдений не подтвердилось. Прудовая ночница (Myotis dasycneme Boie, 1825). Одна особь M. dasycneme была отловлена нами на оз. Островно и одна особь на оз. Глыбуха, кроме того, две охотящиеся прудовые ночницы регистрировались на р. Угоринка (см. рис. 2). Вероятно, невысокая численность этого вида характерна для всей исследованной территории в связи с общими для Северо-Запада России тенденциями распространения. Так, например, в 5 Процентное соотношение компонентов питания в рационе отловленных видов рукокрылых M. daubentonii N. noctula N. noctula P. nathusii P. nathusii V. murinus P. auritus 2007 2008 2007 2008 Класс Insectaectognatha Отряды Ephemeroptera Dermaptera Hemiptera Семейства Corixidae Pentatomidae Gerridae Не опред. Отряд Neuroptera Семейство Chrysopidae Отряд Coleoptera Семейства Carabidae Elateridae Scarabaeidea Coccinellidae Cerambycidae Не опред. Отряд Diptera Подотряды Nematocera Cyclorrhapha Brachycera Не опред. Отряды Lepidoptera Trichoptera Hymenoptera Подотряд Apocrita Отряд Orthoptera Семейства Tettigonidae Acrididae Отряд Odonata Класс Arachnida Отряд Aranei 100% 100% 100% – – – 4,8±1,4 – 4,4±1,7 3,0±1,9 – – – – – – – 1,6±1,0 1,4±0,9 1,4±0,9 – – – – 1,0±1,0 0,9±0,9 – – 2,4±2,4 – – 2,4±2,4 – – – 16,6±1,8 13,1±3,4 100% 100% 100% 94% – – 1,8±1,8 – – 1,8±1,8 3,5±1,7 – – – – – – 1,8±1,8 – 1,8±1,8 – – 8,0±2,7 – – – 8,0±2,7 – – – 3,0±3,0 – – – 12,5±1,9 11,0±2,3 – – 1,9±1,1 3,5±1,7 – – – – – – 92,9±2,9 1,6±1,0 0,6±0,6 11,0±2,0 – 2,8±2,0 0,6±0,6 41,1±3,7 2,0±0,7 – 8,5±2,5 – 2,6±1,1 – 53±2,4 – – – – – – – – – – – – 3,0±3,0 – – – – – – – – – – – 54,6±4,5 62,1±4,9 64,2±5,8 18,3±6,1 92,9±2,9 – – – 21,5±2,9 2,4±1,7 – 17,2±3,5 53±2,4 – – – 44,5±4,1 – 3,7±3,7 6,4±4,7 – 4,7±2,9 – – 13,9±3,6 14,6±1,1 – – 25,4±2,9 57,4±3,1 11,3±4,6 15,2±3,1 12,8±2,8 14,2±1,7 – 9,5±2,2 3,9±2,0 – 7,2±3,9 9,2±3,1 – – 3,9±2,0 – – – – – 48,2±2,5 – 4,1±1,2 – 64,2±5,8 – – – 3,9±1,9 14,4±4,6 – – – 2,3±1,5 – – – – 3,5±3,5 – – – – – 0,5±0,5 1,8±1,2 1,7±1,7 – – – – 1,1±1,1 – – – – – – – – – – – – – – 8,6±4,6 – – – 3,5±3,5 3,5±3,5 6,0±1,8 6,0±1,8 П р и м е ч а н и е. Для удобства восприятия названия классов и отрядов артропод, а также соответствующие им значения в таблице выделены жирным шрифтом. Ленинградской области прудовая ночница встречается реже, чем водяная, и ей свойственна большая спорадичность распространения [6]. Кроме того, этот вид достаточно редок в соседней Белоруссии [7]. Рыжая вечерница (Nyctalus noctula Schreber, 1774). На территории парка рыжая вечерница наблюдалась в районе д. Осыно (2 особи охотились над дорогой). Одна особь этого вида отмечалась в д. Черново (вблизи оз. Островно). Во время учета на р. Нища 6 и в д. Красиково были отмечены две охотящиеся вместе рыжие вечерницы. Кроме того, особи этого вида регистрировались на оз. Глыбуха, на р. Угоринка, на оз. Ормея, на оз. Мальково, вблизи д. Рудня и в д. Картенки. Распространение рыжей вечерницы не приурочено к водоемам, однако при возможности она использует их в качестве кормовых участков, часто спускаясь почти к самой поверхности водоемов. При отсутствии водоемов особи охотятся высоко над кронами деревьев или над дорогами, что обычно для этого вида. По нашим данным, рыжая вечерница — достаточно широко распространенный вид в Себежском национальном парке (рис. 3). Однако на исследованной территории мы не отмечали высокой численности рыжей вечерницы, характерной для пригородных парков соседней Ленинградской области, что, видимо, связано с составом древесных пород. Рис. 3. Места находок (A) — рыжей вечерницы (Nyctalus noctula) и (Б) — нетопыря Натузиуса (Pipistrellus nathusii) В 2007 г. было отловлено 7 рыжих вечерниц. Проанализировано 127 фрагментов артропод. В рационе представлены насекомые 9 отрядов (см. таблицу). Доминирующее положение занимает отряд Diptera (41,1%) с подотрядами Nematocera (21,5%) и Cyclorrhapha (2,4%). Гораздо меньше доля отряда Coleoptera (16,6%) с семействами Scarabaeidae (11%), Cerambycidae (2,8%), Carabidae (1,6%), Elateridae (1,6%) и отряда Lepidoptera (13,9%). На четвертом месте в рационе стоит отряд Trichoptera (11,3%). Отряд Ephemeroptera составляет 4,8%, отряд Hemiptera — 4,4% с семействами Miridae (1,6%) и Gerridae (1,4%). В рационе меньше всего представителей отрядов Hymenoptera (подотряд Apocrita) — 3,9%, Orthoptera (семейства Acrididae (1,8%) и Tettigonidae (0,5%)), Odonata — 1,7%. 7 Рацион двух особей, отловленных в 2008 г. в д. Осыно, достоверно не отличается от рациона таковых, пойманных в 2007 г. Основным объектом питания являются Diptera (53%), представленный подотрядом Nematocera. На втором месте в рационе стоит отряд Trichoptera (15,2%). Менее значимы в рационе насекомые отряда Lepidoptera (14,6%) и отряда Coleoptera (13,1%), семейств Scarabaeidae, Cerambycidae, Carabidae. Отряд Ephemeroptera составляет 3%, отряд Odonata — 1,1%. В начале исследования мы предположили, что рацион рыжей вечерницы будет различаться в разных биотопах вследствие существенной разницы в составе энтомофауны. Тем не менее в процессе исследования было показано, что достоверных различий между рационами особей, отловленных в различных биотопах, практически нет, за исключением различий в составе Hymenoptera в 2007 г. Данные насекомые составляли 3,9% рациона и фигурировали только в питании особей, отловленных в сосновых лесах. Во всех остальных случаях в рационе рыжей вечерницы на всех участках отлова присутствовали и околоводные, и луговые, и лесные насекомые. Это свидетельствует о том, что рыжая вечерница не охотится в течение всего периода кормежки на одном месте, а летает по большой территории, посещая различные биотопы, что подтверждается результатами визуальных наблюдений: в большинстве мест проведения исследований рыжая вечерница отмечалась нами охотящейся в различных стациях. Кроме того, мы никогда не наблюдали длительного кормления данного вида в точках отловов. В Псковской области рыжая вечерница питается преимущественно ночными насекомыми, но в ее рацион включены также и дневные формы. Хорошо иллюстрирует этот факт соотношение в рационе подотрядов отряда Diptera. Достоверно большую долю составляют ночные Nematocera (21,5%), вероятно, семейства Culicidae, Tipulidae или Chironomidae. Гораздо меньший, но стабильно фигурирующий у всех особей процент приходится на дневных Cyclorrhapha (2,4%). Их присутствие в рационе рукокрылых, пойманных во время вечерней охоты, говорит о том, что это могут быть насекомые, по тем или иным причинам задержавшие свою активность до заката и случайно попавшие в рацион летучих мышей. Однако известно, что у рукокрылых пищеварение происходит очень быстро, и остатки съеденных в вечернюю кормежку насекомых выходят с пометом уже через несколько часов [8]. Поэтому наличие насекомых с дневной активностью в рационе особей, отловленных в течение ночи и в утренние часы, может свидетельствовать о проявлении стратегии сбора объектов с субстрата. Одну из подобных особенностей питания мы наблюдали в д. Осыно после сильного дождя. Вечерницы собирали сбитых водой насекомых или в непосредственной близости от земли, или прямо с поверхности дороги. Наше предположение также подтверждает наличие в рационе данного вида нелетающих и плохо летающих насекомых: Hemiptera (сем. Miridae) и Coleoptera (сем. Carabidae). Ориентированность питания на мелкие объекты, несмотря на крупные размеры рыжей вечерницы, не уникальный случай. В Среднем Приднепровье в Украине рыжая вечерница предпочитает охотиться на Diptera, преимущественно на мелких Chironomidae и Simulidae. Менее значима доля Coleoptera (семейства Scarabaeidae, Elateridae, Cerambycidae), еще меньше — Lepidoptera. Незначительный процент приходится на Orthoptera, Hemiptera и Hymenoptera. В рацион также включены Trichoptera [9]. В украинских Карпатах основным объектом охоты также являются Diptera, но большей частью — Tipulidae. Меньшая доля приходится на Lepidoptera, еще меньшая — на Coleoptera с доминирующим в отряде семейством Carabidae. В небольшом количестве представлены насекомые отрядов Orthoptera, Hemiptera и Hymenoptera. Также в раци8 оне присутствуют Neuroptera [10]. Рацион рыжей вечерницы в этих двух регионах Украины сходен с рационом исследованной территории. Здесь также доминируют Diptera, а рацион представлен теми же отрядами и семействами в относительно сходном соотношении. Следует отметить, что в соседней Ленинградской области большую часть рациона занимают крупные Lepidoptera (22–25%) и Coleoptera (27–33%) [11]. Нетопырь Натузиуса (Pipistrellus nathusii Keyserling, Blasius, 1839) регистрировался практически во всех местах, где учитывались рукокрылые (см. рис. 3). Особи этого вида отлавливались вблизи оз. Островно (8 особей) и на оз. Глыбуха (5 особей). Вблизи оз. Нечерица было обнаружено убежище нетопырей, расположенное в дупле березы на высоте около 4–5 м. Представители этого вида в наибольшем количестве отмечались над водоемами (озерами или реками). Охотясь над водной поверхностью, нетопыри обычно летали на высоте около четырех метров, однако зачастую они спускались к самой водной поверхности. В значительных количествах они отмечались также в населенных пунктах. Над дорогами в удалении от водоемов или деревень изредка встречались единичные особи. Следует отметить, что в соседней Ленинградской области местами обитания нетопыря Натузиуса являются главным образом населенные пункты или примыкающие к водоемам леса. Тенденция к синантропности, хорошо выраженная у данного вида, связана, по всей видимости, с наличием широколиственных пород деревьев [12]. Полагаем, что меньшая зависимость нетопырей Натузиуса от деревень и широколиственных участков в Себежском национальном парке связана с более южным характером расположения данной территории. Так, по мнению П. П. Стрелкова [6], по территории соседней Ленинградской области проходит северная граница распространения этого вида, и, вероятно, нетопыри в Ленинградской области привязаны к оптимальным местам обитания. Возможно, в Себежском национальном парке подобная привязанность ослабевает. По нашим данным, это наиболее многочисленный и наиболее часто встречающийся вид летучих мышей на исследованной территории. В 2007 г. были отловлено 4 нетопыря Натузиуса. Проанализирован 91 фрагмент артропод. В рационе представлены насекомые 7 отрядов (см. таблицу). Доминирующее положение занимают Diptera (54,6%), представленные подотрядами Nematocera (44,5%) и Brachycera (3,7%). Гораздо меньше доля Trichoptera (12,8%), Ephemeroptera (12,5%) и Neuroptera с семейством Chrysopidae (8%). Насекомые отряда Hymenoptera подотряда Apocrita составляют 7,2% рациона. Coleoptera, представленные семейством Coccinellidae, — 3%. Меньше всего в рационе доля Hemiptera (1,9%) с семействами Corixidae (1%) и Pentatomidae (0,9%). В 2008 г. были отловлены еще 4 представителя данного вида. На основании анализа 104 фрагментов артропод показано, что большую часть рациона составляют насекомые отряда Diptera (62,1%) подотрядов Nematocera (48,2%) и Brachycera (4,1%). Значительную долю в питании составляют отряды Trichoptera (14,2%), Ephemeroptera (11%) и Hymenoptera (9,2%). Наименьший процент рациона составляют Hemiptera (3,5%) семейства Corixidae. Исследования, проведенные нами, показали, что существуют достоверные различия в составе рациона между особями, отловленными в околоводных и в опушечных/лесных биотопах. Насекомые отряда Neuroptera семейства Chrysopidae были отмечены в 2007 г. только в рационе нетопыря Натузиуса, пойманного в яблоневом саду на окраине пос. Осыно, на границе с разнотравным лугом. В рационе особей, отловленных по берегам озер, эти насекомые отсутствуют. 9 На основании анализа рациона показано, что нетопырь Натузиуса охотится в одном биотопе, а не посещает несколько стаций в течение кормежки. Этому соответствуют результаты визуальных наблюдений, в связи с чем состав рациона отражает состав энтомофауны биотопа, в котором была отловлена особь. Главными объектами охоты являются мелкие, мягкопокровные насекомые. В основном нетопырь Натузиуса охотится на насекомых в воздухе, вероятно, он собирает различных артропод с субстрата, так как в рационе присутствует небольшое количество дневных Brachycera (3,7 и 4,1% в 2007 и 2008 гг. соответственно). Северный кожанок (Eptesicus nilssonii Keyserling, Blasius, 1839) регистрировался нами только в двух местах: в д. Красиково и на оз. Островно (рис. 4). Незначительное количество отловленных особей, скорее всего, объясняется их невысокой численностью в местах обитания и сходно с особенностями распространения на территории Ленинградской области [6]. Рис. 4. Места находок (А) — северного кожанка (Eptesicus nilssonii), (Б) — двухцветного кожана (Vespertilio murinus), (В) — бурого ушана (Plecotus auritus) Двухцветный кожан (Vespertilio murinus Linnaeus, 1758). В 2000 г. нами была зарегистрирована одна особь двухцветного кожана в д. Картенки (см. рис. 4), которая охотилась над дорогой на территории деревни. В 2007 г. отловлено 3 особи данного вида только в яблоневом саду на окраине пос. Осыно, на границе с разнотравным лугом. В ходе наблюдений нам не удалось отметить время начала вылета двухцветных кожанов. Первые отловы были сделаны уже в сгустившихся сумерках. Охота двухцветных кожанов продолжается в течение всей ночи, утреннего пика активности не отмечено. 10 Проанализирован 51 фрагмент артропод из экскрементов отловленных особей. В рационе представлены насекомые четырех отрядов (см. таблицу). В рационе доминируют Diptera (64,2%), представленные только подотрядом Nematocera. Доля Lepidoptera составляет 25,4%, доля Odonata — 8,6%. Наименьшим количеством насекомых в рационе представлен подотряд Hemiptera (1,8%). Следует отметить, что в рацион этого вида включены как мелкие насекомые (Diptera), так и очень крупные формы (Odonata). Основной стратегией кормодобывания является ловля активно летающих насекомых в воздухе. Несмотря на свою специализацию к быстрому, маломаневренному полету, двухцветный кожан, как и рыжая вечерница, способен собирать насекомых с субстрата [13]. Однако наши визуальные наблюдения и анализ рациона подобной стратегии не показали. Бурый ушан (Plecotus auritus Linnaeus, 1758). За время проведения исследований бурый ушан регистрировался в д. Осыно, в д. Черново (вблизи оз. Островно), на лесной дороге вблизи оз. Глыбуха, на р. Угоринка (см. рис. 4). В 2007 г. две особи были пойманы в д. Осыно и одна — близи д. Рудня. Отмечались только одиночные особи, что, вероятнее всего, объясняется его невысокой численностью в местах летнего обитания [14]. Проанализировано 50 фрагментов артропод в пищевых остатках трех особей. В рационе представлены насекомые 6 отрядов и один отряд класса Arachnida (см. табл. 1). Доминируют в рационе Lepidoptera (57,4%), второе место занимают Diptera (18,3%), представленные подотрядами Brachycera (14,4%) и Nematocera (3,9%). Доля Trichoptera в рационе равна 9,5%. Отряды Odonata и Orthoptera (сем. Acrididae) составляют по 3,5%. Гораздо меньше количество насекомых отряда Hemiptera семейства Pentatomidae — 1,8%. Кроме того, в рационе обнаружены представители класса Arachnida отряда Aranei — 6,0%. Достоверно говорить о пищевых предпочтениях бурого ушана, используя полученные нами данные по составу рациона, нельзя из-за очень малой выборки. Но даже при рассмотрении рациона всего трех особей можно увидеть узкую специализацию питания и определенные охотничьи стратегии, характерные для бурого ушана. Основу рациона составляют мелкие и средние Lepidoptera. Вероятно, здесь они представлены как ночными, так и дневными формами, так как это характерно для рациона данного вида [15]. Кроме того, в питании очень велика роль дневных и нелетающих насекомых. Среди Diptera доминируют дневные Brachycera (14,4%), собираемые с веток деревьев. Ночные же Nematocera, которых ушаны ловят в воздухе, составляют небольшую долю рациона — 3,9%. Также в рационе отмечен относительно высокий процент Arachnida (6%). Основной стратегией кормодобывания является сбор артропод с субстрата. Стратегия охоты на активно летающих насекомых в воздухе является дополнительной. Этим бурый ушан отличается от большинства рукокрылых России. Полученные в ходе работ данные свидетельствуют о неравномерности заселения летучими мышами исследованной территории. Численность рукокрылых вблизи водоемов и в населенных пунктах, несомненно, выше, чем в крупных лесных массивах. На исследованной территории в местах обитания, близких к оптимальным (вблизи водоемов и в населенных пунктах), численность рукокрылых значительно выше, и видовой состав обитающих в них летучих мышей разнообразнее, чем на большей части лесных территорий. Следует отметить, что вышеуказанный различный уровень численности рукокрылых будет определяться главным образом возрастанием количества особей водяной ночницы, прудовой ночницы, нетопыря Натузиуса и рыжей вечерницы. В то же время распределение таких видов, как бурый ушан и северный кожанок, вероятно, будет в значительной степени равномерным. Полученные данные о составе рациона 11 отдельных видов позволяют сделать некоторые выводы об их пищевых предпочтениях и способах охоты. Ряд видов (водяная ночница, нетопырь Натузиуса, бурый ушан, а также, возможно, прудовая ночница) кормятся в течение ночи в одном конкретном биотопе. Вследствие этого состав их рациона полностью отражает состав энтомофауны охотничьей территории. В отличие от них рыжая вечерница во время охоты посещает несколько различных биотопов. Кроме того, основные объекты питания рыжей вечерницы в Псковской области отличаются от таковых в соседней Ленинградской области. Все виды рукокрылых парка, за исключением бурого ушана, предпочитают ловить активно летающих насекомых в воздухе. Ушан же специализируется на сборе дневных и нелетающих насекомых с субстрата: стволов и веток деревьев. Так как данное исследование является единственной работой по трофической биологии рукокрылых в Псковской области, мы не можем говорить о достаточной изученности этой тематики. Состав рациона малочисленных видов требует дополнительного исследования: необходимо уточнение стабильности рациона в течение сезона. Литература 1. Бианки В. Л. Наши теперешние сведения о Chiroptera Петроградской губернии. Ежегодник Зоол. музея Академии наук. 1916. Т. XXI. С. LXXXII–LXXXVI. 2. Чистяков Д. В. Находки рукокрылых на юго-западе Псковской области // Plecotus et al. 2000. № 3. С. 82–84. 3. Борисенко А. В. Мобильная ловушка для отлова рукокрылых // Plecotus et al. 1999. № 2. С. 10–19. 4. Shiel C., McAney C., Sullivan C., Fairley J. Identification of arthropod fragments in bat droppings // Occasional publication of mammal society № 17. London: The Mammal Society, 1997. 57 p. 5. Никулин А. Д. Изучение трофической экологии ночниц р. Myotis (Chiroptera: Vespertilionidae) в Ленинградской области России // 2-я научная конференция териологического общества «Поведение и поведенческая экология млекопитающих». М., 2009. С. 97. 6. Стрелков П. П. Отряд рукокрылые // Новиков Г. А., Айрапетьянц А. Э., Пукинский Ю. Б. и др. Звери Ленинградской области. Л.: Изд-во ЛГУ, 1970. С. 63–84. 7. Курсков А. Н. Рукокрылые Белоруссии. Минск: Наука и техника, 1981. 136 с. 8. Алексеева Е. А., Панютин К. К. К изучению количественных аспектов питания рукокрылых // Рукокрылые. М., 1980. С. 184–187. 9. Сологор Е. А., Петрусенко А. А. К изучению питания рукокрылых (Chiroptera) среднего Приднепровья // Вестник зоологии. 1973. № 3. С.40–50. 10. Крочко Ю. И. Экологические аспекты питания рукокрылых украинских Карпат // Млекопитающие Украины. Киев, 1993. С. 76–87. 11. Никулин А. Д. К питанию рыжей вечерницы Nyctalus noctula (Chiroptera: Vespertilionidae) Белгородской и Ленинградской областей России // Биология: от молекулы до биосферы. Материалы 3-й международной конференции молодых ученых. Харьков, 2008. С. 385–386. 12. Чистяков Д. В. Материалы по экологии и распространению нетопыря Натузиуса (Pipistrellus nathusii) на северо-западе России // Plecotus et al. 2001. № 4. С. 51–56. 13. Rydell J. The diet of the parti-colored bat Vespertilio murinus in Sweden // Ecography. 1992. Vol. 15, N 2. P. 195–198. 14. Кузякин А. П. Летучие мыши. М.: Советская Наука, 1950. 444 с. 15. Ботвинкин А. Д., Шиленкова Ю. В., Шиленков В. Г. Сравнение питания бурого ушана (Plecotus auritus) в контрастных по экологическим условиям местообитаниях Восточной Сибири // Plecotus et al. 1998. № 1. С. 27–34. Статья поступила в редакцию 28 июня 2010 г. 12 ПО МАТЕРИАЛАМ ОДИННАДЦАТОЙ НАУЧНОЙ СЕССИИ МОРСКОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА УДК 591.481-11 Вестник СПбГУ. Сер. 3. 2010. Вып. 4 Д. К. Обухов, Е. В. Обухова, Е. В. Пущина, Т. В. Королёва СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ГОЛОВНОГО МОЗГА ЛОСОСЕВЫХ РЫБ. СООБЩЕНИЕ II. Строение и развитие головного мозга симы Oncorhynchus masu Brev. Введение Данная работа продолжает серию работ по исследованию строения, развития и эволюции центральной нервной системы (ЦНС) лососевых рыб (отр. Salmoniformes, сем. Salmonidae) [8]. Изучение ЦНС тихоокеанских лососей связано со следующими причинами: во-первых, интерес представляет проблема эволюции головного мозга рыб в плане построения общей теории эволюции ЦНС позвоночных животных; во-вторых, тихоокеанские лососи являются объектом интенсивного промысла и искусственного воспроизводства. Группа тихоокеанских лососей, представителем которых является сима Oncorhynchus masu Brev., имеет очень сложную филогенетическую историю [2]. Эти эволюционные преобразования без сомнения нашли отражение в их ЦНС, но в плане строения и развития ЦНС лососевых рыб тихоокеанская популяция является наименее изученной группой среди костистых рыб [11, 12]. В этой серии работ впервые предполагается провести комплексное морфологическое исследование строения и развития головного мозга у взрослых особей ряда видов тихоокеанских лососей (симы горбуши, кеты, кижуча), а также у молоди этих видов рыб, выращиваемых в определенных условиях рыбоводного предприятия, и сравнить степень развития их головного мозга с «дикими» формами. Оценка качества молоди ценных видов рыб, выращиваемых на рыбоводных заводах, совершенствование технологии искусственного воспроизводства рыб — важнейшая задача практического рыбоводства и рыбоводной науки. Условия выращивания мальков существенно влияют на развитие всех систем организма рыб. Среди них особое место занимает ЦНС. Именно степень развития нервной системы, как главной интегрирующей системы организма, определяет адаптивные возможности малька. Заводские условия выращивания с их «тепличными» (по сравнению с естественной средой) параметрами c Д. К. Обухов, Е. В. Обухова, Е. В. Пущина, Т. В. Королёва, 2010 13 (отсутствие хищников, достаточное количества корма, температурный и гидрологический режимы и т. д.) оказывают существенное влияние на темпы роста мальков и темпы формирования их нервной системы. В экспериментах на мальках осетровых рыб и семги было показано, что развитие ЦНС мальков, выращиваемых определенное время в условиях завода, существенно отличалось от таковой у «диких» форм [4–7, 10]. При этом комплекс поведенческих реакций формировался адекватно тем условиям, в которых находились мальки. При изменении среды обитания (при выпуске в естественные условия) эти навыки не срабатывали, и малькам был необходим определенный период времени для адаптации в новых условиях существования, что, конечно, не проходило для популяции бесследно — масса мальков погибала. Стоит задача создания на рыбзаводах условий, приближенных к естественным. Одним из критериев адекватности создаваемых условий является оценка уровня развития их ЦНС — как главной интегрирующей и регуляторной системы организма. Материал и методы исследования Изучалась структура конечного и среднего мозга. Головной мозг заливался в парафин, срезы окрашивались галлоцианином по методу Эйнарсона [9]. Для качественного и количественного анализа цитоархитектоники применялся автоматизированный комплекс анализа микроскопических препаратов «Видеотест-4» с соответствующими программами статистической обработки полученных данных. Анализировались характер распределения клеток в структурах мозга и средние размеры нейронов. В работе было использовано 10 экз. симы Oncorhynchus masu Brev. трехлетнего возраста и молодь в возрасте 0+ (15 экз., весом 1–3,5 г) и 1+ (15 экз., весом 8–15 г), выращенная как в условиях рыбзавода (завод Рейдовый Сахалинской области), так и выловленная в природе (р. Рейдовая). За предоставленный материал мы благодарим сотрудников Сахалинрыбвода и завода Рейдовый. Результаты исследования и их обсуждение Конечный мозг. Полушария конечного мозга взрослых особей симы, как и других лососевых рыб, имеют эвертированное строение и состоят из дорсальной (D, паллиальной), V, вентральной и субпаллиальной областей, разделяющихся, в свою очередь, на ряд зон (рис. 1, А). Дорсальная область. В конечном мозге симы эта область полушарий наиболее дифференцирована и разделяется на несколько зон. Медиальная зона (D.m.) конечного мозга симы представлена двумя подзонами (D.m.1 и D.m.2). Клетки сосредоточены вблизи поверхности полушария и представлены мелкими и средними нейронами округлой или грушевидной формы. Нейроны располагаются небольшими группами или формируют нечеткие слои. Зона D.m.2 отличается от зоны D.m.1 более мелкими размерами клеток (рис. 1, Б). Цитоархитектоника зоны (характер расположения клеток, их форма) не различается. Дорсолатеральная зона (D.d-l) — наибольшая по площади зона дорсальной области. Необходимо напомнить, что в функциональном плане она является одной из важнейших областей полушария, обрабатывая полисенсорную информацию практически от всех анализаторных систем. Ее характеризует относительная крупноклеточность. Клетки располагаются по всей толщине зоны, формируя небольшие группы либо располагаясь поодиночке. Четко выраженной слоистой структуры нет. Нейроны округлой или мультиполярной формы (рис. 1, В). В средних и каудаль14 Рис. 1. Строение полушарий конечного мозга симы: А — схема строения полушария симы; Б–Г — цитоархитектоника участков полушария. Окраска галлоцианином по методу Эйнарсона. Рисовальный аппарат РА-4У. Масштаб: на рис. 1, А — 500 мкм; на рис. 1, Б–Г — 50 мкм. Обозначения областей и зон полушария в тексте ных отделах полушарий из дорсальной области вычленяется небольшая зона D.l-p., которая отличается от соседних зон дорсальной области мелкоклеточностью и плотным расположением клеток. Функционально эта зона связана с обонятельными афферентами, являясь зоной проекции обонятельного анализатора. У самок средние размеры клеток в дорсолатеральной зоне больше, чем у самцов. Центральная зона (D.c.) находится в центре полушария и отличается рыхлым расположением клеток и самыми крупными размерами нейронов. По форме — это мультиполяры или грушевидные клетки (рис. 1, Г ). Зона полифункциональна, принимая афференты практически всех сенсорных систем. Кроме того, она осуществляет взаимосвязь остальных зон дорсальной области друг с другом. У самки клетки центральной зоны крупнее клеток самцов (особенно в подзоне D.c.1). Основная масса нейронов располагается поодиночке, из15 редка формируя небольшие скопления. Степень дифференцированности центральной зоны полушарий (появление крупных мультиполярных клеток, определенный характер их распределения, значительная площадь зоны) — один из важнейших показателей «зрелости» всего конечного мозга рыб. Вентральная область полушария мозга симы занимает меньший объем полушария, чем дорсальная, и менее дифференцирована. В дорсальной (V.d.) и вентральной (V.v.) зонах области клетки мелкие, расположены очень плотно и сосредоточены вблизи медиального мозгового желудочка. Нейроны округлой, грушевидной и мультиполярной формы. Латеральная (V.l.) зона вентральной области представлена отдельными нейронами и их небольшими группами. У мальков симы на стадии развития 0+ дорсальная область полушарий слабо дифференцирована: в ее составе выделяются только три зоны: медиальная — D.m., дорсолатеральная — D.d-l, центральная — D.c., а в вентральной области — дорсальная (V.d.) и вентральная (V.v.). Латеральная зона вентральной области только намечается. Это довольно резко отличает симу от мальков других изучаемых видов лососей, у которых уже на сходных стадиях развития цитоархитектоническое разделение областей на зоны выражено более четкo [8]. К возрасту 1+ происходит определенная дифференциация полушарий как заводских, так и диких мальков. В составе дорсальной области осуществляется разделение медиальной и центральной зон на подзоны. В вентральной области четко дифференцируется латеральная зона (V.l). Измерения общей площади полушарий у исследованных групп мальков показали, что заводские и дикие мальки возрастом 0+ практически не отличаются по данному параметру друг от друга, хотя дикие мальки имели несколько более крупный конечный мозг. К возрасту 1+ площадь их полушарий увеличивается примерно в 2,5 раза. При этом важно подчеркнуть, что общий уровень дифференцировки мозга у мальков возрастом 1+ (по сравнению с более мелкими мальками — 0+) меняется не очень сильно. В полушариях практически выделяются те же области и зоны. Это говорит о том, что к возрасту 0+ структура конечного мозга мальков симы слабо дифференцирована, и свидетельствует о низком уровне морфофункциональной зрелости ЦНС мальков. Заводские и дикие мальки возрастом 0+ имеют практически идентичную цитоархитектонику в одноименных зонах полушарий конечного мозга (рис. 2). Это также проявляется в небольших размерах клеток в зонах мозга и в неравномерном росте клеточных популяций полушарий (в одних зонах у заводских мальков средние размеры клеток больше, чем у диких, в других наоборот) (рис. 3). К возрасту 1+ осуществляются определенные процессы дифференциации мозга, но у симы и к этому возрасту конечный мозг дифференцирован все еще слабо. У мальков возраста 1+ происходит дифференциация медиальной зоны на две подзоны, причем у диких мальков наблюдаются увеличение средней площади нейронов и усиленная миграция нейронов в толщу полушария. Также происходит разделение центральной зоны на две подзоны, клетки при этом располагаются более рыхло. Площадь нейронов несколько увеличивается, и в ряде подзон (D.c.1) различия между мальками разных возрастов достоверны. Дорсолатеральная зона полушария у обеих групп мальков имеет сходное строение (см. рис. 2). Размеры нейронов к возрасту 1+ увеличиваются незначительно, и по сравнению с мальками заводского выращивания эти различия недостоверны (см. рис. 3). Вентральная область наименее изменчива и отличается определенным консерватизмом. Таким образом, заводские мальки в возрасте 0+ и 1+ уступают по ряду параметров развития конечного мозга диким малькам того же возраста. В большинстве случаев эти 16 Рис. 2. Структура дорсолатеральной зоны полушарий конечного мозга молоди симы разных возрастов и мест выращивания: А–Б — мальки возрастом 0+, выращенные в заводских (А) и природных (Б) условиях; В–Г — мальки возрастом 1+, выращенные в заводских (В) и природных (Г ) условиях. Окраска галлоцианином по методу Эйнарсона. Рисовальный аппарат РА-4У. Масштаб — 50 мкм различия минимальны и не отражаются на общем уровне развития мозга. К возрасту 1+ дифференцировка конечного мозга усиливается, что выражается в разделении ряда зон на подзоны и увеличении площади полушарий и средних размеров нейронов в зонах. Сравнение структуры полушарий взрослых особей симы и мальков возрастом 1+ показало, что у взрослых особей в дорсальной области вычленяется дополнительная заднелатеральная (D l-p) зона и происходит увеличение средних размеров нейронов (но незначительное и не во всех зонах). При этом происходит увеличение общей площади полушария и его зон. По-видимому, развитие мозга симы после возраста 1+ идет не по пути резкого изменения площади тел нейронов, а по пути увеличения площади наиболее функционально важных зон полушарий, возможно, за счет развития системы отростков (дендритов и аксонов) и установления более разноообразных функциональных связей как внутри полушария, так и с другими отделами головного мозга. 17 Рис. 3. Сравнительные гистограммы средних размеров нейронов в ряде зон полушарий мозга молоди симы, выращенной в разных экологических условиях По оси Х — обозначение зон полушарий, по оси Y — средние (в мкм2 ) размеры нейронов в зонах. Автоматизированная система анализа микроскопических препаратов «Видеотест-4» Средний мозг. Важнейшим центром головного мозга рыб является и средний мозг, который имеет у лососевых рыб максимальное развитие (в процентном отношении ко всему головному мозгу). В структурах среднего мозга сосредоточены центры, связанные со зрительной системой, органами боковой линии, рядом черепно-мозговых нервов, центрами ретикулярной формации ствола мозга. Таким образом, средний мозг рыб является одним из важнейших координирующих центров головного мозга, развитие которого во многом определяет функциональные возможности организма [1, 3, 13]. Удаление или частичное повреждение структур среднего мозга приводило к резкому ухудшению координации животных и целого комплекса рефлекторных реакций (преследование добычи, агрессивности, исследовательского поведения, оборонительных и 18 пищедобывательных рефлексов). Можно предположить, что уровень дифференцировки среднего мозга, так же как и развития конечного мозга, сказывается на адаптивных способностях мальков. Основной структурой среднего мозга является так называемая «крыша среднего мозга — тектум — tectum opticum», где оканчивается подавляющее большинство афферентов из других отделов головного мозга и которая определяет функциональную значимость среднего мозга, имеет сложную структуру и включает в свой состав шесть клеточных и волокнистых слоев [1, 13]. Маргинальный слой (SM — stratum marginale) состоит из массы афферентных волокон, идущих из мозжечка. Здесь также оканчиваются апикальные дендриты нейронов нижележащих слоев тектума. Таким образом, осуществляется связь между центрами координации двигательной активности (мозжечок) и структурами тектума. Среди волокон встречаются отдельные нейроны горизонтального типа. Оптический слой (SO — stratum opticum) содержит афферентные волокна, связывающие сетчатку со средним мозгом. Наружный клеточный и фиброзный слои (SFGS — stratum griseum et fibrosum superficiale) — широкие и являются одними из самых важных в функциональном отношении слоев тектума. Он содержит многочисленные пирамидоподобные нейроны, апикальные и базальные дендриты которых получают через систему проходящих здесь волокон разнообразную афферентную информацию (из сетчатки, мозжечка, промежуточного мозга, клеток других слоев самого тектума). Его четкая дифференцировка среди других слоев тектума — признак окончательного структурно-функционального созревания среднего мозга. Центральный клеточный слой (SGC — stratum griseum centrale) представлен четким слоем мелких, плотнорасположенных нейронов веретеновидной формы. Их отростки направляются в противоположные стороны, связывая нижние и верхние слои тектума. Центральный фиброзный слой (SAC — stratum album centrale) во взрослом мозге четко выделяется и состоит из слоя мелких округлых клеток и волоконных слоев. Это слой эфферентных элементов тектума, отростки которых связывают стредний мозг с мозжечком, сетчаткой и контрлатеральным тектумом. Перивентрикулярный слой (SPV — stratum periventriculare), наиболее богатый клеточными элементами, граничит с полостью среднего мозга. Нейроны располагаются в виде нескольких плотных слоев. Именно в этом слое, на границе эпендимной выстилки мозгового желудочка и стенки среднего мозга, в раннем развитии располагается слой матричных клеток, где идут процессы активного деления камбиальных клеток и начинается миграция молодых нейробластов в толщу тектума, формируя все вышележащие слои. Во взрослом мозге слой образован дифференцированными нейронами, апикальные дендриты которых пронизывают все вышележащие слои тектума. Анализ структуры крыши среднего мозга взрослой симы показал, что он в целом не отличается от такового у других костистых рыб [1, 13]. Уровень дифференцировки тектума как заводских, так и диких мальков однозначно не достигает уровня организации, характерного для «взрослого» мозга. Так, у заводских мальков возрастом 0+ не сформированы важные в функциональном отношении слои тектума (SFGS и SGC). Это определяется по отсутствию четких пиков плотности клеток в районе формирования этих слоев. Важно подчеркнуть, что данные слои тектума обеспечивают основную массу связей среднего мозга с другими отделами головного мозга и сетчаткой. Паравентрикулярный слой (SPV) у мальков возрастом 0+ очень широкий (намного шире, чем у взрослого животного). Это свидетельствует о том, что процессы миграции и дифференцировки нейронов вышележащих слоев тектума еще далеко не завершены. 19 Дикие мальки симы 0+ имеют более дифференцированную структуру тектума, чем заводские. Более четко выделяются слои SAC, SGC и SFGS, но еще не сформированы слои SO и SM, которые также очень важны, поскольку обеспечивают формирование системы горизонтальных связей в тектуме и связь с сетчаткой и мозжечком (рис. 4). Рис. 4. Структура крыши среднего мозга (тектума) и сравнительные диаграммы распределения клеток и формирования слоев тектума молоди симы разного возраста и мест развития: А–В — зарисовка (А), компьютерная денситограмма (Б) и диаграмма плотности распределения клеток в слоях тектума (В); 1, 3 — заводская, 2, 4 — дикая молодь симы в возрасте 0+ и 1+; на диаграммах по оси х — толщина тактума в усл. ед., по оси Y — оптическая плотность; обозначение слоев в тексте. Автоматизированная система анализа микроскопических препаратов «Видеотест-4» 20 У заводских мальков возрастом 1+ структура тектума все еще не приближается по уровню дифференцировки к взрослым особям. Основное отличие от взрослого мозга состоит в более широком перивентрикулярном (SPV) слое и наличии промежуточных пиков плотности по толщине тектума. Это свидетельствует о том, что процессы миграции нейронов и окончательной дифференцировки крыши среднего мозга к данному возрасту (1+) еще не завершены. У диких мальков возрастом 1+, несколько развившихся в плане дифференцировки тектума, более четко выделяются основные слои тектума, хотя и у них структура тектума еще не сформирована окончательно (см. рис. 4). Таким образом, в процессе развития среднего мозга проявляется та же тенденция, что и в конечном мозге в возрасте 0+: степень развития тектума низкая, к возрасту 1+ его структура приближается к уровню взрослого мозга (но не достигает его). Вместе с тем следует подчеркнуть, что различия в степени дифференцировки конечного и среднего мозга заводских и диких мальков минимальны, что свидетельствует о создании на заводе технологических условий, способствующих развитию мальков в направлении, сходном с «дикими» формами. Следовательно, можно предположить, что выращенные в данных технологических условиях на рыбзаводе мальки и выпущенные в естественную среду смогут адаптироваться к ней и выжить. Заключение 1. Конечный и средний мозг симы Oncorhynchus masu Brev. имеет план строения, общий для всех лучеперых рыб (п/кл. Actinopterygii), в том числе и для лососевых (отр. Salmonidae). Оценить степень эволюционного развития отделов головного мозга симы, в сравнении с другими лососями тихоокеанской группы, пока не представляется возможным, поскольку эти сведения практически отсутствуют (это задача последующих исследований данной группы рыб). 2. Сравнительный анализ структуры мозга мальков, выращенных в условиях искусственного воспроизводства, а также их «диких» форм показал, что к возрасту 1+ в обеих группах рыб дифференцировка мозга еще не достигает уровня взрослых особей. 3. Создание определенных технологических условий для выращивания мальков способствовало формированию у заводских мальков структуры мозга, сравнимой с таковой у диких мальков. Это может свидетельствовать о формировании у заводских мальков морфофункциональных адаптаций, необходимых для выживания в природной среде после их выпуска с завода. Литература 1. Андреева Н. Г., Обухов Д. К. Эволюционная морфология нервной системы позвоночных. СПб.: Изд-во «Лань», 1999. 384 с. 2. Глубоковский М. К. Эволюционная биология лососевых рыб. М.: Наука, 1995. 215 c. 3. Карамян А. И. Эволюция конечного мозга позвоночных. Л.: Наука, 1978. 253 c. 4. Касимов Р. Ю. Сравнительная характеристика поведения дикой и заводской молоди осетровых в раннем онтогенезе. Баку: Изд-во «Элм», 1980. 135 с. 5. Никоноров С. И., Витвицкая Л. В. Эколого-генетические проблемы искусственного воспроизводства осетровых и лососевых рыб. М.: Наука, 1993. 253 с. 6. Обухов Д. К. Эволюционная морфология конечного мозга позвоночных. СПб.: Изд-во «Знак», 1999. 203 с. 21 7. Обухов Д. К., Никоноров С. И., Витвицкая Л. В., Обухова Е. В., Остапенко О. В. Комплексное исследование развития нервной системы молоди осетровых рыб, выращиваемых в условиях бассейнового или прудового содержания // Вопросы рыболовства. 2002. Т. 3, № 2. С. 336–349. 8. Обухов Д. К., Обухова Е. В., Пущина Е. В. Сравнительный анализ структурно-функциональной организации головного мозга лососевых рыб. Сообщение 1. Атлантический лосось // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2010. Вып. 2. С. 7–12. 9. Ромейс М. Микроскопическая техника. Л.: Медицина, 1949. 760 с. 10. Шустов Ю. А. Экологические аспекты поведения молоди лососевых рыб в речных условиях. СПб.: Наука, 1995. 159 с. 11. Braford M. R. Comparative aspects of forebrain organization in the rayfinned fishes // Brain. Behav. Evolution. 1995. Vol. 46. P. 259–274. 12. Kotrschal K., Van Staaden V. J., Huber R. Fish brains: evolution and environmental relationships // Rev. fish biology and fisheries. 1998. Vol. 8. P. 373–408. 13. Vanegas H. Comparative neurology of the optic tectum. New York: Plenum Press, 1984. 420 p. Статья поступила в редакцию 28 июня 2010 г. 22 УДК 594.32 Вестник СПбГУ. Сер. 3. 2010. Вып. 4 З. И. Старунова, Н. А. Михайлова, А. И. Гранович АНАЛИЗ МЕЖПОПУЛЯЦИОННЫХ И ВНУТРИПОПУЛЯЦИОННЫХ РАЗЛИЧИЙ ФОРМЫ РАКОВИНЫ У ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ ВИДОВОГО КОМПЛЕКСА «SAXATILIS » (MOLLUSCA: CAENOGASTROPODA) МЕТОДАМИ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ МОРФОМЕТРИИ∗ На побережье Северной Атлантики обитают шесть видов моллюсков рода Littorina и лишь три из них — Littorina saxatilis, L. arcana и L. compressa — относятся к так называемым «rough periwinkles». Представители этих видов характеризуются грубой, ребристой раковиной, разнообразием населяемых биотопов на литорали, широким географическим распространением [1]. Зональное распределение моллюсков комплекса «saxatilis» на литорали проявляет как черты видовой специфики, так и значительную степень перекрывания (симпатрия) [2]. Моллюскам видового комплекса «saxatilis» свойственна значительная внутрипопуляционная, межпопуляционная и географическая изменчивость не только по окраске и скульптуре, но и по форме раковины [1, 3]. Таким образом, использование конхологических признаков в качестве видовых маркеров становится весьма проблематичным. С этой точки зрения виды комплекса «saxatilis» вполне могут рассматриваться как криптические. Более того, лишь моллюски L. compressa отличаются от других видов комплекса по анатомическим признакам половой системы [1]. У L. saxatilis и L. arcana самцы неразличимы и по этим признакам [4]. Определить видовую принадлежность можно только на основании строения дистальной части яйцевода самок. Важно отметить, что этот последний признак весьма существен и характеризуется двумя дискретными состояниями. У самок L. saxatilis дистальная часть паллиального яйцевода представляет собой яйцевую сумку, у самок L. arcana эта часть половой системы представляет собой одну из добавочных желез (jelly gland) женской половой системы [5]. Соответственно, самки L. saxatilis характеризуются яйцеживорождением, а L. arcana делают кладки. Налицо различие двух криптических видов по репродуктивным стратегиям [1, 5, 6]. Для решения проблем видовой диагностики в паре видов L. saxatilis — L. arcana ранее нами была описана последовательность в геномной ДНК, которая характерна для L. arcana и обнаруживается у особей L. saxatilis лишь с невысокой частотой и только в тех популяциях L. saxatilis, которые обитают в условиях симпатрии с L. arcana [7, 8]. Последнее позволило предположить возможность межвидовой гибридизации L. saxatilis — L. arcana, что может еще более усложнить поиск видоспецифичных признаков. Значительная внутривидовая изменчивость морфологических признаков раковины (конхологических признаков) с практической точки зрения сильно затрудняет видовую диагностику, а с фундаментальной — ставит вопрос о соотношении внутривидовой пластичности и видоспецифичных особенностей у криптических видов. Все это определяет необходимость привлечения методов, которые могли бы комплексно оценить особенности формы, учесть размах варьирования отдельных ее элементов, делать поправку на возможные аллометрические эффекты [3, 9]. Одним из перспективных методов с этой точки зрения является метод геометрической морфометрии [10]. ∗ Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 09-04-01728а). c З. И. Старунова, Н. А. Михайлова, А. И. Гранович, 2010 23 В геометрической морфометрии форму описывают декартовы координаты меток, расставленных на объектах [11, 12]. Расстановка меток происходит на фиксированные точки, которые присутствуют у всех объектов выборки. Изменение формы может быть линейным (uniform) или нелинейным (non-uniform). Линейные изменения формы — это глобальные растяжения—сжатия (в вертикальной и в горизонтальной плоскостях) всего объекта целиком (для всех меток одновременно). За изменения формы объектов в горизонтальной плоскости отвечает первая линейная компонента (U1 — Uniform 1), а за изменения в вертикальной плоскости — вторая (U2 — Uniform 2). Нелинейные (локальные растяжения, сжатия, искривления) — это изменения в окрестностях каждой метки. Такие изменения описывают локальные деформации (warps) формы [12]. Для исключения влияния «размерного фактора» экземпляры в выборке должны быть выровнены относительно некого эталонного объекта. Эталон вычисляется как усредненная конфигурация (consencus), которая определяется методом наименьших квадратов таким образом, чтобы ее суммарные отличия от экземпляров в выборке были минимальны. Выровненные объекты сравниваются между собой по форме. Для этого существует подход, заимствованный из теории сопротивления материалов, названный методом тонких пластин (thin-plate spline analysis) [13]. Морфологический объект (двумерное изображение) представляют как тонкую деформируемую металлическую пластину. Объекты совмещаются друг с другом путем растяжения—сжатия, а количественной мерой деформации является коэффициент «энергии искривления» (bending energy). При разложении матрицы коэффициентов «энергии искривления» получаются переменные — «деформации» (warps). Этот метод используется в программах серии TPS, разработанных Дж. Рольфом [14–16]. Основным преимуществом геометрической морфометрии является то, что переменные формы — относительные деформации и линейные компоненты — могут использоваться в последующем статистическом анализе как количественные признаки. В настоящее время геометрическая морфометрия активно развивающаяся дисциплина, с хорошо развитым математическим аппаратом и программным обеспечением для решения разнообразных прикладных задач, в том числе и биологических. В данной работе использованы возможности метода геометрической морфометрии для оценки степени дифференцировки криптических видов комплекса «saxatilis» (L. saxatilis, L. arcana, L. compressa). Основная задача исследования — поиск видоспецифичных особенностей формы (на примере конхологических признаков раковины) с учетом ее внутривидовой пластичности, связанной с зональными особенностями поселения моллюсков на литорали. Материалы и методы исследования 1. Сбор материала и его первичная обработка. Моллюсков комплекса «saxatilis» (L. saxatilis, L. arcana, L. compressa) собирали на литорали губы Ярнышной в августе 2008 г. в районе пос. Дальние Зеленцы (Восточный Мурман, Баренцево море) (рис. 1). Место сбора материала находится в средней части губы и не подвержено действию прибоя. Пологая литораль четко разделяется на две части: верхнюю — каменисто-гравийную, шириной 10–12 м и нижнюю — покрытую хорошо развитым покровом макрофитов, шириной 10–15 м. Проведены качественные сборы половозрелых моллюсков (раковина более 4–5 мм) с семи горизонтов. В верхней каменисто-гравийной области литорали моллюски были собраны с трех горизонтов (1, 2, 3-го). Сбор с 4-го горизонта был сделан на границе каменисто-гравийной зоны и верхней части пояса макрофитов; 5–7-й горизонты располагались в поясе фукоидов. 24 ⊚ — район сборов Рис. 1. Карта-схема района исследований Моллюсков из всех сборов фотографировали в стандартном положении для проведения последующего морфометрического анализа (см. ниже), затем вскрывали под бинокулярным микроскопом МБИ-10 для определения вида, пола и зараженности. Определение видов проводили на основании морфологических особенностей строения половой системы в соответствии с описанием Д. Рида [1]. Для дальнейшего молекулярного и морфометрического анализов брали только половозрелых самок моллюсков комплекса «saxatilis», не зараженных трематодами. Самок L. saxatilis и L. arcana использовали для выделения ДНК и последующего генотипирования. Экстракцию ДНК проводили методом СТАВ [17]. Амплификацию ДНК со специфическим для L. arcana праймером А 2.8 проводили методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) по описанной ранее методике [7, 8]. Признак наличия или отсутствия амплификации фрагмента ДНК использован как дополнительный маркер для выявления видоспецифических морфологических признаков у моллюсков L. saxatilis и L. arcana. 2. Анализ формы раковин представителей группы «saxatilis» методами геометрической морфометрии. Цифровые изображения раковин использованы для проведения морфометрического анализа при помощи методов геометрической морфометрии. Всего сделано более 200 фотографий моллюсков комплекса «saxatilis» (L. saxatilis, L. arcana, L. compressa) при помощи цифровой камеры Olympus C-765. Каждая раковина располагалась на фиксирующей подложке в стандартной по25 зиции: устье ориентировано вверх к объективу так, чтобы плоскость раковины была параллельна фокальной плоскости объектива. В дальнейшем анализе было использовано около 150 изображений раковин только половозрелых самок моллюсков комплекса «saxatilis». С помощью компьютерной программы TPSDig [16] на каждой фотографии поставлено по 15 стандартных меток (рис. 2) для характеристики формы раковины: метка 1 на вершине раковины; метки 2, 3 и 12, 13 — на швах, ограничивающих предпоследний оборот. Метки 4 и 11 — в точках максимальной кривизны, являющихся условно серединами последнего оборота, справа и слева соответственно. Метка 5 — конец оборота (вершина устья). Метки 3 и 6 — на швах последнего оборота (справа). Метка 7 — самая крайняя точка устья. На одной оси с ней метки 10, 14 и 15. Метки 14 и 15 показывают внутреннюю и внешнюю границы колумеллы. Рис. 2. Раковины половозрелых моллюсков видового комплекса «saxatilis»: L. arcana, L. saxatilis, L. compressa Точками обозначены метки (15), использованные для описания размера и формы раковины (подробное описание в статье) При вычислении относительных деформаций и построении усредненных конфигураций раковины использована программа TPSRelw [14]. Исходные координаты экземпляров нормировались относительно эталонной конфигурации (посчитанной для исследуемой выборки) с помощью «прокрустова наложения». Коэффициент шкалирования α принимали равным 0. В исследовании различий формы раковин в качестве количественных переменных формы и размера использованы значения всех полученных относительных деформаций (ОД), две линейные компоненты (ЛК 1 и ЛК 2) и центроидный размер (ЦР), вычисленные в программах TPSRelw [14] и MODICOS [18]. Для выявления межвидовых, внутрипопуляционных и зональных различий в форме и размерах раковины самок моллюсков L. saxatilis, L. arcana, L. compressa выполнены пошаговый канонический дискриминантный анализ с 30 переменными (27 относительных деформаций, 2 линейные компоненты и 1 центроидный размер) и серия однофакторных дисперсионных анализов. Для выявления зависимостей между переменными формы и центроидным размером применен множественный регрессионный анализ. Все переменные формы (линейные и нелинейные) вычислены при α = 1. Центроидный размер использовали в качестве зависимой переменной, линейные и нелинейные компоненты формы — в качестве независимых переменных. Всю статистическую обработку проводили с применением лицензионных программ: пакета Statistica 6.0 и табличного процессора Microsoft Excel 2003. 26 Результаты исследования Для исследования межвидовых и внутрипопуляционных различий в форме и размерах раковины использовали половозрелых самок видового комплекса «saxatilis», определенных по морфоанатомическим критериям. Были вычислены 27 относительных деформаций. Анализ совокупности меток показал, что более 90% изменчивости приходится на первые 10 относительных деформаций, не скоррелированных между собой (−0, 1 ≤ r ≤ 0, 1). При этом на первую деформацию приходится 29% общей изменчивости, на вторую — 16% и на третью — 12%. Две линейные компоненты, не скоррелированные между собой (r ≤ 0,05), объясняют 56% (ЛК1) и 42% (ЛК2) общих изменений формы раковины самок моллюсков L. saxatilis, L. arcana, L. compressa. Множественный регрессионный анализ был использован для выявления зависимостей между ЛК и ОД и ЦР. Не было обнаружено значимой корреляции (r2 = 0,58; F = 8,0; p > 0,5) между переменными формы и центроидным размером. Для выявления различий в форме раковины у L. saxatilis, L. arcana, L. compressa был проведен дискриминантный анализ по всему массиву данных независимо от места сбора (горизонта литорали) моллюсков. В качестве переменных формы и размера раковины использовали 10 наиболее значимых ОД, две ЛК и ЦР. С помощью канонического дискриминантного анализа сравнивали форму и размер раковин по всем 13 переменным, описывающим форму раковины самок L. saxatilis, L. arcana, L. compressa. Чтобы найти наиболее значимые переменные для дискриминации формы использовали пошаговый метод (Wilks′ λ = 0,25, χ2 = 108,5, df = 8, p < 0,001). Наиболее значимые переменные (ЦР, ЛК1, ОД2, ОД7, ОД9 и ОД10) использовали для дальнейшего анализа. Первая каноническая дискриминантная функция объяснила 93% изменчивости (каноническая корреляция Кк = 0,83), вторая — 7% (Кк = 0,38). Группировка особей по форме раковины с помощью дискриминантного анализа на 77% совпала с морфоанатомическим определением самок (88,2% для L. arcana, 72,1% для L. saxatilis и 64,7% для L. compressa). При этом ни одна L. arcana не была классифицирована как L. compressa и ни одна L. compressa не была классифицирована как L. arcana. Между L. saxatilis и L. compressa обнаружено больше всего «ошибок» в классификации. На графике представлено распределение нагрузок в плоскости канонических корней, где переменные располагаются тремя группами (рис. 3, А). С помощью дисперсионного одновариантного однофакторного анализа были проанализированы наиболее значимые переменные (ЦР, ЛК1, ОД2, ОД7, ОД9 и ОД10), выделенные дискриминантным анализом для выявления их роли в разделении групп. По переменной ЛК1 (F = 9,09; p < 0,01) значимо различается форма раковины L. arcana от L. saxatilis и L. compressa. Группы L. saxatilis и L. compressa значимо различаются по переменной ОД10 (F = 6,16; p < 0,01). Между формой раковины L. saxatilis и L. arcana обнаружены значимые различия по переменным ОД2 (F = 10,99; p < 0,01), ОД7 (F = 7,38; p < 0,01) и ОД9 (F = 9,03; p < 0,01). По усредненным конфигурациям (рис. 3, Б) видны некоторые отличия в форме раковин самок L. saxatilis, L. arcana, L. compressa. Раковина L. compressa более округлая. Устье вытянуто в продольном направлении. Раковина L. arcana в целом более узкая, с небольшим устьем и выпуклыми оборотами (швы более вдавлены). Раковина L. saxatilis занимает промежуточное положение. Виды комплекса «saxatilis» распространены во всех горизонтах литоральной зоны. В верхней части литорали (1–3-й горизонты) на камнях, гальке и гравии популяция литорин практически полностью представлена видами L. saxatilis и L. arcana. Моллюски 27 L. saxatilis L. arcana L. compressa Рис. 3. Распределение признаков формы раковины у самок L. saxatilis, L. arcana и L. compressa: А — распределение исследованных особей в пространстве канонических корней (Root 1 и Root 2 ); Б — усредненные конфигурации раковин L. compressa встречаются лишь в нижней части пояса макрофитов (преимущественно 6–7-й горизонты). L. arcana встречается со 2-й по 5-й горизонты. В нижней части зоны макрофитов (6–7-й горизонты) самки L. arcana не встречаются. L. saxatilis представлены во всех зонах литорали, начиная от зоны заплеска (1–2-й горизонты) до зоны «0» глубин. В нижней части зоны макрофитов среди самок обнаружены только L. saxatilis. Известно, что внутривидовые различия раковин моллюсков, связанные с зональными 28 градиентами литоральной зоны, могут быть значительными. Это в полной мере относится к форме раковины моллюсков L. saxatilis, обитающих в верхних и нижних зонах литорали [1, 9]. В связи с этим для дальнейшего анализа отдельно использовали самок L. saxatilis, обитающих в верхней зоне (1–4-й горизонты), L. saxatilis, обитающих в нижней зоне (5–7-й горизонты), всех самок L. compressa (6–7-й горизонты) и всех самок L. arcana (1–4-й горизонты). Между показателями моллюсков, представляющих отдельные горизонты внутри выделенных зон (верхняя и нижняя литоральные зоны), статистически значимых различий обнаружено не было ни для L. compressa, ни для L. saxatilis или L. arcana (F = 3,86, p > 0,5). Дискриминантный анализ показал, что переменные ЦР, ОД2, ОД7, ОД8, ОД9, ОД10 имеют наибольшее значение (Wilks′ λ = 0,21, χ2 = 120,41, df = 15, p < 0,001) в классификации форм раковин. Первая каноническая дискриминанта объяснила 91% изменчивости (Кк = 0,83), вторая — 8% (Кк = 0,43) и третья — 1% (Кк = 0,10). Выделенные дискриминантным анализом группы особей по форме раковины на 77% совпали с морфоанатомическим определением самок. Доля правильно классифицированных самок L. compressa составила 82,35%, самок L. arcana — 90%, L. saxatilis из нижней литоральной зоны — 72% и L. saxatilis из верхней зоны литорали — 62%. Ни одна L. compressa не была классифицирована как L. saxatilis из верхней зоны литорали или как L. arcana (рис. 4, A). Ни одна L. arcana не была классифицирована, как L. compressa или как L. saxatilis из нижней зоны литорали. Наиболее трудно классифицируемой оказалась группа «L. saxatilis из нижней литоральной зоны». Наиболее значимые переменные (ЦР, ОД2, ОД7, ОД8, ОД9, ОД10), выделенные дискриминантным анализом, были проанализированы с помощью дисперсионного одновариантного однофакторного анализа для выявления их роли в разделении групп. Группы L. compressa и «L. saxatilis из нижней литоральной зоны» статистически значимо не различаются (F = 3,92; p > 0,1). Группа «L. saxatilis из верхней зоны литорали» значимо отличается от группы «L. saxatilis из нижней литоральной зоны» по переменным ОД2 (F = 8,16; p < 0,01) и ОД8 (F = 10,23; p < 0,01) и от L. arcana по переменным ОД2 (F = 28,70; p < 0,01), ОД7 (F = 5,18; p < 0,01), ОД9 (F = 8,62; p < 0,01). Приведенные усредненные конфигурации раковин для L. compressa (рис. 4, Б), L. saxatilis из нижней литоральной зоны, а также L. saxatilis и L. arcana из верхней зоны литорали, дают возможность оценить степень различий между ними. Моллюски L. saxatilis, обитающие в нижней зоне литорали, обладают достаточно большим овальным устьем и сглаженной вершиной. Моллюски L. saxatilis, обитающие в верхней части литорали, обладают более вытянутой раковиной и узким небольшим устьем. Раковины L. arcana по сравнению с раковинами L. saxatilis обладают более овальным устьем. По форме раковины L. compressa и L. saxatilis из нижней литоральной зоны — практически одинаковы. Поскольку данные о проявлении морфологических признаков не всегда соответствуют данным по наличию/отсутствию специфического для L. arcana фрагмента ДНК А 2.8, отдельно была выполнена серия дисперсионных однофакторных анализов (фактор — ПЦР+/ПЦР−) для самок L. saxatilis (со всех горизонтов литорали) и самок L. arcana для выявления специфической формы раковины для ПЦР− и ПЦР+ моллюсков. Наиболее значимыми оказались переменные ЛК1 (F = 2,3 p < 0,5), ОД2 (F = 10,38, p < 0,01), ОД4 (F = 15,98, p < 0,01) и ОД6 (F = 6,7, p < 0,01). На графике (рис. 5) представлено распределение ПЦР− и ПЦР+ моллюсков в пространстве наиболее значимых переменных ОД4 и ОД6. По данному распределению не удается выявить какиелибо дискретные группы, связанные с молекулярным маркером. 29 L. compressa L. saxatilis (НЗ) L. saxatilis (ВЗ) L. arcana Рис. 4. Распределение признаков формы раковины у самок L. saxatilis, L. arcana и L. compressa, собранных в верхней (ВЗ) и нижней (НЗ) зонах литорали: А — распределение исследованных особей в пространстве канонических корней (Root 1 и Root 2 ); Б — усредненные конфигурации раковин Наряду с морфоанатомическими и в дополнение к ним использовали данные, полученные в результате генотипирования моллюсков L. saxatilis и L. arcana. Самки видовдвойников характеризуются наличием (ПЦР+) или отсутствием (ПЦР−) амплификации специфического для L. arcana ДНК-фрагмента. Признавая возможность гибридизации между видами L. saxatilis и L. arcana [8], можно предположить, что сочетание 30 • моллюски ПЦР− ◦ моллюски ПЦР+ Рис. 5. Распределение признаков формы раковины ПЦР− и ПЦР+ самок «L. saxatilis — L. arcana» в пространстве четвертой (ОД4) и шестой (ОД6) нелинейных компонент морфоанатомических и молекулярных данных позволит выявить группы, одновременно связанные с морфологическими признаками, и наличием или отсутствием ПЦР− маркера. Для этого анализа использовали самок L. saxatilis ПЦР−, L. saxatilis ПЦР+, L. arcana ПЦР+ и L. arcana ПЦР−. Дискриминантный анализ выявил наиболее значимые (Wilks′ λ = 0,23, χ2 = 72,16, df = 27, p < 0,001) переменные ЦР, ЛК1, ОД1, ОД2, ОД4, ОД6, ОД8, ОД9, ОД10. Выделенные дискриминантным анализом группы особей по форме раковины совпадают с морфоанатомическим и молекулярным определением (ПЦР−/+) самок на 82,6% для самок L. saxatilis ПЦР− и 71,4% — для L. saxatilis ПЦР+. Доля правильно классифицированных самок L. arcana ПЦР+ составила 50%, для L. arcana ПЦР− — 83,3%. Первая каноническая дискриминантная функция объяснила 35% изменчивости (Кк = 0,76), вторая — 61% (Кк = 0,55) и третья — 3% (Кк = 0,41). На графике представлено распределение объектов в пространстве 1 и 2 канонических дискриминантных корней (рис. 6). Недостаточное количество ПЦР+ моллюсков, обнаруженное при анализе материала, не дает возможности объективно судить об их распределении. Моллюски ПЦР− «морфоанатомических видов» характеризуется небольшим перекрыванием распределения значений. Обсуждение результатов исследования Среди видов комплекса «saxatilis» наиболее выраженными морфоанатомическими признаками обладают моллюски L. compressa [1, 2]. Для некоторых точек ареала показана возможность точной диагностики морфоанатомических признаков только на основе конхологических [1]. Раковины моллюсков L. compressa с Баренцева моря ха31 △ L. saxatilis ПЦР+ • L. saxatilis ПЦР− ⋆ L. arcana ПЦР+ ◦ L. arcana ПЦР− Рис. 6. Распределение ПЦР+ и ПЦР− самок L. saxatilis и L. arcana в пространстве канонических корней (Root 1 и Root 2) рактеризуются сильно выраженной ребристостью и иногда особенностями пигментации [2]. Из признаков, связанных с отличиями в форме раковины, выделяют только острую вершину [1, 2]. Данные геометрической морфометрии подтвердили количественные отличия раковин моллюсков L. compressa от раковин L. saxatilis и L. arcana и в целом подтвердили выводы, сделанные ранее по популяциям с Британских островов [3]. Однако при сравнении раковин моллюсков L. compressa и L. saxatilis, обитающих в одном микробиотопе (нижняя часть пояса макрофитов), различий в форме раковины между видами не было обнаружено, т. е. внутривидовая пластичность раковины, связанная с зональностью, оказывается более существенной, чем межвидовые различия. Важно отметить, что, несмотря на отсутствие выявленных различий по форме раковин L. saxatilis и L. compressa, дискретность анатомических признаков строения половой системы L. compressa очевидна. Обособленность этого вида подчеркивают и экологические данные. Моллюски L. compressa чаще всего встречаются в местах с умеренной прибойностью, где обитают в средней и нижней частях пояса макрофитов [1, 2]. Несмотря на то, что популяции L. compressa на литорали симпатричны популяциям L. saxatilis, по сравнению с последними, они характеризуются значительно более узкой зоной обитания, условия среды в которой более однородны. При сравнении самок комплекса «saxatilis», определенных по морфоанатомическим признакам, без учета зональных различий, точнее всего были классифицированы самки L. arcana. При этом наиболее строгий анализ, состоявший в сравнении формы раковины L. arcana с формой раковины L. saxatilis из тех же биотопов (верхняя часть литорали), показал существование статистически значимых межвидовых различий, т. е. различия формы раковины L. saxatilis и L. arcana проявляются даже для особей этих видов, обитающих в одном биотопе. 32 Описанные ранее случаи относительно четких различий в форме раковин между L. saxatilis и L. compressa [2] и отсутствие явных различий в группе L. saxatilis — L. arcana [1] на первый взгляд противоречат полученным данным. Однако необходимо учитывать, что распределение этих видов на литорали может иметь отличия в разных географических регионах в зависимости от типа литорали [1]. Более того, выполненные ранее исследования методически не предполагали строгой «привязки» тестируемых моллюсков к определенной зоне литорали. Таким образом, неясным остается, какая часть наблюдаемой изменчивости относится к «экологической составляющей», т. е. определяется положением моллюска на литорали, а какая отражает видоспецифичные признаки формы. Размах внутривидовых различий иллюстрируется полученными в нашей работе данными по форме раковины L. saxatilis, обитающей в верхней (каменистой) и нижней (фукоидной) частях литорали. Во многих популяциях L. saxatilis ранее было обнаружено присутствие нескольких экотипов, обитающих в различных микробиотопах или зонах литорали и часто характеризующихся отличиями по форме раковины [1]. Такое явление широко распространено в далеко отстоящих друг от друга точках ареала вида: на побережье Испании [9], Англии [3] и Швеции [1]. Чаще всего на литорали обитают два экотипа L. saxatilis. Особи одного из них встречаются в верхней части литорали, другие — вблизи уреза воды. В средней части литорали обитают особи, морфометрические характеристики которых имеют промежуточные значения. Следует отметить, что характерные различия экотипов были описаны ранее с помощью компонентного и дисперсионного анализов и с применением линейных промеров [1, 9]. Однако диагностировать особей из областей перекрывания местообитаний экотипов удается лишь с помощью методов геометрической морфометрии [9]. В популяциях L. saxatilis и L. arcana обнаружены особи, для которых определение вида по морфоанатомическим характеристикам не совпадает с видоспецифическим молекулярным маркером ДНК А 2.8. Максимальное количество таких особей встречается на верхней границе зоны макрофитов, т. е. в той части литорали, где популяции L. saxatilis и L. arcana характеризуются наибольшей плотностью поселения (зона интерградации популяций двух видов). Ранее [8] нами было высказано предположение, что эти особи представляют собой межвидовые гибриды L. saxatilis — L. arcana. Распределение показателей морфометрии раковин для морфоанатомических форм с учетом молекулярного маркера не противоречит гипотезе о гибридизации между L. saxatilis — L. arcana. Форма раковины особей, анатомическое и молекулярное определение которых не совпадает, статистически не отличается от «чистых» L. saxatilis и L. arcana (см. рис. 6). Однако даже на небольшом объеме материала можно отметить определенный «сдвиг» областей значений в плоскости канонических корней — у «гибридных» особей. Это можно расценить как предварительные данные, свидетельствующие о том, что такие особи характеризуются промежуточными значениями формы раковины по сравнению с L. saxatilis и L. arcana. Литература 1. Reid D. G. Systematics and evolution of Littorina. London.: The Ray Society, 1996a. 463 p. 2. Гранович А. И., Михайлова Н. А., Знаменская О. С., Петрова Ю. А. Видовой состав моллюсков рода Littorina (Gastropoda, Prosobranchia) Восточного Мурмана // Зоол. журн. 2004. Т. 83, № 11. С. 1305–1317. 33 3. Conde-Padin P., Grahame J. W., Rolán-Alvareaz E. Detecting shape differences in species of the Littorina saxatilis complex by morphometric analysis // J. Mollusc. Stud. 2007. Vol. 73. P. 147–154. 4. Гранович А. И., Лоскутова З. И., Грачёва Ю. А., Михайлова Н. А. Морфометрический анализ копулятивного органа моллюсков видового комплекса «saxatilis» (Gastropoda, Coenogastropoda, Littorinidae): проблемы идентификации и статуса видов // Зоол. журн. 2008. Т. 87, № 12. С. 1425–1436. 5. Hannaford Ellis C. Morphology of the oviparous rough winkle, Littorina arcana Hannaford Ellis, 1978, with notes on the taxonomy of the L. saxatilis species-complex (Prosobranchia: Littorinidae) // J. Conch. 1979. Vol. 30. P. 43–56. 6. Granovitch A. I., Sokolova I. M. Littorina arcana Hannaford Ellis, 1978 — a new record from the eastern Barents Sea // Sarsia. 2001. Vol. 86. P.241–243. 7. Петрова Ю. А., Гранович А. И., Михайлова Н. А. Молекулярные маркеры для идентификации близких видов литторинид Баренцева моря // Морская флора и фауна северных широт. Механизмы адаптации и регуляции роста организмов: сб. статей. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2004. С. 149–156. 8. Mikhailova N. A., Gracheva Y. A., Backeljau T., Granovitch A. I. A tentative species specific molecular marker suggests interspecific hybridization between sibling species Littorina arcana and L. saxatilis (Mollusca, Coenogastropoda) in natural populations // Genetica. 2009. Vol. 137, N 3. P. 333–340. 9. Carvajal-Rodrı́guez A., Conde-Padı́n P., Rolán-Alvarez E. Decomposing shell form into size and shape by geometric morphometric methods in two sympatric ecotypes of Littorina saxatilis // J. Mollusc. Stud. 2005. Vol. 71. P. 313–318. 10. Павлинов И. Я. Геометрическая морфометрия — новый аналитический подход к сравнению компьютерных образов // Информационные и телекоммуникационные ресурсы в зоологии и ботанике: сб. ст. СПб., 2001. С. 65–90. 11. Bookstein F. L. Morphometric tools for landmark data: geometry and biology. New York: Cambridge Universty Press, 1991. 198 p. 12. Zelditch M. L., Swiderski D. L., Sheets H. D., Fink W. L. Geometric morphometrics for biologists: a primer. New York: Elsevier Academic Press, 2004. 437 p. 13. Rohlf F. J., Bookstein F. L. Computing the uniform component of shape variation // Syst. Biol. 2003. Vol. 52. P. 66–69. 14. Rohlf F. J. TPSrelw: relative warps, version 1.35 N.Y. State Univ. at Stony Brook. 2003 (Программа). URL: http://life.bio.sunysb.edu/morph/index.html (дата обращения 17.11.2009). 15. Rohlf F. J. TPSutil: TPS utility program, version 1.44 N.Y. State Univ. at Stony Brook. 2009 (Программа). URL: http://life.bio.sunysb.edu/morph/index.html (дата обращения 12.11.2009). 16. Rohlf F. J. TPSdig, version 1.40 N.Y. State Univ. at Stony Brook. 2004 (Программа). URL: http://life.bio.sunysb.edu/morph/index.html (дата обращения 15.11.2009). 17. Mikhailova N., Johanesson K. A comparison of different protocols for RAPD analysis of Littorina // Hydrobiologia. 1998. Vol. 378. P. 33–42. 18. Carvajal-Rodriguez A., Rodriguez M. G. MODICOS: Morphometric and Distance Computational Software oriented for evolutionary studies // Online J. Bioinform. 2005. Vol. 6. P. 34–41. URL: http://webs.uvigo.es/acraaj/Modicos.htm (дата обращения: 18.11.2009). Статья поступила в редакцию 28 июня 2010 г. 34 УДК 594.1:577.484 (268.45) Вестник СПбГУ. Сер. 3. 2010. Вып. 4 С. А. Назарова, Е. А. Генельт-Яновский, Н. В. Максимович ЛИНЕЙНЫЙ РОСТ MACOMA BALTHICA В ОСУШНОЙ ЗОНЕ МУРМАНСКОГО ПОБЕРЕЖЬЯ БАРЕНЦЕВА МОРЯ Macoma balthica L. — типичный обитатель илисто-песчаной литорали в морях умеренной зоны Северного полушария. В Баренцевом море макомы этого вида занимают краевую часть ареала и вместе с другими представителями бореальной и бореальноарктической фауны заселяют пляжи осушной зоны и верхней сублиторали [1–3]. Поселения M. balthica на Мурмане встречаются повсеместно, однако при очень разной плотности поселения: от десятков особей до 2000 экз./м2 [1–5]. Такое разнообразие величин обилия представляется логичным связать с неоднородностью условий обитания маком на различных участках. На примере литоральных видов двустворчатых моллюсков Белого моря было показано [6], что в локальных поселениях одной акватории разнообразие особей по скорости роста в значительной степени соответствует гетеротопности местообитаний. Однако насколько это положение справедливо в отношении формирования поселений вида в краевой части ареала? Цель настоящей работы — изучить неоднородность типичных для осушной зоны Мурмана поселений M. balthica по показателям линейного роста особей. В рамках данной цели были решены следующие задачи: 1) описание линейного роста M. balthica в различных поселениях Мурмана; 2) классификация исследованных поселений по скорости роста маком; 3) исследование варьирования среднего годового прироста раковины M. balthica. Материал и методика исследования В августе 2007–2008 гг. было исследовано 7 участков — литоральных глинисто-песчаных заиленных пляжей (рис. 1): два в Кольском заливе (Абрам-мыс и Пала-губа) и пять на Восточном Мурмане (губы Гавриловская, Ярнышная, Дальне-Зеленецкая, Шельпино, Порчниха). Станции для отбора проб располагали по горизонтам литорали. Пробы собирали методом выборочных площадок: литоральная рамка площадью 1/30 м2 или (при отборе проб на участках местообитаний, залитых водой) зубчатый водолазный дночерпатель площадью захвата 1/20 м2 . Пробы промывали ситом с размером ячеи 1 мм. У всех особей M. balthica измеряли длину (наибольший линейный размер) раковины и (по меткам роста) ее значения в период каждой зимней остановки роста с точностью 0,1 мм. Полученные для каждой станции измерения особей были сведены в описание возрастной структуры по схеме, представленной в табл. 1. Таким образом, всего было получено 14 описаний, условно характеризующих отдельные поселения маком. Как видно из данных табл. 1, каждое из описаний содержало результаты реконструкции динамики средней длины раковины маком в генерациях. Эти данные мы использовали для сравнительного анализа характера линейного роста моллюсков в поселениях и расчета величин группового годового прироста особей в генерации (как разность средних длин раковин моллюсков в последовательные моменты зимней остановки роста). c С. А. Назарова, Е. А. Генельт-Яновский, Н. В. Максимович, 2010 35 Рис. 1. Карта-схема района исследований Точками отмечено положение исследованных участков осушной зоны. Мареографический уровень расположения станций: ВГЛ — верхний, СГЛ — средний и НГЛ — нижний горизонты литорали Таблица 1. Возрастная структура M. balthica в нижнем горизонте литорали участка в Пала-губе (станция 2н) Показатели возрастных групп Возраст 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ 7+ 8+ 9+ n 9 76 40 34 37 44 48 61 44 Lmin 1,8 1,6 2,1 2,1 3,5 4,6 7,4 8 8,6 Lmax 2,5 7,9 5,8 8,5 9,8 11,5 12 13,7 14,2 Средняя длина раковины особей в генерациях в последовательные моменты зимней остановки их роста L̄ 2,2 3,1 3,8 5,4 6,8 8,2 9,9 10,6 11,1 1 1,1 0,7 0,7 0,7 0,8 0,8 0,9 0,7 – 2 3 4 5 6 7 8 9 2,0 1,8 1,8 1,9 1,8 2,1 2,0 – 2,9 3,1 3,1 2,9 3,3 3,4 3,4 4,6 4,6 4,1 4,6 4,6 4,7 6,2 5,5 6,0 6,1 6,5 7,3 7,7 7,5 8,2 9,1 8,9 9,7 9,9 10,5 11,4 L̄: 0,8 1,9 3,1 4,5 6,0 7,7 9,2 10,2 11,4 П р и м е ч а н и е. n — число измеренных особей (экз.); Lmin — минимальная, Lmax — максимальная, L̄ — средняя наблюдаемая длина раковины маком в возрастной группе (мм). Возрастные ряды аппроксимировали при помощи линейной модификации уравнения Берталанфи: Lt = Lmax (1 − exp(−k(t − t0 ))), где Lmax , k, t0 — коэффициенты, t — возраст, а Lt — длина раковины моллюска в возрасте t. Сравнительный анализ кривых роста произведен с учетом разброса эмпирических данных относительно регрессионной модели. В качестве меры расстояния использовали отношение величины статистики F (частное от деления остаточной вариансы относительно кривой роста на сумму остаточных варианс относительно частных моделей роста) к 5%-ному квантилю F -распределения [7]. Структуру вариансы величин группового годового прироста анализировали при помощи двухфакторного дисперсионного анализа. Как факторы влияния рассматривали начальную для данного интервала среднюю длину раковины, местообитания (участок) и мареографический уровень положения станции (горизонт литорали). В статистических расчетах ориентировались на уровень значимости критерия α < 0,05. 36 Результаты исследования и их обсуждение Для изученных местообитаний характерна широкая вариабельность предельных величин длины раковины и возраста маком: 13–20,3 мм и 8–15 лет соответственно (табл. 2). Наибольшая продолжительность жизни моллюсков отмечена в поселении, занимающем средний горизонт литорали губы Гаврилово (см. рис. 1, 3с): 15 лет при средней длине раковины особей — 18,8 мм. Однако максимальный размер особи был отмечен в верхнем горизонте литорали губы Ярнышная (см. рис. 1, 4в): 20,3 мм при возрасте особи в 13 лет (см. табл. 2). Таблица 2. Максимальная длина раковины особей M. balthica в старшей возрастной группе Показатель L, мм t, лет Станции 1с 1н 2с 2н 3с 3н 4в 4с 4н 5в 5с 6в 6с 7с 14,5 13,0 13,9 14,2 18,8 17,9 20,3 19,5 14,4 16,6 16,5 15,4 14,3 19,4 11 11 8 9 15 12 13 8 13 12 12 12 10 9 П р и м е ч а н и е. Обозначения станций, как на рис. 1. По характеру разброса индивидуальных величин длины раковины маком в возрастных группах (см. табл. 1) можно сделать заключение о крайне широкой вариабельности скорости роста особей в пределах каждого из изученных местообитаний. Для сравнительного анализа обобщенная характеристика условий роста маком в каждом из местообитаний была получена как ретроспективная усредненная характеристика динамики средней длины раковины в генерациях разных лет (см. табл. 1) [8]. Такие возрастные ряды были получены на всех 14 станциях. Полученные возрастные ряды были аппроксимированы с помощью уравнения Берталанфи (рис. 2). По графику визуально можно определить, что быстрее всех растут макомы в среднем горизонте литорали губы Порчниха (19,4 мм за 9 лет) и в среднем горизонте литорали губы Ярнышная (16,7 мм за 8 лет). Однако величину дистанции между остальными поселениями таким образом определить нельзя. Поэтому для классификации кривых роста (см. рис. 2) была использована формальная процедура сравнения с учетом разброса эмпирических данных относительно регрессионной модели [7]. В результате 14 кривых роста распались на три группы (рис. 3). Как и следовало ожидать, на большом удалении (F/Fкр. = 2,7) от остальных поселений в отдельный кластер «А» обособились описания станции 4с (губа Ярнышная) и 7с (губа Порчниха), на которых были представлены наиболее быстрорастущие особи (см. рис. 2). Следует отметить, что уровень дистанции между ними (F/Fкр. = 0,38) относительно низок для весьма существенного расхождения кривых роста на графике (см. рис. 2), что является очевидным следствием большого разброса эмпирических точек относительно модели роста. При таких значительных объемах выборок (76 и 65 особей соответственно) это обстоятельство можно трактовать как наличие серьезной гетерогенности данных поселений по скорости роста моллюсков, что было отмечено как обычное явление в поселениях массовых видов двустворчатых моллюсков в прибрежной зоне Белого моря [6, 9, 10]. Остальные поселения образовали две равновеликие группы. При внешне незначительном расхождении кривых роста (см. рис. 3) уровень дистанции между кластерами «B» и «C» оказался очень высоким (F/Fкр. = 2,5). В кластер «B» вошли шесть описаний, полученных в Пала-губе (СГЛ), губе Гаврилово (НГЛ), в ВГЛ и СГЛ губы Дальне37 Рис. 2. Разнообразие моделей линейного роста Macoma balthica, описывающих взвешенные характеристики возрастных рядов генераций в изученных поселениях маком Обозначения участков, как на рис. 1 Рис. 3. Классификация моделей линейного роста M. balthica Пунктирная линия отмечает положение критического значения индекса F/Fкр. , ниже которого различия между кривыми роста оказываются не достоверными. Обозначения участков, как на рис. 1. (Подробное описание в тексте) 38 Зеленецкой, в ВГЛ губы Ярнышной и в СГЛ губы Шельпино. Все соответствующие описания возрастных рядов объединились на уровне сходства F/Fкр. = 0,76. В данную группу попали поселения, среднюю скорость роста особей которых можно охарактеризовать промежуточными показателями: 19,3 мм за 13 лет. Кластер «C» объединил оставшиеся шесть описаний, полученных в СГЛ и НГЛ на участке у Абрам-мыса, НГЛ в Пала-губе, СГЛ в губе Гаврилово, НГЛ в губе Ярнышной и ВГЛ на участке Шельпино. Все соответствующие описания возрастных рядов объединились на уровне сходства F/Fкр. = 0,87. Вошедшие в этот кластер поселения характеризуются в среднем наименьшей низкой скоростью роста маком — 16,4 мм за 14 лет. Следует отметить, что проведенный сравнительный анализ не позволил выделить эффекты ни географической принадлежности, ни мареографического уровня положения станций сбора маком (см. рис. 3), хотя в кластер «B» попало относительно больше описаний, полученных с более высоких горизонтов литорали. Отсутствие статистической разницы между горизонтами литорали одного участка было отмечено лишь для участков губы Дальне-Зеленецкая (станции 5в, 5с в кластере «B») и Абрам-мыс (станции 1с, 1н в кластере «C»). Очевидно, что в данном случае большее влияние на рост маком оказывает не продолжительность осушки (чего следовало ожидать) или удаленность станции от Кольского залива, а иные условия, первыми среди которых следует признать условия гидродинамики и зависящие от них условия питания. На это обстоятельство указывает ряд исследователей [11–13]. При оценке результата проведенного сравнения нельзя не признать, что использование в качестве описаний роста M. balthica в поселениях рост средней генерации скрывает такой возможный источник влияния, как межгодовая вариация условий роста маком. Однако снижение уровня рассматриваемой биосистемы до генерации маком одного года с повтором процедуры сравнения не привело к получению нового результата. Попробуем выявить эффекты гетерогенности изученных поселений маком, еще больше снизив уровень рассматриваемой биосистемы — до возрастной группы. Для этого по описаниям возрастной структуры маком (см. табл. 1) были определены величины средних годовых приростов маком в генерациях. Всего было произведено около 500 оценок величины годового прироста. В качестве переменных воздействия воспользуемся географией положения местообитаний (фактор «участок») и мареографическим положением станций наблюдений (фактор «горизонт литорали»). Кроме того, для учета известного эффекта снижения скорости роста моллюсков в онтогенезе введем в анализ фактор «начальный средний размер особей в возрастной группе» для данного годичного интервала. По этому показателю весь массив исходных данных был ранжирован по 4 классам: менее 3 мм, 3–6 мм, 6–9 мм и более 9 мм. На первом этапе анализа (факторы «горизонт литорали», «начальный средний размер особей в возрастной группе») установлено (табл. 3, I), что каждая из назначенных причин вариации достоверно определяет величину годового прироста. Весьма примечательно, что при этом наибольшая доля вариации величин годового прироста определяется не начальным размером маком (SS = 4,74), а мареографическим уровнем положения станции (SS = 11,98). При анализе структуры вариансы исходного комплекса в градиентах начального среднего размера особей в возрастной группе и географии местообитаний выяснилось, что достоверное влияние на величину среднего годового прироста маком оказывают также оба фактора (табл. 3, II). Причем и в этом случае наибольшая доля вариации обусловлена не начальным размером раковины, а фактором «участок» (SS = 14,44). 39 Таблица 3. Структура вариансы средних величин годового прироста M. balthica в возрастных группах в градиентах: величины начального среднего размера особей в возрастной группе (4 градации размерных классов, А), мареографический уровень положения станций наблюдения (три градации, B) и географического положения участка наблюдений (6 градаций, C ) I Источник вариации A B AB W SS 4,74 11,98 2,75 193,82 v 3 2 6 515 MS 1,58 5,99 0,46 0,38 F 4,20 15,92 1,22 α 0,006 0,000 0,295 II Источник вариации A C AC W SS 8,23 14,44 14,16 156,62 v 2 5 17 500 MS 4,12 2,89 0,83 0,31 F 13,14 9,22 2,66 α 0,000003 0,000000 0,000351 П р и м е ч а н и е. W — внутригрупповая вариация, SS — общий квадрат, v — степень свободы, M S — средний квадрат (варианса), F — значение статистики Фишера, α — уровень значимости критерия. Общим для проведенных вариантов двухфакторного дисперсионного анализа оказалось, что в обоих случаях внутригрупповая вариация на порядок превышает факторную составляющую. Это говорит о том, что основной причиной вариации величины годового прироста маком в изученных акваториях является крайняя степень разнокачественности особей в местообитаниях. Такая разнокачественность очевидна уже по величине размаха вариации длины раковины маком в возрастных группах (см. табл. 1). В качестве рабочей гипотезы можно предположить, что в краевой части ареала резкой дифференциации особей M. balthica по скорости роста могут способствовать любые проявления микрорельефной гетеротопности локальных местообитаний. Полученные положительные итоги дисперсионного анализа интересно визуализировать для выявления характера мареографического и географического трендов в изменении величины годового прироста маком. Для этого представим итоги двухфакторных дисперсионных анализов в виде соответствующих поверхностей отклика. Весьма показательно, что величины годового прироста маком по мере роста начального среднего размера особей в возрастных группах меняются куполообразно (рис. 4, А, Б). Во всех исследованных поселениях максимальный прирост наблюдается у особей размерного класса 6–9 мм. Таким образом, в изученных поселениях максимальную скорость роста следует ожидать у маком среднего возраста (размера). Совершенно неожиданным для нас было явление макcимальной скорости роста маком не в нижнем, а в среднем горизонте осушной зоны (см. рис. 4, А). По-видимому, в условиях Мурмана фактор осушки начинает оказывать заметное влияние на скорость роста маком только в верхнем горизонте литорали. Причины снижения скорости роста маком в условиях нижнего горизонта литорали на данном этапе исследований нам не ясны. Широко известно [14–17], что изменения характеристик группового роста особей M. balthica в ареале во многих случаях линейно следуют смещениям широтного положения (т. е. температурного режима) акваторий. В частности, в Кандалакшском заливе макомы за 7–8 лет достигают размера 15–19 мм [8], что несколько выше показателей, 40 Рис. 4. Характер изменений средней величины годового прироста особей возрастной группы в зависимости от начальной средней длины их раковин, мареографического уровня обитания и условного смещения участка по побережью Мурмана на восток отмеченных нами в настоящей работе: максимальная средняя скорость линейного роста маком составила примерно 2,2 мм/год (19,4 мм за 9 лет). Однако здесь эффект температурной интерпретации обосновать трудно, поскольку характерным для изученных поселений маком следует признать общее увеличение скорости роста особей в возрастных группах по мере смещения положения участков наблюдения на восток (см. рис. 4, Б), т. е. в сторону более низких температур. При построении поверхности отклика оказалось, что средний годовой прирост увеличивается в более восточных поселениях. При этом вариабельность среднего годового прироста в зависимости от начального среднего размера особей в возрастной группе также увеличивается в более восточных поселениях, где наблюдается явно выраженный максимум у особей длиной 6–9 мм. Описанное нами влияние стартовой длины раковины маком на величину их годового прироста следует признать обычным явлением для двустворчатых моллюсков. Это характерно для поселения Macoma incongrua в Японском море [18], Mytilus trossulus septentrionalis в Чаунской губе Восточно-Сибирского моря [19] и Mytilus edulis в Кандалакшском заливе [20]. Для Macoma balthica аналогичная зависимость было выявлена на поселениях в заливе Сан-Франциско [21]. Основной итог проведенных исследований можно сформулировать следующим образом. Наибольшая отмеченная длина раковины маком в осушной зоне Мурмана составляет 20,3 мм. Максимальная продолжительность жизни особи — 15 лет (длина раковины особи 18,8 мм). Типичные поселения маком в изученных акваториях гетерогенны по характеру линейного роста особей, но для интерпретации этой гетерогенности не удалось привлечь данные о пространственном положении станций сбора моллюсков. Годовой прирост маком в возрастных группах широко варьировал. Была отмечена достоверно более высокая скорость роста моллюсков в среднем горизонте осушной зоны и при стартовом размере особей возрастной группы 6–9 мм. Причем в более восточных поселениях последнее обстоятельство выражено резче. 41 ∗ ∗ ∗ Авторы выражают благодарность администрации Кандалакшского государственного заповедника и лично А. С. Корякину, сотрудникам Мурманского морского биологического института, Мурманского государственного технического университета и Полярного научно-исследовательского института морского рыбного хозяйства и океанографии: М. В. Макарову, С. В. Малавенде, С. С. Малавенде, О. Тюкиной, И. П. Прокопчук и всем участникам студенческих Баренцевоморских экспедиций СПбГУ. Литература 1. Гурьянова Е. Ф., Закс И. Г., Ушаков П. В. Литораль Кольского залива. Ч. 1 // Труды Ленинградского общества естествоиспытателей. Вып. 2. Л., 1928. Т. LVIII. С. 87–140. 2. Гурьянова Е. Ф., Закс И. Г., Ушаков П. В. Литораль Западного Мурмана // Исследования морей СССР. Вып. 11. Л., 1930. С. 47–104. 3. Гурьянова Е. Ф., Ушаков П. В. Литораль Восточного Мурмана // Исследования морей СССР. Вып. 10. Л., 1929. С. 5–40. 4. Агарова И. Я., Воронова М. Н., Гальцова В. В., Иоффе Б. И. и др. Распределение и экология донной фауны на литоральной отмели Дальнего пляжа // Экологические исследования песчаной литорали. Апатиты, 1976. С. 95–186. 5. Назарова С. А., Генельт-Яновский Е. А. Структурно-функциональные характеристики поселений Macoma balthica L. в осушной зоне Мурманского побережья Баренцева моря // Материалы научной конференции, посвященной 70-летию ББС им. Перцова 9–10 августа 2008 года. М., 2008. C. 81–85. 6. Герасимова А. В., Максимович Н. В. О закономерностях организации поселений массовых видов двустворчатых моллюсков Белого моря // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2009. Вып. 3. С. 82–97. 7. Максимович Н. В. Статистическое сравнение кривых роста // Вестн. Ленингр. ун-та. 1989. № 24. С. 18–25. 8. Максимович Н. В., Герасимова А. В., Кунина Т. А. Продукционные свойства поселений Macoma balthica L. I. Линейный рост // Вестн. Ленингр. ун-та. Сер. 3. 1992. Вып. 4, № 24. С. 12–19. 9. Герасимова А. В., Максимович Н. В., Касаткина Л. С., Мартынов Ф. М. Особенности пространственного распределения макрозообентоса в литоральных сообществах Mya arenaria L. Белого моря // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2006. Вып. 2. С. 33–41. 10. Сухотин А. А., Кулаковский Э. Е., Максимович Н. В. Линейный рост беломорских мидий при изменении условий обитания // Экология. 1992. № 5. С. 71–77. 11. Nichols F. H., Thompson J. K. Seasonal growth in the bivalve Macoma balthica near southern limit of its range // Estuaries. 1982. Vol. 5, N 2. P. 110–120. 12. Beukema J. J., Knol E., Cadee G. H. Effects of temperature on the length of the annual growing season in the tellinid bivalve Macoma balthica (L.) living on tidal flats in the Dutch Wadden Sea // J. Mar. Biol. and Ecol. 1985. Vol. 90, N 2. P. 129–144. 13. Sukhotin A. A., Maximovich N. V. Variability of growth rate of Mytilus edulis L. from Chupa Inlet (White Sea) // J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 1994. Vol. 176. P. 15–26. 14. Gilbert M. A. Growth rate, longevity and maximum size of Macoma balthica (L.) // Biological Bulletin. 1973. Vol. 145, N 1. P. 119–126. 15. Bachelet G. Growth and recruitment of the tellinid bivalve Macoma balthica of the southern limit of its geographical distribution, the Gironde Estuary (S. W. France) // Marine Biology. 1980. Vol. 59, N 2. P. 105–117. 16. Семенова Н. Л. Рост и возраст Macoma balthica L. (Lamellibranchiata) в Белом море // Экология и физиология животных и растений Белого моря. М., 1983. С. 82–102. 42 17. Beukema J. J., Meehan B. W. Latitudinal variation in linear growth and over shell characteristics of Macoma balthica // Marine biology. Vol. 85. 1985. P. 27–33. 18. Максимович Н. В., Лысенко В. И. Рост и продукция двустворчатого моллюска Macоma incongrua в зарослях зостеры бухты Витязь Японского моря // Биология моря. 1986. С. 25–30. 19. Гагаев С. Ю., Голиков А. Н., Сиренко Б. И., Максимович Н. В. Экология и распределение мидии Mytilus trossulus septentrionalis Clessin, 1889 в Чаунской губе Восточно-Сибирского моря // Экосистемы, флора и фауны Чаунской губы Восточно-Сибирского моря. Ч. I. Исслед. фауны морей. Вып. 44 (55). 1994. С. 25–42. 20. Максимович Н. В., Миничев Ю. С., Кулаковский Э. Е. и др. Динамика структурных и функциональных характеристик поселений беломорских мидий в условиях подвесного выращивания // Исследования по марикультуре мидий Белого моря. Труды Зоологического института РАН. СПб., 1993. Т. 253. С. 61–82. 21. Cloern J. E., Nichols F. H. A von Bertalanffy Growth Model with a Seasonally Varying Coefficient // J. Fish. Res. Board Can. 1978. Vol. 35, N 11. P. 1479–1482. Статья поступила в редакцию 28 июня 2010 г. 43 УДК 574.583 Вестник СПбГУ. Сер. 3. 2010. Вып. 4 И. А. Стогов, Н. В. Полякова, А. И. Старков, Е. А. Мовчан ПЛАНКТОННЫЕ КОЛОВРАТКИ И РАКООБРАЗНЫЕ ВОДОЕМОВ В РАЙОНЕ МБС СПбГУ (о. СРЕДНИЙ, КЕРЕТСКИЙ АРХИПЕЛАГ, КАНДАЛАКШСКИЙ ЗАЛИВ БЕЛОГО МОРЯ) Водоемы в районе МБС СПбГУ (о. Средний, Керетский архипелаг, Кандалакшский залив Белого моря) характеризуются исключительным разнообразием физикохимических и гидрологических характеристик. Долговременные исследования, проводимые авторами на озерах побережья Белого моря [1–4], в наскальных ваннах разной солености островов Керетского архипелага [5–9], Керетской губе [10], в сочетании с собственными [10] и литературными данными о беломорском зоопланктоне [11, 12] позволяют оценить видовой состав планктонных коловраток и ракообразных различных водных объектов в районе МБС СПбГУ. Расположение на Белом море целого ряда биостанций, в том числе беломорских биологических станций Зоологического института РАН и Московского университета, сделало этот водоем, а следовательно и его зоопланктон, одним из наиболее изученных среди морей России [11, 12]. В меньшей степени исследована водная биота озер беломорского побережья Карелии, несмотря на их огромное количество и относительную доступность для проведения комплексных многолетних работ [3]. Еще меньше сведений о биоте наскальных ванн, исследования которых обычно проводились как часть более обширных работ, посвященных изучению морской литорали. О пресноводных наскальных ваннах чаще всего упоминали лишь как о распресненных рефугиумах морского происхождения. Наскальные ванны обычны и на побережье Белого моря, общие сведения о них можно найти в работах В. В. Луканина, А. Д. Наумова и В. В. Федякова [13], а также А. В. Гришанкова и Е. А. Нинбурга [14], посвященных характеристике беломорской супралиторали. Эти своеобразные водоемы изучались Н. В. Веховым [15], причем предметом внимания являлись именно планктонные ценозы. По нашим данным [8], на островах Керетского архипелага Белого моря пресноводные наскальные ванны весьма многочисленны и обычны уже на высоте 4 м над уровнем моря. Видимо, это связано с небольшой прибойностью и резкими суточными колебаниями температуры, приводящими к конденсации влаги на зеркало и водосборную площадь. Е. Н. Черновская [16] объясняет пониженную соленость Белого моря его континентальным положением, затрудненным водообменом и мощным береговым стоком. Это, на наш взгляд, делает возможным существование на побережье Белого моря большого количества именно пресноводных наскальных ванн даже в районе супралиторали. В последние годы усилился интерес к исследованию эстуарных систем, довольно многочисленных во внутреннем Белом море. Керетская губа представляет собой частично перемешанный эстуарий с клином соленой воды у дна и выраженным вертикальным градиентом солености, определяющим особенности пространственного распределения зоопланктона [10]. c 44 И. А. Стогов, Н. В. Полякова, А. И. Старков, Е. А. Мовчан, 2010 Таким образом, целью настоящей работы стал анализ видовых списков планктонных коловраток и ракообразных водоемов разного типа, расположенных в районе МБС СПбГУ. Материал и методы исследования Основой для настоящей работы послужили материалы, собранные и опубликованные авторами в 1985–2009 гг., а также имеющиеся в литературе видовые списки планктонных коловраток и ракообразных водоемов региона [10–12, 15, 17]. Для анализа сопряженности видовых списков обследованных акваторий проведен кластерный анализ (мера сходства — расстояние Евклида, кластеризация — способ Уорда) из пакета Statistica 7, результат представлен в виде дендрограммы. Авторы выражают глубокую благодарность сотрудникам и студентам кафедры ихтиологии и гидробиологии СПбГУ за помощь при сборе и первичной обработке материала, специалистам Зоологического института РАН, и в особенности проф. Л. А. Кутиковой, за консультации и помощь в определении планктонных организмов, а также руководству биостанций СПбГУ, МГУ и ЗИН РАН за помощь и поддержку в организации работ. Результаты исследования Видовые списки коловраток и ракообразных разнотипных водоемов в районе МБС СПбГУ насчитывают 97 форм зоопланктона, в том числе 40 видов коловраток, 30 — ветвистоусых и 27 — веслоногих ракообразных (табл. 1–4). Таблица 1. Общее количество видов планктонных коловраток и ракообразных различных водоемов в районе МБС СПбГУ Организмы Rotifera Cladocera Copepoda Всего Озера побережья 17 21 7 45 Ванны пресные 14 11 5 30 Ванны зоны заплеска 26 10 15 51 Керетская губа 6 7 11 24 Белое море 0 2 7 9 Всего 40 30 27 97 Нами отмечено 40 видов коловраток (см. табл. 2), причем наибольшее количество видов Rotifera (26 из 51 отмеченного) обнаружено в заплесковых наскальных ваннах. Количество видов ветвистоусых (см. табл. 3) и веслоногих ракообразных (см. табл. 4) приблизительно равно (30 и 27 видов соответственно). Наибольшее количество видов Cladocera обнаружено в планктоне озер беломорского побережья. Однако если ракообразные Daphnia longispina отмечены как в озерах, так и в ваннах разной солености, то представители двух других видов этого рода Daphnia magna и Daphnia pulex отмечены только в наскальных ваннах. Подобное распределение демонстрируют и рачки другого широко распространенного рода — Bosmina, например B. longirostris, найденные в озерах (и Керетской губе, куда р. Кереть приносит воды оз. Заборное), а B. obtusirostris — характерный компонент биоты наскальных ванн. Наибольшее количество (15 из 27 отмеченных для региона) видов Copepoda обнаружено в осолоненных наскальных ваннах, причем в этих своеобразных водоемах отмечено 5 видов Harpacticoida из 7 (см. табл. 4). При этом в наскальных ваннах обычны 4 массовых формы беломорского планктона — каляниды Centropages hamatus и Temora longicornis, циклопоиды Oithona similis, харпактициды Microsetella norvegica. 45 Таблица 2. Планктонные коловратки (Rotifera) водоемов в районе МБС СПбГУ (о. Средний, Керетский архипелаг, Кандалакшский залив Белого моря) Организмы Озера Ванны Ванны Керетская Белое побережья пресные зоны заплеска губа море Ascomorpha ecaudis Perty + Asplanchna priodonta Gosse + + Bdelloida gen. sp. + + Bipalpus hudsoni (Imhof) + Brachionus angularis Gosse + Brachionus calyciflorus Pallas + + Brachionus plicatilus Muller + Brachionus urceus (Linnaeus) + Cephalodella sp. + + Collotheca pellagica (Rousselet) + Collurella dicentra (Gosse) + Collurella obtusa (Gosse) + + Conochilus hippocrepis (Schrank) + Conochilus unicornis Rousselet + Epiphanes macroura (Barrois et Daday) + + Euchlanis dilatata Ehrenberg + Filinia major (Colditz) + + Hexartra sp. + + Kellicotia longispina (Kellicott) + + Keratella cohlearis (Gosse) + + + Keratella hiemalis Carlin + Keratella quadrata (O. F. Muller) + + + Lecane flexilis (Gosse) + + Lecane M. lunaris (Ehrenberg) + + Lepadella ovalis (O. F. Muller) + Lepadella patella (O. F. Muller) + Monommata longiseta (Muller) + + Mytilina mucronata (Muller) + + Notholca accuminata (Ehrenberg) + + Notholca bipalium (O. F. Muller) + Notholca labis Gosse + Notholca squamula salina Focke + Platyas sp. + Ploesoma truncatum (Levander) + Polyarthra sp. + Proales sp. + + Synchaeta sp. + + + Testudinella patina (Hermann) + Trichocerca longiseta (Schrank) + + + Trichotria truncata (Whitelegge) + Всего видов 17 14 26 6 0 Обсуждение результатов исследования Анализ сходства видовых списков коловраток и ракообразных, проведенный с использованием кластерного анализа, позволяет говорить о своеобразии озерного и морского планктона, а также биоты наскальных ванн. На дендрограмме (рисунок) на уровне расстояния Евклида более 30 хорошо обособляются 2 кластера, причем самая многочисленная часть одного из них формируется озерными формами коловраток рода Conochilus, ветвистоусыми родов Holopedium, Leptodora, Bythotrephes, веслоногими 46 Таблица 3. Планктонные ветвистоусые ракообразные (Cladocera) водоемов в районе МБС СПбГУ (о. Средний, Керетский архипелаг, Кандалакшский залив Белого моря) Организмы Озера Ванны Ванны Керетская Белое побережья пресные зоны заплеска губа море Acahtholeberis curvirostris (O. F. Muller) + Acroperus harpae (Baird) + Alona affinis Leydig + Alonella exisa (Fisher) + + Alonella nana (Baird) + + Alonopsis elongata (Sars) + Bosmina longirostris (O. F. Muller) + + Bosmina obtusirostris Sars + + Bythotrephes longimanus Leydig + Ceriodaphnia pulchella Sars + Ceriodaphnia quadrangula (O. F. Muller) + + Chydorus sphaericus (O. F. Muller) + + + Daphnia cristata Sars + Daphnia longispina O. F. Muller + + + + Daphnia magna Straus + + Daphnia pulex (De Geer) + + Diaphanosoma brachyurum (Lievin) + + Eurycercus lamellatus (O. F. Muller) + Evadne nordmanni Lovén + + + Graptoleberis testudinaria (Fischer) + Holopedium gibberum Zaddach + Leptodora kindtii (Focke) + Limnosida frontosa Sars + Macrothrix hirsuticornis Norman and Brady + + Peracantha truncata (O. F. Muller) + Podon leuckarti Sars + + + Polyphemus pediculus (Linne) + + + Scapholeberis mucronata (O. F. Muller) + + Sida cristallina (O. F. Muller) + Simocephalus vetulus (O. F. Muller) + Всего видов 21 11 10 7 2 родов Limnocalanus и Cyclops, обычными для лимнического комплекса водоемов Карелии [1], в другую часть входят немногочисленные формы (коловратки Asplanchna и Synchaeta, ветвистоусые D. longispina), свойственные и озерам, и наскальным ваннам. Часть кластера, обособляющаяся на уровне расстояния Евклида менее 10, сформирована массовыми формами беломорского планктона (ракообразными родов Calanus, Pseudocalanus, Metridia, Podon, Evadne и др.) [11, 12], солоноватоводными копеподами (в основном харпактицидами) и коловратками Keratella quadrata. Другая часть этого кластера представлена формами, определяющими специфический облик планктона наскальных ванн разной солености (см. табл. 2–4; рисунок). Данный список неоднократно приводился для наскальных ванн островов Белого [9] и других морей [18, 19, 20], в том числе и С. М. Глаголевым и соавторами [17]. Он включает около 10 видов ветвистоусых, среди которых наиболее часто встречаются ракообразные Daphnia magna, D. pulex, D. longispina, Chydorus sphaericus, Ceriodaphnia quadrangula, Scapholeberis mucronata и Polyphemus pediculus. По нашим данным, рачки B. longirostris, базальная часть абдоминального коготка которых вооружена щетинками, обычны в озерах Карелии, в то 47 Дендрограмма сопряженности распределения планктонных коловраток и ракообразных в разнотипных водоемах в районе МБС СПбГУ Алгоритм кластеризации — способ Уорда, мера сходства — расстояние Евклида. По оси абсцисс — названия видов; по оси ординат — расстояние Евклида время как B. obtusirostris, базальная часть абдоминального коготка которых вооружена мелкими зубчиками, является характерным компонентом биоты наскальных ванн побережий Белого и Баренцева морей. Таким образом, в водоемах района МБС отмечено 40 видов коловраток, что в несколько раз больше, чем указано в литературе для наскальных водоемов по данному региону [6, 15]. При этом в отдельных ваннах число видов коловраток невелико — менее 8, обычно от 0 до 3,7 видов имеют встречаемость в отельных ваннах более 50%, формируя специфический облик планктона наскальных ванн, к примеру Ascomorpha ecaudis, Collurella obtusa, Notholca accuminata, Notholca bipalium, Proales sigmoidea и Testudinella pectinata в зоне заплеска, Keratella quadrata — в пресных ваннах. Для Белого моря коловратки не характерны [11, 12], их присутствие в эстуарных районах, вроде Керетской губы, определяется континентальным стоком, приуроченность коловраток к поверхностному распресненному слою воды отмечалась неоднократно [10]. Специфику копеподного планктона наскальных ванн определяют харпактициды, преимущественно солоноватоводные формы, достигающие в наскальных ваннах наиболее высокого таксономического разнообразия (5 форм из 7 отмеченных в регионе) [9]. В связи со значительным сходством видовых списков зоопланктона пресных и заплесковых наскальных ванн (сходство 78%), а также планктона Керетской губы и Белого моря (сходство 64%) их видовые списки были объединены (табл. 5). Анализ списков видов планктонных коловраток и ракообразных позволяет сделать заключение, что в наскальных ваннах беломорских островов за счет разнообразия ко48 Таблица 4. Планктонные веслоногие ракообразные (Copepoda) водоемов в районе МБС СПбГУ (о. Средний, Керетский архипелаг, Кандалакшский залив Белого моря) Организмы Озера Ванны Ванны Керетская Белое побережья пресные зоны заплеска губа море Acanthocyclops languidus (G. O. Sars) + + Acanthocyclops vernalis (Fischer) + Acanthocyclops viridis (Jurine) + Acartia longiremis (Lilljeborg) + + Calanus glacialis (Jaschnov) + + Canthocamptus staphylinus (Jurine) + Centropages hamatus (Lilljeborg) + + + Cyclops scutifer Sars + Ectinosoma neglectum Sars + + Eudiaptomus graciloides (Lilljeborg) + + Eurytemora affinis (Poppe) + Eurytemora lacustris (Poppe) + + Harpacticus uniremus Kroyer + + Heterocope appendiculata Sars + Idyaea furcata (Baird) + Limnocalanus macrurus Sars + Mesochra rapiens (Schmeil) + Mesocyclops leuckarti (Claus) + Metridia longa (Lubbock) + Microcyclops varicans (Sars) + + Microsetella norvegica (Boeck) + + + Nitocra spinipes Boeck + Oithona similis Claus + + + Oncaea borealis G. O. Sars + Pseudocalanus minutus Kroyer + + Temora longicornis (O. F. Muller) + + + Thermocyclops oithonoides (Sars) + + Всего видов 7 5 15 11 7 Таблица 5. Общее количество видов планктонных коловраток и ракообразных различных водоемов в районе МБС СПбГУ Организмы Rotifera Cladocera Copepoda Всего Озера побережья 17 21 7 45 Ванны 29 13 16 58 Белое море 6 7 12 25 Всего 40 30 27 97 ловраток (29 видов) и веслоногих ракообразных (16 видов) сформировался наиболее таксономически богатый ротаторно-копеподный зоопланктон (на долю двух данных таксономических групп приходится 45 видов из 58 отмеченных), что, по нашему мнению, связано с исключительно разнообразными физико-химическими условиями этих своеобразных водоемов [6]. Планктон малых озер беломорского побережья менее разнообразен и имеет выраженный кладоцерно-ротаторный характер (38 видов из 45). Беломорский зоопланктон таксономически наиболее беден и носит ярко выраженный копеподный характер, на долю этих беспозвоночных приходится 12 видов из 25, отмеченных в акваториях в районе МБС СПбГУ. 49 Литература 1. Стогов И. А. Динамика зоопланктона малых озер Карельского берега Белого моря. 1. Видовое разнообразие и закономерности распределения // Вестн. Ленингр. ун-та. Сер. 3. 1988. Вып. 4 (№ 24). С. 17–23. 2. Панина С. Н., Стогов И. А. Гидробиологическая характеристика малых озер Карельского побережья Белого моря // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2000. Вып. 3 (№ 11). С. 15–17. 3. Стогов И. А., Панина С. Н., Полякова Н. В., Иванова Т. С. Лимнологические исследования на МБС СПбГУ // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2001. Вып. 4 (№ 27). С. 92–96. 4. Полякова Н. В., Панина С. Н., Стогов И. А. Зоопланктон как элемент биотического баланса малых лесных озер Карелии // Материалы VI научного семинара «Чтения памяти К. М. Дерюгина». СПб., 2004. С. 43–51. 5. Стогов И. А., Ципленкина И. Г. Зоопланктон наскальных ванн островов Кандалакшского залива Белого моря // Проблемы изучения, рационального использования и охраны природных ресурсов Белого моря. Петрозаводск, 1992. С. 147–149. 6. Стогов И. А., Мовчан Е. А., Полякова Н. В., Сухопарова Е. Ю. Физико-химические и биологические характеристики наскальных ванн островов Керетского архипелага Кандалакшского залива Белого моря в 1990–1994 гг. // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 1996. Вып. 2 (№ 10). С. 17–23. 7. Мовчан Е. А., Полякова Н. В., Стогов И. А. Наскальные ванны как объект долговременного мониторинга // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2000. Вып. 3 (№ 11). С. 18–19. 8. Стогов И. А., Мовчан Е. А. К исследованию эфемерных водоемов морских побережий // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2005. Вып. 3. С. 87–91. 9. Стогов И. А., Мовчан Е. А., Полякова Н. В., Старков А. И. Долговременные исследования структурных характеристик сообществ планктонных и донных беспозвоночных беломорских пресноводных наскальных ванн // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2009. Вып. 3. С. 158–168. 10. Иванова Н. А., Башмачников И. Л., Стогов И. А. Влияние гидрологических условий на распределение зоопланктона в эстуарии р. Кереть (Белое море) // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2000. Вып. 2 (№ 11). С. 11–14. 11. Перцова Н. В., Прыгункова Р. В. Зоопланктон // Белое море. Биологические ресурсы и проблемы их рационального использования. Ч. 2. Исследование фауны морей. Вып. 42(50). СПб., 1995. С. 115–141. 12. Berger V. Ja., Naumov A. D., Usov N. V. et al. 36-year time series (1963–1998) of zooplankton, temperature, and salinity in the White Sea // World Data Center for Oceanography. Silver Spring. International Ocean Atlas and Information Series. Noaa Atlas NESDIS, 57. Washington: Government Printing Office, 2003. Vol. 7. 362 p. 13. Луканин В. В., Наумов А. Д., Федяков В. В. Вертикальная зональность Белого моря // Белое море. Биологические ресурсы и проблемы их рационального использования. Ч. 1. Исследование фауны морей. СПб., 1995. Вып. 42(50). С. 189–193. 14. Гришанков А. В., Нинбург Е. А. Общая характеристика супралиторали // Белое море. Биологические ресурсы и проблемы их рационального использования. Ч. 1. Исследование фауны морей. СПб., 1995. Вып. 42(50). С. 193–197. 15. Вехов Н. В. Особенности зоопланктона наскальных ванн островов Белого моря // Биология Белого моря. 1974. Т. 4. С. 49–64. 16. Черновская Е. Н. Гидрологические и гидрохимические условия на литорали Восточного Мурмана и Белого моря. М.; Л., 1956. 116 с. 17. Глаголев С. М., Бережной Д., Дацкевич П., Петров П., Чава В. Фауна пресноводных беспозвоночных наскальных луж островов Керетского и Кемьлудского архипелагов (Белое море) // Материалы Беломорской экспедиции Московской Гимназии на Юго-Западе. Вып. 4 50 [Электронный ресурс]. 2004. URL: 14. http://herba.msu.ru/shipunov/belomor/2004/zoolog /luzhi.htm (дата обращения: 21.04.2010). 18. Жюбикас И. И. Эколого-фаунистические характеристики биотопа морских ванн литорали и супралиторали Восточного Мурмана: Автореф. дис. . . . канд. биол. наук. Л., 1969. 22 с. 19. Ranta E. Animal communities in rock pools // Ann. Zool. Fennici. 1982. 19. P. 337–347. 20. Bengtsson J. Life histories, interspecific competition and regional distribution of three rockpool Daphnia species // Acta univ. upsal. Compr. summ. Uppsala Diss. Fac. Sci. 1988. N 142. P. 1–32. Статья поступила в редакцию 28 июня 2010 г. 51 УДК 574.587;574.524 Вестник СПбГУ. Сер. 3. 2010. Вып. 4 Т. А. Чужекова, Д. А. Фатеев, И. А. Стогов СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАКРОЗООБЕНТОСА НИЖНЕГО ТЕЧЕНИЯ РЕКИ ЛЕТНЯЯ (КАРЕЛЬСКИЙ БЕРЕГ БЕЛОГО МОРЯ) На территории водосборного бассейна Белого моря, в том числе в Карелии, сложилась развитая гидрографическая сеть, характерная черта которой — ступенчатый продольный профиль, где длинные плесы — озера или озеровидные расширения — чередуются с речными участками с короткими порожистыми перепадами. Озеровидные расширения стабилизируют сток вод в реках и вынос аллохтонного органического вещества на нижележащие участки с высокими скоростями течения. Неравномерное распределение гидрологических условий ведет к закономерной смене лимнофильных и реофильных биоценозов. Река Летняя, одна из многочисленных малых рек Карельского севера России, типична для Фенноскандии. До середины 60-х гг. прошлого века здесь осуществляли сплав леса, однако, в настоящее время этот водоток не подвержен прямой антропогенной нагрузке и его состояние соответствует фоновому для региона. Река Летняя общей протяженностью около 21 км расположена в 10 км от Морской биостанции СПбГУ (географические координаты истока 66◦ 10′ 27′′ с. ш. и 33◦ 44′ 15′′ в. д., устья — 66◦ 14′ 34′′ с. ш. и 33◦ 47′ 56′′ в. д.) [1]. На всем протяжении река проходит через несколько озер (ламб), причем протяженность озерных участков заметно превосходит длину речных. Предметом нашего внимания стали сообщества донных беспозвоночных нижнего течения реки, протяженностью около 1,5 км от ее истока из оз. Нижнее Летнее до впадения в губу Летняя пролива Глубокая салма Белого моря. Река Летняя в нижнем течении представляет собой ряд порожистых участков, чередующихся с озеровидными расширениями — Верхней Летней и Нижней Летней ламбами. Порожистые участки мелководные, как правило, нешироки (до 5–7 м) и неглубоки (до 1 м) со скоростями течения до 2–3 м/с в медиали. Плесовые участки, переходящие в проточные озера, имеют большую ширину (до 50 м) и глубину (до 4 м), скорость течения в межень порядка 0,1–0,15 м/с [2]. Воды р. Летняя характеризуются низкой минерализацией (0,014–0,019 г/л) и электропроводностью (29,2–39,4 мкСм), высокой перманганатной окисляемостью (18,3–24,4 мг/л О2 ) и цветностью (150 градусов платиново-кобальтовой шкалы), что также характерно для рек региона. Материалы и методы исследования В основу работы легли материалы 50 количественных проб, собранных в августе 2008 г. с помощью пробоотборника типа Surber (рамка с ситом 0,25 мм2 ), с площади около 1/20 м2 через каждые 50–70 м на 25 станциях нижнего течения реки в прибрежной зоне на глубинах 0,3–0,5 м [3]. Был также использован определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий [4–9]. Основные расчеты делали в программе Microsoft Excel-2003, кластерный анализ (метод Варда, расстояние Евклида) и T -тест Стьюдента осуществляли в программе Statistica 7. Оценка трофических группировок в сообществе была проведена на основании c 52 Т. А. Чужекова, Д. А. Фатеев, И. А. Стогов, 2010 классификации Камминса с использованием программы Asterix 3.1.1, разработанной в рамках Европейской рамочной водной директивы 2000 г. в целях унификации методов исследования в Европейском Союзе [10]. Результаты исследования Всего в р. Летняя обнаружен 81 таксон донных беспозвоночных рангом вида и выше. Наибольшим разнообразием отличались личинки Diptera — 35 видов (из них сем. Chironomidae — 28), Oligochaeta — 10 (из них сем. Naididae — 5), Ephemeroptera — 7, Mollusca — 6, Coleoptera, Trichoptera и Plecoptera — по 5. В составе бентосных сообществ р. Летняя отмечено 7 трофических группировок из 10 возможных по классификации Камминса, наибольшей численностью обладали хищники, активные и пассивные фильтраторы, собиратели и соскребатели. Проведение кластерного анализа позволило выделить две группы станций (рис. 1). В кластер № 1 вошли участки с наибольшими скоростями течения и характерными литореофильными сообществами. На этих участках доля хищников составила 33,6 ± 3,4%, пассивных фильтраторов — 24,3 ± 2,7%, соскребателей — 20,4 ± 2,3%. Пространственное распределение представителей разных таксонов также отражало различия в гидрологических характеристиках. На станциях с быстрым течением сообщества макрозообентоса сменяют друг друга следующим образом: между оз. Нижнее Летнее и Верхней ламбой доминируют реофильные Trichoptera Рис. 1. Дендрограмма сходства проб по соотношению трофических групп в сообществе (%) Кластеризация методом Варда, мера сходства — расстояние Евклида (подробное описание в тексте) 53 Величины обилия и процент встречаемости макрозообентоса на лимнических и лотических участках реки Лимнические участки реки Вид N, B, экз./м2 мг/м2 Procladius 163 ± 36 113 ± 23 (Holotanypus) ferrugineus (Kieffer 1918) Pisidoidea varia 54 ± 13 75 ± 19 Arctopelopia sp. Fittkau, 1962 Sialis fuliginosa Pictet, 1836 Tribelos intextum (Walker, 1856) Molanna angustata Curtis 1834 Chironomus cingulatus Meigen, 1830 Tanytarsus sp. van der Wulp, 1874 Lumbriculus variegatus (O. F. Müller, 1774) Chironomidae pupa Probezzia seminigra (Panzer, 1798) Limnephilus flavicornis (Fabricius 1787) Прочие Сумма Лотические участки реки Вид N, B, % экз./м2 мг/м2 83 Hydropsyche 220 ± 54 2477 ± 707 70 angustipennis (Curtis, 1834) % 70 Baetis rhodani (Pictet, 1845) 44 Pisidoidea varia 18 ± 6 7±2 13 ± 4 230 ± 87 126 ± 71 61 ± 33 40 Heptagenia sulphurea (Muller 1776) 40 Diura sp. Billberg, 1820 12 ± 4 114 ± 55 30 Elmis sp. (Müller, 1806) 73 ± 22 52 ± 15 67 141 ± 74 370 ± 242 52 52 ± 13 216 ± 58 52 21 ± 5 23 ± 9 52 22 ± 5 18 ± 5 52 606 ± 232 44 54 ± 30 30 46 ± 19 26 396 ± 160 133 ± 53 26 22 10 ± 4 22 30 Plectrocnemia conspersa 158 ± 55 (Curtis, 1834) 20 ± 8 3±1 22 Simulium tuberosum 29 ± 11 (Lundström, 1911) 13 ± 6 34 ± 20 22 Serratella ignita 12 ± 4 (Poda, 1761) 8±3 24 ± 14 22 Trichoptera pupa 7±3 9±3 6±3 22 Rhyacophila pascoei 6±3 McLachlan 1879 7±3 50 ± 37 22 Clinocera nigra 10 ± 4 Meigen, 1804 173 ± 30 607 ± 168 <15 Прочие 133 ± 27 785 ± 192 1397 ± 288 Сумма 886 ± 123 170 ± 118 60 ± 39 448 ± 162 <15 4849 ± 949 (Hydropsyche angustipennis (Curtis, 1834) — до 17 г/м2 , Plectrocnemia conspersa (Curtis, 1834) — до 3,9 г/м2 ) и Diptera (Simulium tuberosum (Lundström, 1911)); между Верхней и Нижней ламбами — Trichoptera (H. аngustipennis) и Ephemeroptera (Heptagenia sulphurea (Muller 1776)) (таблица). Численность зообентоса на этих участках варьирует от 250 до 2650 экз./м2 , биомасса — от 0,275 до 22 г/м2 , что согласуется с данными И. А. Барышева и соавторов [11, 12] для других малых рек региона. В кластер № 2 вошли станции, расположенные на участках с меньшими скоростями течения. В пределах этой группы станций можно выделить два подкластера (№ 2а и 2б). № 2а соответствует зоне гидравлического стресса — это переходные участки от лотических участков к лентическим, и наоборот, а также наиболее протяженный самый нижний каскад реки, соединяющий Нижнюю ламбу и губу Летнюю (зона подпора моря). Основными трофическими группировками на этих участках были собиратели (32,3 ± 2,5%) и соскребатели (21,5 ± 4,2%). В бентосе вниз по течению последовательно сменяют друг друга доминирующие Bivalvia (Pisidoidae) + Diptera (единичные личинки Chironominae), далее Ephemeroptera (Baetis rhodani (Pictet, 1845) и H. sulphurea (Muller 1776)) + Diptera (Simulidae). В подкластер № 2б вошли пробы, собранные на озеровидных расширениях реки, ламбах Нижняя и Верхняя, где скорость течения не превышала 0,3 м/c (см. рис. 1; 2). Доминировали по численности активные фильтраторы (37,6 ± 5,6%) и собиратели (11,7 ± 3,3%). На озеровидных расширениях с медленным течением и мягким грун54 Рис. 2. Изменение биомассы (А) и соотношения трофических групп (Б) по продольному профилю исследованного участка реки Летняя По оси абсцисс обозначены номера станций. Выделены станции, расположенные на озеровидных расширениях русла том в зообентосе преобладали мелкие личинки Chironomidae (высокой численностью обладали Tribelos intextum (Walker, 1856) — до 875 ± 500 экз./м2 ; Procladius (Holotanypus) ferrugineus (Kieffer, 1918) — до 575±50 экз./м2 и моллюски родов Sphaerium и Pisidium — до 425 и 350 экз./м2 соответственно). Всего на озерных участках было отмечено 29 видов, однако чаще всего это были единичные особи и редкие пятна агрегации Chironomus cingulatus Meigen, 1830 (до 2650 экз./м2 ). Численность зообентоса на данных участках варьировала от 100 до 3750 экз./м2 , биомасса — от 0,068 до 7,5 г/м2 . По всему течению реки наблюдалось уменьшение доли хищников в донных ценозах. Так, обильные на участке между оз. Нижнее Летнее и Верхней Летней ламбой хищные ручейники P. conspersa (Curtis, 1834), H. angustipennis (Curtis, 1834), Rh. pascoei McLachlan 1879, веснянки рода Neumora и личинки хирономид подсемейства Tanypodinae исчезали на более нижних участках: в зоне подпора моря. Регулярно, как на лотических, так и лентических участках, были отмечены моллюски надсемейства Pisidoidea, формируя основу биомассы зообентоса, однако наибольшие величины обилия (до 6,9 г/м2 ) отмечены на самом нижнем участке реки. Это согласуется с данными А. А. Фролова [13], показавшего на малых водотоках Кольского п-ова достоверное увеличение числа видов и величин обилия моллюсков этого надсемейства на илистых, илисто-песчаных участках с высшей растительностью, а также илисто-песчаных участках с гравием и камнями, грунтах в районе истоков, бочагах и плесах ручьев, в практически стоячей воде или при скорости течения, не превышающей 0,125 м/с. Следует отметить, что на проточных и стоячих участках реки численность достоверно не отличалась, в отличие от биомассы, которая на ритральных участках оказалась в 2,5 раза выше, чем в ламбах (см. таблицу; рис. 2). 55 Обсуждение результатов исследования Видовой состав макрозообентоса р. Летняя обычен для рек Карело-Кольской озерной области. Более 80% таксономических единиц приходилось на долю личинок насекомых, что соответствует литературным данным по другим малым водотокам того же порядка [14–16]. На отдельных стациях число видов не превышало 24. Известно, что в водоемах и водотоках Карелии обитает более 350 видов амфибиотических насекомых, из которых наибольшим разнообразием отличаются Trichoptera (53%). В наших же сборах доля представителей этого таксона составила около 8%. В то же время доля видов Plecoptera, Ephemeroptera и Odonata в целом соответствует региональным пропорциям (6, 7 и 3%). Доля обнаруженных нами личинок двукрылых составила 41% (Chironomidae — 33%) от общего разнообразия, что вполне сопоставимо с таковым в малых равнинных и предгорных реках [14, 17, 18]. Несмотря на то, что двукрылые наиболее разнообразны, столь явное преобладание личинок хирономид говорит о возможном недоучете личинок других семейств отряда, так как А. А. Пржиборо [19] указывает более 230 видов из 29 семейств для зообентоса литоральной зоны озер Карелии и Ленинградской области. Также возможен недоучет жесткокрылых, поскольку в наших сборах было отмечено лишь 8 видов отряда, в то время как П. Н. Петров [20] для водоемов окрестностей пос. Дальние Зеленцы указывает 29 видов. Из пяти выделенных В. И. Жадиным [21] основных донных биоценозов в реках Карелии обычны литореофильный и псаммореофильный. На лотических участках р. Летняя сообщества сформированы обычными для этих биотопов Simulium tuberosum, Clinocera nigra, личинками и имаго жуков Elmis sp., пиявками Erpobdella octoculata, личинками веснянок Diura sp., ручейников Rhyacophila pascoi, Plectronemia conspersa, Hydropsyche anustipennis, поденок Ephemerella ignita, Heptagenia sulfurea, Baetis rhodani. Эти же формы наряду с другими литореофильными формами — Ephemeroptera (Ephemerella ignita, E. Mucronata, Habrophlebia fusca, Baetisfuscatus sp., Nigrobaetis spp.), Plecoptera (Isogenus nubecula, Taeniopteryx nebulosa, Nemoura sp., Amphinemura borealis, Leuctra fusca) и Trichoptera (Rhyacophila nubila, Oxyethira flavicornis, Hydropsyche pellucidula, H. Silfvenii, Cheumatopsyche lepida, Ithytrichia lamellaris, Ceraclea excisa, Polycentropus flavomaculatus, Lepidostoma hirtum, Eclisomia sp., Neureclipsis bimaculata, Wormaldia subnigra, Brachycentrus subnubilus) — были отмечены в реках бассейнов Белого моря и Онежского озера [17, 18]. На лентических участках реки регулярно встречались Sphaerium sp., Spirosperma velutinus, Pisidium sp., Probezzia seminigra, Hydroporus sp., Tanitarsus sp., Uncinais uncinata, Lumbriculus variegatus, Chironomus cingulatus, Arctopelopia sp., Tribelos intextus, Sialis fluviatilis, Procladius ferrugineus, Lymnephilus flavicornis, что характерно для других водоемов Карелии, таких как Сямозеро и Тарасмозеро [22–26]. Интересен факт обнаружения в Верхней ламбе личинок хирономид неарктического рода Coelotanypus, ранее отмеченных в Палеарктике только дважды: в озерах окрестностей Нижнего Новгорода и нижнем течении р. Сок в Самарской области [27, 28]. Величины обилия макрозообентоса можно охарактеризовать как невысокие, но обычные для речных систем региона. Как показано рядом авторов [21, 23–26, 29–31], макрозообентос малых озер Карельского побережья Белого моря довольно беден, в изученных водоемах отмечено от 20 до 40 форм при низких величинах обилия (до 3 тыс. экз./м2 и 7 г/м2 ). На озеровидных расширениях р. Летняя биомасса варьировала от 0,4 ± 0,3 до 4,1 ± 1,2 г/м2 и в среднем составила около 1–1,5 г/м2 , что свойственно олиготрофным озерам [30]. Влияние водной растительности на величины обилия донных 56 беспозвоночных в различных гидрологических условиях не одинаково. Так, при скоростях течения ниже 0,3 м/с биоценозы зарослевых и свободных участков сходны по обилию с макрозообентосом [17, 31]. Однако при увеличении скорости течения заросли мха Fontinalis на крупных камнях служат хорошим укрытием для донных беспозвоночных, в связи с чем величины обилия положительно скоррелированны с площадью обрастания камней растительностью. Так, при скорости течения более 1 м/с на участках без растений плотность населения очень мала и редко превышает 5 тыс. экз./м2 [12, 17]. При этом на участках с развитой растительностью (при обрастании более 50% площади) плотность населения нередко превышает 20 тыс. экз./м2 . По вопросам организации реофильных сообществ существует множество работ, причем, по мнению некоторых авторов, давно назрела необходимость объединения двух основных взглядов: концепции речного континуума Р. Л. Ваннота и соавторов [33], концепции мозаичности распределения бентоса, поскольку ни одна из них не может описать частный водоток в целом [32]. Наличие в р. Летняя озеровидных расширений, своего рода естественных водохранилищ, приводит к смене лотических и лентических участков и к смене реофильных и лимнофильных сообществ донных беспозвоночных. Классической картины смены сообществ согласно концепции из работы [33] не прослеживается, поскольку потамальные участки озеровидных расширений сменяются ритральными. Наши результаты согласуются с данными И. А. Барышева и С. Ф. Комулайнена [34– 36], ранее показавших закономерные изменения структуры фитоперефитона и макрозообентоса в других малых реках Фенноскандии. Здесь возможно проведение параллели с бобровыми запрудами, плотины которых изменяют речные экосистемы продольно [37]. В этом случае концепция речного континуума не противоречит теории мозаичности, так как континуум речной системы прерывается либо бобровыми плотинами, либо, как в нашем случае, естественными расширениями русла выше и ниже порожистых участков. Таким образом, наблюдаемая в нижнем течении р. Летняя смена сообществ характерна не только для озерно-речных систем Карелии, но и для большинства водотоков, зарегулированных плотинами естественного и искусственного происхождения [29]. В ламбах при замедлении течения, как и в зоогенных прудах, идет осадконакопление, а главенствующую роль в бентосе играют активные фильтраторы и собиратели. Однако по сравнению с бобровыми запрудами колебания величин обилия бентоса носят иной, противоположный характер. Так, биомасса макрозообентоса в лимнических участках р. Летняя ниже, чем на проточных, где существенно возрастает биомасса пассивных фильтраторов [34]. В бобровых запрудах плотина служит естественным фильтром, препятствующим поступлению сестона на речные участки, что приводит к уменьшению содержания органических веществ в донных осадках, и, как следствие, снижению биомассы инфауны и донных фильтраторов [37, 38]. Подобного колебания численности зообентоса в р. Летняя не наблюдается, и на проточном участке между оз. Нижнее Летнее и Верхней Летней ламбой, и на озерном участке в Нижней Летней ламбе она составляла около 2000 экз./м2 . Итак, макрозообентос нижнего течения р. Летняя характеризуется довольно богатым видовым составом (более 80 видов), обусловленным широким диапазоном гидрологических условий и наличием разнообразных биотопов. Численность организмов макроозообентоса на всем протяжении реки низка (в среднем не более 2000 экз./м2 ) и достоверно не различается в ламбах и на течении. Таксономический состав в значительной степени зависит от внешних условий. Так, на проточных участках формировались типичные для региона лито- и псаммореофильные биоценозы, характеризуемые высокими биомассами преимущественно хищных форм и пассивных фильтраторов (до 57 17,1 ± 8,7 г/м2 ), что позволяют отнести речные участки к высокопродуктивным (высококормным). Сообщества озеровидных расширений сформированы в основном активными фильтраторами и собирателями, характерными для лимнофильных биоценозов. Биомасса сообществ на этих участках имеет более низкие значения (1,3 ± 0,3 г/м2 ), что соответствует уровню олиготрофных водоемов. Литература 1. Каталог рек и озер Карелии / Под ред. Н. Н. Филатова, А. В. Литвиненко. Петрозаводск: КНЦ РАН, 2001. 290 с. 2. Фатеев Д. А., Чужекова Т. А., Стогов И. А. Структурные характеристики макрозообентоса нижнего течения реки Летняя (Карельский берег Белого моря) // 10-я Научная сессия МБС СПбГУ: тезисы докладов. СПб., 2010. С. 31–32. 3. Комулайнен С. Ф., Круглова А. Н., Хренников В. В., Широков В. А. Методические рекомендации по изучению гидробиологического режима малых рек. Петрозаводск: Ин-т биол. КНЦ АН СССР, 1989. 42 с. 4. Определитель пресноводных беспозвоночных Европейской части СССР / Под ред. Л. А. Кутиковой, Я. И. Старобогатова. Л. : Гидрометеоиздат, 1977. 511 с. 5. Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий. Низшие беспозвоночные / Под ред. С. Я. Цалолихина. СПб.: Наука, 1994. Т. 1. 395 с. 6. Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий. Паукообразные, низшие насекомые / Под ред. С. Я. Цалолихина. СПб.: Наука, 1997. Т. 3. 439 с. 7. Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий. Высшие насекомые: двукрылые / Под ред. С. Я. Цалолихина. СПб.: Наука, 1999. Т. 4. 998 с. 8. Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий. Высшие насекомые / Под ред. С. Я. Цалолихина. СПб.: Наука, 2001. Т. 5. 836 с. 9. Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий. Моллюски, полихеты, немертины / Под ред. С. Я. Цалолихина. СПб.: Наука, 2004. Т. 6. 528 с. 10. AQEM CONSORTIUM. Manual for the application of the AQEM system. A comprehensive method to assess European streams using benthic macroinvertebrates, developed for the purpose of the Water Framework Directive. Version 1.0, February 2002. 17 p. 11. Барышев И. А., Веселов А. Е., Зубченко А. В., Калюжин С. М. Беспозвоночные организмы выростных участков молоди атлантического лосося в бассейне реки Варзуги // Биология, воспроизводство и состояние запасов анадромных и пресноводных рыб Кольского полуострова. Мурманск: ПИНРО, 2005. С. 21–30. 12. Барышев И. А. Зооперифитон рек Карелии // Материалы международной конференции «Перифитон и обрастание: теория и практика». СПб.: Изд-во «Барс», 2008а. С. 16–17. 13. Фролов А. А. Двустворчатые моллюски (Bivalvia, Pisidioidea) ручьев северо-запада Мурманской области: фауна и экология // Лекции и материалы докладов Всероссийской конференции «Экосистема малых рек: биоразнообразие, экология, охрана». Ин-т биол. внутр. вод им. И. Д. Папанина. Борок: Изд-во «Принтхаус», 2008. С. 309–313. 14. Голубая книга Самарской области: редкие и охраняемые гидробиоценозы / Под ред. Г. С. Розенберга, С. В. Саксонова. Самара, 2007. 200 с. 15. Зинченко Т. Д., Головатюк Л. В. Изменение состояния бентоса малых рек бассейна Средней Волги // Изв. Самарского научного центра РАН. 2000. Т. 2, № 2. С. 257–267. 16. Филиппов А. А., Барбашова М. А. Структура макрозообентоса и качество вод водоемов и водотоков бассейнов рек Чапаевка, Чагра и Большой Иргиз (Средняя Волга) // Биология внутренних вод. 2006. № 3. С. 57–64. 17. Барышев И. А. Реофильные сообщества донных беспозвоночных притоков Онежского озера и Белого моря: Дис. . . . канд. биол. наук. Петрозаводск, 2001. 146 с. 58 18. Барышев И. А. Зообентос малых рек Карелии и Кольского полуострова // Лекции и материалы докладов Всероссийской школы-конференции «Экосистемы малых рек: биоразнообразие, экология, охрана». Ин-т. биол. внутр. вод им. И. Д. Папанина. Борок: Изд-во «Принтхаус», 2008. С. 71–73. 19. Пржиборо А. А. Экология и роль бентосных двукрылых (Insecta: Diptera) в прибрежных сообществах малых озер Северо-Запада России: Автореф. дис. . . . канд. биол. наук. СПб., 2001. 25 с. 20. Петров П. Н. Новые данные о беспозвоночных окрестностей пос. Дальние Зеленцы (Мурманская область) и архипелага Кемь-Луды (Республика Карелия) // Матер. Беломорск. экспедиции Моск. Гимназии на Юго-Западе. Вып. 6 [Электронный ресурс]. 2006. URL: http://herba.msu.ru/shipunov/belomor/2006/zoolog/ent.htm (дата обращения 05.03.2010). 21. Жадин В. Н. Жизнь в реках // Жизнь пресных вод СССР. 1950. Т. 3. С. 113–256. 22. Комулайнен С. Ф., Круглова А. Н., Барышев И. А. Гидробиология // Белое море и его водосбор под влиянием климатических и антропогенных факторов. Петрозаводск: КНЦ РАН, 2007. С. 104–114. 23. Павловский С. А. Макрозообентос некоторых озер водной системы лососевой реки Лижмы // Проблемы лососевых на Европейском Севере. Петрозаводск: КНЦ РАН, 1993. С. 106– 116. 24. Павловский С. А. Состояние макрозообентоса озера Тарасмозеро // Биологические ресурсы Белого моря и внутренних водоемов Европейского Севера. Тезисы докладов. Петрозаводск: Изд-во Петрозаводского ун-та, 1995. С. 64–66. 25. Павловский С. А. Макрозообентос озера Тарасмозеро в первые годы эксплуатации форелевой фермы // Проблемы лососевых на Европейском Севере. Петрозаводск: КНЦ РАН, 1998. С. 135–141. 26. Павловский С. А. Структура и динамика макрозообентоса Сямозера: Автореф. дис. . . . канд. биол. наук. Петрозаводск, 2007. 24 с. 27. Гелашвили Д. Б., Зинченко Т. Д., Выхриcтюк Л. А., Карандашова А. А. Интегральная оценка экологического состояния водных объектов по гидрохимическим и гидробиологическим показателям // СНЦ РАН. 2002. Т. 4, № 2. С. 270–275. 28. Чужекова Т. А., Филиппов А. А. Экологическое состояние некоторых малых водотоков Самарской области // Лекции и материалы докладов Всероссийской конференции «Экосистема малых рек: биоразнообразие, экология, охрана». Ин-т биол. внутр. вод им. И. Д. Папанина. Борок: Изд-во «Принтхаус», 2008. С. 344–347. 29. Заболоцкий А. А. Озера Верхнее Куйто, Среднее Куйто и Нижнее Куйто // Озера Карелии. Природа, рыбы и рыбное хозяйство: Справочник. Петрозаводск: Гос. изд-во Карельской АССР, 1959. С. 525–528. 30. Китаев С. П. Основы лимнологии для гидробиологов и ихтиологов. Петрозаводск: КНЦ РАН, 2007. 395 с. 31. Стогов И. И., Стогов И. А. Структурно-функциональные характеристики макрозообентоса и роль личинок Sialidae (Insecta, Megaloptera) в сообществах зарослевой литорали малых озер Карельского побережья Белого моря // 9-я научная сессия МБС СПбГУ: тезисы докладов. СПб., 2008. С. 37–38. 32. Богатов В. В. Комбинированная концепция функционирования речных экосистем // Вестник ДВО РАН. 1995. № 3. С. 51–61. 33. Vannote R. L., Minshall G. W., Cummins K. W., Sedell J. R., Cushing C. E. The river continuum concept // Can. J. Fish. Aquat. Sci. 1980. Vol. 37. P. 130–137. 34. Барышев И. А., Кухарев В. И., Круглова А. Н. Влияние проточного озера на структуру зообентоса реки (на примере оз. Кедрозера, р. Лижмы, бассейна Онежского оз.) // Материалы XXVIII международной конференции «Биологические ресурсы Белого моря и внутренних водоемов Европейского Севера». Петрозаводск: КНЦ РАН, 2009. С. 66–72. 35. Комулайнен С. Ф. Формирование речного континуума на примере фитоперифитона малых рек Восточной Фенноскандии // Лекции и материалы докладов Всероссийской конфе- 59 ренции «Экосистемы малых рек: биоразнообразие, экология, охрана». Ин-т биол. внутр. вод им. И. Д. Папанина. Борок: Изд-во «Принтхаус», 2008. С. 24–30. 36. Комулайнен С. Ф., Круглова А. Н., Барышев И. А. Состояние гидробиоценозов рек Поморского побережья Белого моря // Материалы XXVIII международной конференции «Биологические ресурсы Белого моря и внутренних водоемов Европейского Севера». Петрозаводск: КНЦ РАН, 2009. С. 297–302. 37. Завьялов Н. А., Крылов А. В., Бобров А. А., Иванов В. К., Дгебуадзе Ю. Ю. Влияние речного бобра на экосистемы малых рек. М.: Наука, 2005. 186 с. 38. Экосистема малой реки в изменяющихся условиях среды / Под ред. А. В. Крылова, А. А. Боброва. М.: Товарищество науч. изданий КМК, 2007. 372 с. Статья поступила в редакцию 28 июня 2010 г. 60 УДК 574.34:57.084.1:597.556.253 Вестник СПбГУ. Сер. 3. 2010. Вып. 4 Е. В. Шатских, Д. Л. Лайус, Т. С. Иванова БИОТОПИЧЕСКАЯ ПРИУРОЧЕННОСТЬ МОЛОДИ ТРЕХИГЛОЙ КОЛЮШКИ GASTEROSTEUS ACULEATUS L. В ЕСТЕСТВЕННЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ∗ Введение Долговременные изменения численности трехиглой колюшки Gasterosteus aculeatus L. и морской травы зостеры Zostera marina L. в Белом море имеют сходный характер. В частности, резкое снижение численности обоих видов наблюдалось в 1960-х гг., а в настоящее время наблюдается возрастание. Многие исследователи считают, что это связано с тем, что успех размножения колюшки зависит от наличия зарослей зостеры [1, 2]. Однако механизмы этой связи не вполне понятны. Заросли зостеры широко используются рыбами как место размножения и являются «яслями» для только что вылупившейся молоди [3–5]. Предполагается, что рост молоди и ее выживание более высокие в зарослях зостеры по сравнению с другими местообитаниями (Beck, Deegan, цит. по: [6]). На трех видах колюшковых — Gasterosteus aculeatus, Pungitius pungitius, Apeltes quadracus — было показано, что они более привязаны к зарослям зостеры, чем другие виды рыб, и предпочитали именно эти биотопы, даже несмотря на то, что заросли были удалены друг от друга на значительное расстояние [4]. Большинство колюшек строят гнезда в растительности, и только самцы рода Gasterosteus — трехиглая колюшка — строят гнезда на грунте. Тем не менее для нереста они выбирают мелководье, где обычно присутствует растительность. Характерной особенностью нерестовых биотопов является наличие разнообразных укрытий [3]. Самцу для постройки гнезда необходима отмершая растительность, хотя некоторые ученые наблюдали постройку гнезда из песка в Калифорнии (Vrat, 1949, цит. по: [7]) и А. И. Смирнов (1951) [8] в бассейне Азовского моря. При этом считается, что наличие густой растительности благоприятно для нереста колюшки, поскольку в таких условиях самцы могут строить гнезда в скрытых местах. Это снижает затраты их энергии на охрану территории и, соответственно, освобождает ее для ухода за потомством, в частности, для аэрации икры, что в конечном счете приводит к повышению выживаемости мальков [9]. У колюшек хорошо выражена забота о потомстве, но через 4–5 суток после выклева личинки всплывают над гнездом, где первое приливно-отливное течение уносит их из колонии и они предоставлены самим себе [10]. В возрасте 14 дней после вылупления, при длине 11 мм личинки теряют личиночные признаки и принимают форму тела взрослых рыб. В это время они начинают образовывать стаи. Существуют экспериментальные работы по изучению предпочтений колюшками растительности различных видов и густоты, однако в большинстве случаев, исследования проведены со взрослой колюшкой. Так, У. Кандолин и T. Салесто [11] изучали влияние увеличения растительного покрова на гнездостроение колюшек, а М. Бейкер [12] ∗ Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 09-04-01357-а). c Е. В. Шатских, Д. Л. Лайус, Т. С. Иванова, 2010 61 изучал предпочтение колюшками микробиотопов с пресноводной растительностью — элодеей и рдестом. Экспериментальные исследования предпочтений мальками различных биотопов проводили в основном в присутствии паразитов или хищников [13, 14]. Как было показано в наших предыдущих исследованиях, распределение взрослых особей и мальков трехиглой колюшки в Белом море различается [15]. Если численность взрослых особей в нерестовый период в зарослях фукоидов и зостеры отличалась незначительно, то мальков было гораздо больше в зостере. Полученные результаты могут иметь разные объяснения, которые не являются взаимоисключающими: 1) колюшка нерестится не на всех участках, а предпочитает заросли зостеры; 2) смертность молоди, связанная с хищниками и/или с условиями питания, в зарослях зостеры ниже, чем в других биотопах; 3) молодь колюшки активно мигрирует в заросли зостеры из других биотопов [16]. В настоящей работе с помощью эксперимента мы поставили цель — выяснить, имеет ли место активный выбор мальками того или иного типа растительности, и может ли такой выбор вносить вклад в гетерогенность распределения молоди колюшки, наблюдаемую в природных условиях. Основная задача настоящего исследования — выяснить, какие типы растительных субстратов предпочитают мальки колюшки в эксперименте. При этом также изучались следующие вопросы методического характера. 1. Зависит ли распределение мальков в укрытиях от местоположения этих укрытий в экспериментальной установке? 2. Различается ли распределение мальков в укрытиях в темное и светлое время суток? 3. Какое время требуется для стабилизации распределения мальков в укрытиях? 4. Различается ли предпочтение мальков в зависимости от того, в каких биотопах они были пойманы (заросли зостеры или заросли фукоидов)? Кроме того, были проведены полевые исследования распределения молоди в различных биотопах (зарослях зостеры и зарослях фукоидов). Материалы и методы исследования Полевые исследования. Отлов мальков в море проводили в августе 2008–2009 гг. раз в десять дней в районе Керетского архипелага (Белое море, Кандалакшский залив, губа Чупа) равнокрылым неводом длиной 7,5 м, высотой 1,5 м, с ячеей 5 мм в крыльях, 3 мм в центральной части и мотней из газа с ячеей 1 мм, в прибрежной полосе шириной 30 м. Коэффициент уловистости невода принимали равным 0,7 (на основании собственных предварительных исследований), площадь облова — 150 м2 . Из улова выбирали всю растительность и рыб других видов, а также взрослых особей трехиглой колюшки, оставляя только молодь. Далее определяли объем улова и брали 2 пробы объемом по 0,05 л. При объеме улова менее 0,05 л в пробу брали всех рыб. Пробы хранили при температуре от −5 до −10◦C. Для анализа рыб помещали в кювету со шкалой и фотографировали. Далее с помощью программы Image Tool подсчитывали их количество и измеряли длину тела. У мертвых рыб длину измеряли от кончика рыла до начала хвостового плавника (L1). У живых длину измеряли вместе с хвостовым плавником (L2). В дальнейшем для всех рыб использовали длину L1 (мм), которую рассчитывали из длины L2 (мм) по собственному эмпирическому уравнению: L1 = 0, 901(L2)−0, 229 (коэффициент детерминации R2 = 0,92, объем выборки, n = 65). Экспериментальные исследования. Эксперименты проводили в августе 2008– 2009 гг. на базе Морской биологической станции Санкт-Петербургского государственного университета на о-ве Средний (Карельский берег, Белое море). 62 Экспериментальная установка представляла собой ванну из стекловолокна длиной 450, высотой 70 и шириной 50 см, дно которой было покрыто тонким слоем песка. Ванна была разделена пополам перегородкой, представляющей собой деревянную раму с тюлевой сеткой, так, что мальки из одной половины не могли проникнуть на другую. Она была расположена в тени, под открытым небом. Морская вода соленостью 22–24% поступала в ванну из моря с глубины 8 м в один конец ванны, а отток воды происходил из противоположного конца. В течение всего эксперимента ежедневно проводили измерения температуры и солености. Температура воды в ванне за время эксперимента менялась от 10 до 16◦ С. Мальков для эксперимента отлавливали в море. В 2008 г. они были пойманы у о-ва Средний, в бухте Наговица, в которой находятся масса затопленных бревен и небольшие заросли фукоидов. В 2009 г. молодь отлавливали в двух разных местах — в губе Сельдяная (густые заросли зостеры) и у о-ва Кереть (заросли фукоидов). Мальков акклимировали в течение 6 дней в ванне или аквариумах, их размеры (L1) в 2008 г. составляли в среднем 11,5 ± 0,03 мм (от 6 до 22,8 мм), а в 2009 г. они были крупнее — в среднем 15,6 ± 0,04 мм (от 7,9 до 25 мм). Количество мальков, помещаемых в экспериментальную установку, было близко к численности мальков в исследованных естественных биотопах (заросли зостеры в губе Сельдяная) в этот же период. В 2008 г. численность мальков на естественных нерестилищах в августе составляла в среднем 680 экз./м2 , а в эксперименте — 750 экз./м2 . В 2009 г. численность мальков в море составляла 120–200 экз./м2 , а в эксперименте — 160 экз./м2 . В ходе эксперимента наблюдалась небольшая смертность мальков — от 1 до 10 экз. в день. Во всех сериях, за исключением серии 1 в 2008 г., численность мальков ежедневно восполняли до начального уровня. В 2008 г. (эксперимент 1, см. ниже) смертность мальков была выше (30–130 экз./день, что составляло 3–9% от общей численности) и их численность не восполняли, а при статистической обработке вводили специальную поправку. Величину поправки рассчитывали как среднее число мальков в течение всего эксперимента (680 экз./м2 ), деленное на число мальков в ванне в данный момент наблюдения. Для экспериментов использовали следующие типы субстратов: • З — зостера (Zostera marina) (плотность, соответствующая естественной, — 2100 г/м2 ); • Ф1 — разреженные фукусы (Fucus vesiculosus) (сниженная плотность — 800 г/м2 ), этот тип субстрата был использован в связи с тем, что в естественных условиях густота зарослей (проективное покрытие) зостеры и фукусов существенно различается. Для оценки влияния на предпочтение мальков густоты зарослей независимо от вида растений мы использовали разреженные фукусы, проективное покрытие которых примерно соответствовало естественным зарослям зостеры; • Ф2 — фукусы (Fucus vesiculosus) (плотность, соответствующая естественной, — 3700 г/м2 ); • П — пустые кюветы, без субстратов. Общая последовательность операций при проведении эксперимента была следующей. 1. В кюветы (их количество варьировало от 4 до 12 в зависимости от типа эксперимента) размером 27 × 35 см помещали разные типы субстратов. 2. Кюветы устанавливали в ванну на тюлевый садок с входом, выполненным в виде металлической рамки размером 27,5 × 35,5 см, высота садка составляла 60 см. Кювету 63 устанавливали таким образом, что при поднятии рамки садка выше уровня воды сама кювета и мальки, находившиеся в районе кюветы, оказывались внутри мешка. 3. В установленное время одновременно поднимали рамки садков. 4. Извлекали мальков из садка и помещали их в таз для дальнейшего фотографирования. Затем мальков опять выпускали в экспериментальную установку. Смертность в эксперименте была минимальной и, по-видимому, не была связана с этой процедурой. 5. Подсчитывали мальков и измеряли их длину на электронных фотографиях в программе Image Tool. Поскольку на фотографиях живых мальков при виде сверху трудно было определить место начала хвостового плавника, измеряли общую длину мальков L2 с дальнейшим пересчетом на длину L1. Далее в разделе «Результаты исследования» приведена только длина L1. Было проведено несколько серий экспериментов. Серия 1. В этом эксперименте была поставлена методическая цель — проверить, не связано ли распределение мальков с местоположением субстрата в ванне, и в случае отсутствия такой связи отказаться в дальнейшем от повторностей с различными комбинациями расположения укрытий. Опыты проводились с 11 по 18 августа 2008 г. В экспериментальную ванну помещали 4 кюветы, в двух из которых были посажены фукусы (Ф2), а две оставались пустыми (П). Местоположение кювет (номера 1–4 по направлению протока воды) меняли. Каждый вариант опыта выполнен в трех повторностях. Предпочтение мальками субстратов могло зависеть от положения кюветы по отношению к месту поступления воды в ванну, от близости кювет к краям ванны, от различной освещенности разных участков ванны и других причин. Продолжительность опытов составляла 15 ч (с 21:00 до 12:00) или 7 ч (с 13:00 до 20:00). Серия 2. В этой серии экспериментов основная цель — исследовать распределение мальков в укрытиях в зависимости от времени суток. Было проведено 2 опыта в период 11–12 и 21–22 августа 2009 г., которые продолжались по 24 ч каждый. В течение этих 24 ч мальков в садках облавливали в: 00:00, 04:00, 08:00, 12:00, 16:00 и в 20:00. Использовались четыре кюветы с одинаковым субстратом — зостерой (З), выставляемые в одной из половин экспериментальной ванны. Серия 3. В данном случае мы наблюдали, каким образом меняется распределение мальков в ванной в зависимости от продолжительности эксперимента, что позволило определить минимально достаточный промежуток времени между подъемами садков в эксперименте. Для этого был проведен ряд опытов 11–12 августа 2009 г. в половине экспериментальной ванны с четырьмя кюветами с зостерой (З). После того как садки установили в ванну, воду в ней осторожно перемешивали, добиваясь равномерного распределения мальков, и оставляли на определенное время, затем садки поднимали. Это время составляло 10 мин, 30 и 1 ч, 3, 5 и 9 ч. Серия 4. В этой серии экспериментов основная цель — выяснить, какие субстраты предпочитают мальки трехиглой колюшки. Опыты были проведены 14–15 августа и 22– 23 августа 2009 г. Средняя длина мальков в эксперименте в первом случае составляла 16,0 ± 0,3 мм и 16,7 ± 0,3 мм — во втором. Малькам предлагали три типа субстратов: зостера (З) и фукусы с разной плотностью посадки (Ф1 и Ф2, см. выше). В каждой половине ванны находилось 6 кювет, и каждый из трех типов субстратов был представлен двумя кюветами. Продолжительность опытов составляла 12 или 9 ч, и оканчивались они в 14:00 и 00:00 соответственно. Кроме того, в данной серии экспериментов был изучен также фактор «место отлова мальков». В разных половинах ванны держали мальков, пойманных в зарослях зостеры или в зарослях фукоидов. 64 Результаты исследования Полевые исследования. Появление первых личинок трехиглой колюшки отмечено во второй половине июля, а массовое — в начале августа. К этому времени наши орудия лова позволяют оценить их численность. На участках с густыми зарослями зостеры (губа Сельдяная) мальки в невод начали попадаться 18 июля 2009 г., а их численность к началу августа составляла 200 экз./м2 . В 2008 г. численность в этот период была на порядок выше — 2000 экз./м2 (таблица). На других участках — районы островов Горелый и Кереть, мальки появились примерно на неделю позже, и их численность в начале августа была существенно ниже, чем в губе Сельдяной. Численность молоди трехиглой колюшки (экз./м2 ) в различных биотопах Биотоп Место отлова Зостера о-в Горелый губа Сельдяная Яковлева Бухта Юшковка Фукусы о-ва: Кереть Кругляш Медянка бухта Юшковка Плотность зостеры (приблизительно, по неопубликованным данным М. В. Букиной, и М. В. Иванова) 1 кг/м2 Более 5 кг/м2 3,5 кг/м2 1 кг/м2 0 0 0 0 2008 г. 2009 г. 5–10 авг. 20–25 авг. 5–10 авг. 20–25 авг. 43 11 9 0,3 2118 114 201 111 114 11 – – – 0,2 – – – 0 0,6 0,05 – – 1,4 – – 0 – – – 0 – – П р и м е ч а н и е. Прочерк — отсутствие данных. Распределение молоди на протяжении всего августа очень гетерогенно. В зарослях фукоидов мальки отсутствовали полностью или были единичны. В зарослях зостеры численность мальков варьировала в очень широких пределах от 10 до 2000 экз./м2 в начале августа и снижалась до 0,3 до 115 экз./м2 во второй половине августа. При этом максимальная численность мальков была отмечена в наиболее обширных зарослях зостеры (губа Сельдяная), в то время как в более разреженных зарослях (бухта Юшковка) численность мальков была наименьшей. Следует отметить, что и при визуальных наблюдениях молоди в исследованной акватории с лодки была видна явная приуроченность мальков колюшки к зарослям зостеры даже в том случае, если эти заросли были очень небольшими по площади — куртинки. Экспериментальные исследования. Серия 1. Двухфакторный дисперсионный анализ, где факторами являлись «позиция кюветы» и «тип субстрата», показал, что первый фактор влияет недостоверно при p = 0,1, следовательно, позиция кюветы не играет роли, а второй фактор влияет достоверно при p < 0,0001, что свидетельствует о том, что мальки предпочитают фукусы пустой кювете (рис. 1; 2). Учитывая результаты этого эксперимента, в дальнейшем мы располагали разные субстраты в ванне произвольным образом, считая, что распределение мальков не связано с местоположением укрытия, а зависит от его типа. Серия 2. Анализ распределения мальков колюшки в зостере в разное время суток в экспериментах 11–12 августа и 21–22 августа дал несколько отличающиеся результаты. В первом случае (11 августа) количество мальков колюшки в зостере оказалось различно в темное (21:00 до 06:00) и светлое (08:00–20:00) время суток: 77 ± 11 экз./м2 и 182 ± 8 экз./м2 соответственно (различия достоверны, p < 0,05). При этом 11 августа 65 Рис. 1. Распределение мальков в пустых садках и в садках с фукусами в зависимости от того, в какой комбинации в ванне были размещены садки По оси абсцисс — местоположение садка в ванне, по оси ординат — численность мальков (наблюдаемая численность мальков, умноженная на пересчетный коэффициент, см. «Материалы и методы исследования»). То же для рис. 2. В одной строке — три повторности каждой комбинации садков Рис. 2. Распределение мальков в пустых садках (П) и в садках с фукусами (Ф2) в экспериментальной ванне (рис. 3) ночью в зостере находилось 10–15% мальков от общей численности в ванне, а днем — около 30%. Во втором случае (21 августа) количество мальков в зостере днем и ночью отличалось недостоверно (364 ± 55 и 263 ± 8 экз./м2 соответственно). В темное время суток в зостере находилось около 45% мальков от общей численности в ванне, а в светлое время суток — от 50 до 80%. Численность мальков, приуроченных к субстратам, 21 августа оказалась достоверно выше, чем 11 августа, и их доля составляла от 40 до 80% от общей численности в ванне. Размеры мальков, находящихся в укрытиях, 11 и 21 августа были приблизительно одинаковыми — 16,5 ± 0,1 и 16,4 ± 0,1 мм соответственно. Таким образом, оказалось, что 11 августа размер мальков в субстратах превышал 66 Рис. 3. Распределение мальков в садках с зостерой и в экспериментальной ванне в течение суток средний размер мальков в ванне (16,0 ± 0,3 мм), а 21 августа этого эффекта не наблюдали — размеры мальков в укрытиях соответствовали среднему размеру таковых в ванне. Возможно, это связано с тем, что более крупные мальки активнее стремятся в укрытия. В связи с результатами этого опыта в дальнейшем мы решили придерживаться схемы подъема садков несколько раз в сутки, чтобы учитывать возможность разного поведения мальков в темное и светлое время суток. Поскольку численность мальков в укрытиях в разные периоды светлого (т. е. в 08:00 и в 20:00) и темного (21:00–06:00) времени суток не различалась, были оставлены два варианта опытов, оканчивающихся в 14:00 и 00:00. Серия 3. При определении минимальной достаточной продолжительности эксперимента в разные дни (11 и 12 августа) получены несколько различающиеся результаты. Так, если рассматривать только результаты 12 августа (рис. 4), можно отметить, что при продолжительности эксперимента от 10 мин до 1 ч численность мальков в укрытиях (З) достоверно (p < 0,005) выше (198 ± 13 экз./м2 ), чем по прошествии трех и более часов (73±17 экз./м2 ). В то же время 11 августа достоверных различий между экспериментами разной длительности обнаружено не было. Отчасти это может быть объяснено тем, что 12 августа мы провели меньше опытов — 3, в то время как 11 августа — 7 (см. рис. 4). Таким образом, можно сделать заключение, что 10 мин вполне достаточно, чтобы мальки спрятались в укрытия и их распределение стабилизировалось. В дальнейшем 67 Рис. 4. Количество мальков в садках с зостерой в зависимости от частоты взятия проб некоторые из них начинают выплывать из укрытий, причем при продолжительности опыта от 3 до 9 ч картина заметно не менялась. Поэтому в дальнейших исследованиях использовались интервалы между подъемами садков более трех часов. Серия 4. Дисперсионный анализ показал, что место поимки не влияет на предпочтения мальков: мальки, пойманные в зостере и фукоидах, не различались в своих предпочтениях (p = 0,67). Достоверные различия между экспериментами, проведенными в темное и светлое время суток, были обнаружены только в одном из четырех дней, что с учетом результатов экспериментов серии 2 говорит о том, что такие различия могут быть результатом каких-либо неучтенных факторов. По-видимому, данный фактор не играет существенной роли в выборе мальками субстратов. Достоверное влияние на предпочтения мальками субстратов оказывают дата проведения эксперимента (что, скорее всего, связано с разным возрастом мальков) (p < 0,001) Рис. 5. Численность мальков колюшки в трех типах субстратов 68 и сам тип растительности (p < 0,001). Кроме того, в дисперсионном анализе эти два фактора имеют значимое взаимодействие. В частности, 14–15 августа численность мальков, приуроченных к разным субстратами, отличалась недостоверно: З — 79 ± 7, Ф2 — 101 ± 11, а Ф1 — 48 ± 8 экз./м2 (рис. 5). В этот период в растениях находилось от 12 до 25% мальков от общей их численности в ванне. Позже, 22–23 августа, численность мальков, связанных с субстратами, возросла и составляла 33–55% от общей численности, а различия между субстратами стали значительно больше: З — 326 ± 35, Ф2 — 157±18 и Ф1 — 88±14 экз./м2 (p < 0,05). Таким образом, увеличение численности ими, ассоциированных с субстратами, было связано с предпочтением мальками зостеры, поскольку только там численность мальков, при сравнении данных, полученных 14–15 и 22–23 августа, возросла достоверно (p < 0,001). Заключение Эксперименты, проведенные нами, показали, что со второй половины августа молодь колюшки предпочитает находиться в зостере, даже если ей предложить более густые заросли фукоидов. Следовательно, наблюдаемая в природных условиях численность молоди в зарослях зостеры намного выше по сравнению с другими биотопами, что, вероятно, обусловлено активными миграциями подросших мальков. Этим можно объяснить, почему наблюдаемых в природных условиях различий в численности рыб в зостере и фукусах у взрослых колюшек меньше, чем у молоди. Еще одним показателем таких активных миграций может являться и то, что в зарослях зостеры снижение численности мальков часто происходит медленнее, чем в других биотопах, а иногда наблюдается даже повышение их численности к концу августа (наши неопубликованные данные). В целом результаты исследований показали, что зостера играет существенную роль в размножении трехиглой колюшки, и соответственно снижение или повышение плотности ее зарослей может являться важным фактором, вызывающим изменения численности колюшки в Белом море. Литература 1. Телегин А. В. Многолетние изменения в экосистеме губы Бабье море (Кандалакшский залив Белого моря) // III международный семинар «Рациональное использование прибрежной зоны северных морей»: Материалы докладов. СПб., 1999. С. 68–76. 2. Телегин А. В. Значение зостеры морской (Zostera marina L.) и проблемы изучения динамики ее обилия // VIII региональная научно-практическая конференция «Проблемы изучения, рационального использования и охраны природных ресурсов Белого моря»: Тезисы докладов. Архангельск, 2001. С. 105–106. 3. Гурвич Г. Колюшка (Gasterosteus aculeatus L.) и ее значение в рыбном хозяйстве Белого моря // Природа. 1938. № 7–8. С. 140–141. 4. Lazzari M. A., Sherman S., Kanwit J. K. Nursery use of shallow habitats by epibenthic fishes in Maine nearshore waters // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2003. Vol. 56. P. 73–84. 5. Lazzari M. A., Stone B. Z. Use of submerged aquatic vegetation as habitat by young-of-theyear epibenthic fishes in shallow Maine nearshore waters // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2006. Vol. 69. P. 591–606. 6. Pihl L., Baden S., Kautsky N., Ronnback P., Soderqvist T., Troell M., Wennhage H. Shift in fish assemblage structure due to loss of seagrass Zostera marina habitats in Sweden // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2006. Vol. 67. P. 123–132. 69 7. Зюганов В. В. Семейство колюшковых (Gasterosteidae) мировой фауны. Л.: Наука. 1991. 261 с. 8. Смирнов А. И. К биологии трехиглой колюшки Gasterosteus aculeatus L. // Доклады Академии наук СССР. 1951. Т. 80, № 5. С. 837–840. 9. Sargent R. C., Gebler J. B. Effects of nest site concealment on hatching success, reproductive success and paternal behavior of the threespine stickleback, Gasterosteus aculeatus // Behav. Ecol. Sociobiol. 1980. Vol. 7. P. 137–142. 10. Гомелюк В. Е. Влияние факторов среды на поведение самцов трехиглой колюшки Gasterosteus aculeatus Белого моря в период заботы о потомстве // Вопр. ихтиол. 1976. Т. 16. Вып. 6. С. 1043–1053. 11. Candolin U., Salesto T. Effects of increased vegetation cover on nesting behavior of sticklebacks (Gasterosteus aculeatus) // Behav. Ecol. Sociobiol. 2006. Vol. 59. P. 689–693. 12. Baker M. Ch. Habitat selection in fourspine stickleback // Amer. Midland Naturalist. 1971. Vol. 85, N 1. P. 239–242. 13. Poulin R., FitzGerald G. J. Risk of parasitism and microhabitat selection in juvenile sticklebacks // Canad. J. Zoology. 1989. Vol. 67, N 1. P. 14–18. 14. Foster S. A., Garcia V. B., Town M. Y. Cannibalism as the cause oh an ontogenetic shift in habitat use by fry of the threespine stickleback // Oecologia (Berlin). 1988. Vol. 74. P. 577–585. 15. Ivanova T. S., Lajus D. L., Shatskikh E. V., Popov V. A. Spatial distribution of Threespine sticleback (Gasterosteus aculeatus L.) in Keret Archipelago (Kandalaksha Bay of the White Sea // 13th european congress of ichthyology 6–12th September, Abstract book. Klaipeda: Klaipedos universitetas. 2009. P. 57. 16. Иванова Т. С., Лайус Д. Л., Шатских Е. В., Попов В. А. Пространственное распределение молоди и взрослых особей трехиглой колюшки Gasterosteus aculeatus L. в районе Керетского архипелага (Кандалакшский залив, Белое море) в 2008 г. // X научная сессия МБС СПбГУ. Тезисы докладов. СПб., 2009. С. 19–20. Статья поступила в редакцию 28 июня 2010 г. 70 2010 ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА Сер. 3 Вып. 4 БОТАНИКА УДК 581.824.1:582.473:581.522.5 А. А. Паутов, А. И. Арбичева ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ AGATHIS BROWNII LEM. (ARAUCARIACEAE) Агатисы являются типичными эмергентами тропического дождевого леса, т. е. представляют собой отдельно стоящие деревья, чьи кроны поднимаются над лесным пологом. Их высота может достигать 70 м [1]. К характерным чертам таких растений относятся крайне низкая скорость роста на начальных этапах развития, способность длительное время находиться в состоянии угнетения, вызванного, в частности, значительным затенением. В этот период растения развиваются в условиях повышенной влажности и затрудненного газообмена, поэтому у бóльшей части видов в листьях наблюдаются значительные по объему межклеточные пространства [2]. Впоследствии, когда локальные нарушения сомкнутости древостоя резко меняют параметры окружающей среды, наступает период активного роста, во время которого агатисы поднимаются над пологом леса [1]. Теперь кроны растений оказываются в совершенно иных условиях, где сильная инсоляция ведет к повышению температуры листьев и, как следствие, к высокой транспирации, превышающей приток к ним воды, водному дефициту. В результате этого у одних видов появилась листопадность [2], у других — ксероморфные черты строения, в частности, толстостенная и многослойная эпидермы, водозапасающая гиподерма, и значительное развитие палисадной ткани и др. [3]. По словам Г. Вальтера [4], листьям высоких деревьев тропического леса ежедневно в течение нескольких часов приходится испытывать значительный недостаток влаги, который может усугубляться в отдельные месяцы и годы. Листья Agathis brownii обладают набором признаков, одни из которых адаптивны в период развития под пологом леса, другие — после поднятия над ним. К числу первых признаков относится крайне рыхлый, обладающий высоким парциальным объемом межклетников мезофилл; к числу вторых — многочисленные структуры, позволяющие предотвратить неконтролируемые потери воды: толстая, без выраженных пектиновых прожилок кутикула; погруженность устьиц и формирование над ними камер, которые могут быть заполнены воском или слизью; образование на стенках хлоренхимы ослизняющихся пектиновых бородавок и др. [5]. Однако ситуация может усугубляться тем, что при наличии крупных листьев в высоко поднятой над землей кроне агатисы обладают архаично организованной дреc А. А. Паутов, А. И. Арбичева, 2010 71 весиной. Она состоит из трахеид, лучевой и тяжевой паренхимы. Годичные кольца отчетливые, иногда слабозаметные или неясные. Нередко у одного вида встречаются все три варианта. Переход от ранней древесины к поздней постепенный или резкий. Ранняя древесина превышает по ширине очень узкую позднюю. Сечение ранних трахеид угловатое или округлое, поздних — сплюснутое. Поровость радиальных стенок ранних трахеид сомкнуто-, сближенно- и свободно-очередная. Окончания трахеид закругленные, тупые, чулкообразные, седловидные, клювовидные или заостренные. Лучи простые паренхимные однорядные или очень редко двухрядные. Тяжевая паренхима скудно-диффузная или диффузная, встречается во всех частях годичного слоя [6, 7]. Водопроводящую функцию в древесине выполняют не сосуды, а трахеиды, поэтому виды рода Agathis отличаются от большинства других эмергентов, подавляющей частью которых являются цветковые растения. Как известно, скорость проведения воды по трахеидам в несколько раз ниже, чем по сосудам. Данная работа посвящена оценке возрастных изменений древесины стебля A. brownii. Материалы и методы исследования Изучена древесина годичного побега (из средней части стебля), а также трехлетней ветки и восьмилетнего ствола, у которых рассматривали годичные кольца последних приростов. Материал собран в оранжерее Ботанического института им. В. Л. Комарова РАН. Срезы, окрашенные сафранином и заключенные в эупараль, изготовлены на замораживающем санном микротоме в трех плоскостях — поперечной, радиальной и тангентальной. Измерения проводились на световых микроскопах МБИ-3 и МБИ-15. Фотографирование срезов осуществлено с помощью микроскопа Axiostar Plus (Karl Zeiss) и цифровой камеры Nikon D70. Подсчет количественных показателей выполнен в трехкратной повторности. Рассматривались 16 признаков, характеризующих строение трахеид и радиальных лучей, а также площадь поперечного сечения древесины, занятую трахеидами. Объем выборки составил 15 образцов. Для определения силы и характера взаимосвязей признаков использованы результаты корреляционного и компонентного анализов [8, 9]. После предварительного рассмотрения связей всех изученных показателей были отобраны наиболее информативные, которые и представлены в данной работе (таблица). Описание анатомического строения водопроводящей ткани выполнено согласно методике А. А. Яценко-Хмелевского [10] и C. R. Metcalf, L. Chalk [11]. При ее составлении использована терминология Международной ассоциации анатомов древесины, опубликованная и дополненная А. А. Яценко-Хмелевским [10], а также словарь терминов, предложенный Международной ассоциацией анатомов древесины [12]. Обозначение типов поровости радиальных и тангентальных стенок клеток лучей дано по Е. C. Чавчавадзе [6, 13, 14]. При описании радиальных лучей принята терминология из работы Е. С. Чавчавадзе и О. Ю. Сизоненко [15]. Результаты исследований Древесина однолетнего побега состоит из трахеид, лучевой и тяжевой паренхимы (рис. 1, А). Последняя скудно-диффузного типа. Ширина слоя прироста в средней части побега более 650 мкм. Переход от ранней древесины к поздней постепенный. Тангентальный диаметр трахеид варьирует в пределах 16–25 мкм, радиальный — 13–17 мкм. 72 Факторная структура изменчивости признаков строения древесины A. brownii Признак от т дтт тт дт пл чл мсл шкл вкл тл дно дво утт FD, % F1 894 −005 407 686 915 −360 857 930 818 482 371 937 −233 −710 46,3 F2 −382 472 544 546 −010 −287 −240 −263 −104 206 −121 −043 750 493 14,6 F3 −187 −366 −384 −313 144 056 −066 −143 263 677 499 086 582 −082 11,4 F4 024 −567 327 −082 −276 −785 −217 040 180 −038 −229 207 038 −297 10,0 П р и м е ч а н и е. F1 –F4 — нагрузки признаков по первому — четвертому факторам. FD, % — процент общей дисперсии, включенный в фактор. Точка и ноль перед десятичными разрядами коэффициентов корреляции опущены. Обозначения признаков: от — площадь поперечного сечения древесины, занятая трахеидами, %; т — число трахеид на 1 мм2 площади поперечного среза; дтт — тангентальный диаметр трахеид, мкм; тт — толщина стенок трахеид, мкм; дт — длина трахеид, мм; пл — число лучей на 1 мм тангентального среза (плотность); чл — число лучей на 1 мм2 тангентального среза; мсл — доля многослойных лучей от общего числа лучей в ткани, %; шкл — ширина клетки луча, мкм (тангентальный срез); вкл — высота клетки луча, мкм (радиальный срез); тл — толщина стенки лучевой клетки, мкм; дно — диаметр наружного отверстия поры трахеиды, мкм; дво — диаметр внутреннего отверстия поры трахеиды, мкм; утт — утолщенность трахеиды (отношение толщины стенки к диаметру трахеиды). Толщина их стенок колеблется от 3,5 мкм (в ранней древесине) до 4,5 мкм (в поздней). Сечение ранних трахеид округлое, слабоугловатое, поздних — сплюснутое в радиальном направлении. Длина трахеид составляет 1–2 мм. На 1 мм2 поперечного среза насчитывается от 740 до 840 трахеальных элементов. Они занимают около 94% площади поперечного среза древесины. Поровость, отмеченная только на радиальных стенках, сомкнуто-очередного (сомкнуто-араукариоидного) типа. Поры располагаются большей частью в один ряд, соприкасаясь друг с другом. Они могут занимать всю стенку трахеиды. Внешние очертания пор округлые, слабоугловатые, шестиугольные. Диаметр поры ∼ 8 мкм. Внутреннее отверстие пор округлое, реже косо-щелевидное, более 2,5 мкм в диаметре. Окончания трахеид, поры на которых расположены в два ряда, клювовидные. Их наружные отверстия имеют четкую шестиугольную форму, а внутренние в большинстве случаев — косо-щелевидные. Лучи простые паренхимные, однорядные (см. рис. 1, А). На 1 мм2 поперечного среза насчитывается 11–23 луча. Они прямые или едва изгибающиеся. Представлены длинными, узкими (12–14 мкм) клетками. Плотность лучей на единице длины тангентального среза (1 мм) — 6–7. На 1 мм2 его площади насчитывается ∼ 50 лучей, большинство из которых однослойные (около 77% от общего числа). В целом слойность лучей составляет преимущественно 1–2 клетки, трехслойные редки. На тангентальном срезе лучевые клетки округло-треугольной формы. Однослойные лучи несколько вытянуты в высоту. Размеры лучевых клеток от 21 до 25 мкм в высоту и до 15–19 мкм в ширину. Толщина стенок лучей 0,4–1,1 мкм. 73 Рис. 1. Строение древесины стебля A. brownii: А — годичный побег; Б, Д, Ж — трехлетняя ветка; В, Г, Е, З — восьмилетний ствол. 1 — трахеиды; 2 — клетки радиальных лучей; 3 — поры; 4 — тяжевая паренхима. Масштабная линейка: В, Д — 25 мкм; А, Г, Е, Ж, З — 50 мкм; Б — 100 мкм Древесина многолетней ветки состоит из трахеид, лучевой и тяжевой паренхимы (рис. 1, Б, Д, Ж ). Тяжевая паренхима скудно-диффузная. Годичные кольца слабо выражены, ширина их варьирует от 400–550 до 650 мкм. Переход от ранней древесины к поздней слабозаметный. Трахеиды ранней древесины в поперечном сечении округлые, округло-четырехугольные. Толщина их оболочек около 4,5 мкм, тангентальный диаметр — 20–25 мкм. Трахеиды поздней древесины почти прямоугольные или сильно сплюснутые в радиальном направлении. Толщина их стенок достигает 5 мкм, а тангентальный диаметр — 16–20 мкм. Радиальный диаметр варьирует в пределах 11–17 мкм. Средняя длина трахеид более 3 мм, их окончания клювовидные. На 1 мм2 поперечного среза насчитывается 750–800 трахеальных элементов. Они занимают 94% площади поперечного сечения древесины. Радиальные стенки элементов несут сомкнуто-очередную (сомкнуто-араукариоидную) поровость. Поры располагаются в один ряд — более 20 пор в высоту и могут занимать всю стенку (см. рис. 1, Д ). Границы окаймлений соседних пор размером 9–11 мкм соприкасаются друг с другом. Они имеют округлые или слабоугловатые, шестиугольные очертания. Внутренние отверстия пор также округлой, слабоугловатой, реже щелевидной формы, диаметром около 3,5 мкм. Окончания трахеид, а иногда и средний участок трахеид из последнего годичного прироста, обладают поровостью из двух рядов. В этом случае внешние границы пор демонстрируют четкую шестиугольную форму, а их отверстия — косо-щелевидную. Лучи простые, паренхимные, однорядные, линейные (см. рис. 1, Ж ). На 1 мм2 поперечного среза насчитывается 18–20 лучей. Плотность лучей на единице длины (1 мм) тангентального среза — 6–9. На 1 мм2 его площади насчитывается ∼ 60 лучей. Обычно это однорядные, однослойные лучи (62%). Трехслойные однорядные лучи составляют не более 10% от общего их числа; четырех-, пятислойные — очень редки. Луч представлен клетками разного размера и формы. Центральные клетки довольно крупные, 74 округлые; краевые — округло-треугольной, овальной формы. Высота лучевых клеток колеблется от 22 до 27 мкм, ширина — от 17 до 23 мкм, толщина стенок — от 1,2 до 2,6 мкм. Древесина ствола представлена трахеидами, лучевой и тяжевой паренхимой (рис. 1, В, Г, Е, З ). Тяжевая паренхима скудно-диффузная. Годичные кольца неясные, в некоторых местах слабозаметные. Ширина слоев прироста более 2 мм. Переход от ранней к поздней древесине довольно отчетливый. Оба типа древесины занимают почти равные объемы от слоя прироста. Тангентальный диаметр трахеид варьирует в пределах 21–25 мкм, радиальный — 11–16 мкм. Толщина их стенок колеблется в среднем от 5 (в ранней древесине) до 5,5 мкм (в поздней). Сечение ранних трахеид округлое, слабоугловатое, поздних — сплюснутое в радиальном направлении. Длина трахеид достигает 4–5 мм. На 1 мм2 поперечного среза насчитывается от 720 до 810 трахеальных элементов, которые занимают около 97% поперечного среза древесины. Поровость элементов сомкнуто-очередного (сомкнуто-араукариоидного) типа отмечена только на радиальных стенках. Поры располагаются обычно в один ряд (встречаются участки с порами в два ряда), соприкасаясь друг с другом (см. рис. 1, Е ). Он насчитывает чаще 9–12 пор, в редких случаях до 20. При этом поры могут занимать всю радиальную стенку трахеиды. Внешние очертания пор округлые, слабоугловатые, шестиугольные. Диаметр поры равен примерно 12 мкм. Внутреннее отверстие пор округлое, реже косо-щелевидное, около 2,5 мкм в диаметре. Окончания трахеид клювовидные. Поры на окончаниях трахеид лежат в два ряда. Их наружные границы имеют четкую шестиугольную форму, а отверстия в большинстве случаев косо-щелевидные. Лучи простые паренхимные, однорядные, прямые или едва изгибающиеся (см. рис. 1, В, Г, З ). На 1 мм2 поперечного среза насчитывается 11–13 лучей, расположенных через каждые 2–7 рядов трахеальных элементов, чаще через каждые 4–5 рядов. Они составлены длинными, очень узкими (шириной около 15–18 мкм) клетками. Плотность лучей на единице длины (1 мм) тангентального среза — 8–9. На 1 мм2 его площади насчитывается ∼ 73 луча, большинство из которых многослойные (около 75% от общего числа). Центральные клетки многослойных лучей округлые, краевые клетки — округло-треугольной формы. Однослойные лучи несколько вытянуты в высоту. Размеры их клеток от 24 до 28 мкм в высоту и до 20–27 мкм в ширину. Толщина стенок лучей — 0,7–1,4 мкм. Для систематизации исходного материала был использован компонентный анализ. Он позволил выявить четыре комплекса признаков, суммарная факторная дисперсия которых составила 82,3% (см. таблицу). В состав первого из них (46,3% факторной дисперсии) на уровне связи r ≥ 0,5 входят площадь поперечного сечения древесины, занятая трахеидами; их длина; диаметр наружных отверстий пор; толщина стенок и утолщенность трахеид; а также число лучей на единице поверхности тангентального среза; доля среди них многослойных лучей и, наконец, ширина лучевых клеток; в меньшей степени их высота (r = 0,482). Признак-индикатор — диаметр наружного отверстия поры трахеиды (r = −0,937). На долю второго комплекса признаков (F2 ) приходится 14,6% факторной дисперсии. Наиболее прочно с ним связаны тангентальный диаметр трахеид, толщина их стенок, утолщенность трахеид (r = 0,493) и диаметр внутренних отверстий пор. Признакиндикатор — диаметр внутреннего отверстия пор (r = 0,750). С третьим комплексом признаков (F3 , 11,4% факторной дисперсии) скоррелированы на обозначенном уровне связи высота клеток лучей (признак-индикатор, r = 0,677), толщина их стенок, диаметр внутренних отверстий пор трахеид. Четвертый комплекс признаков (F4 , 10% фактор75 ной дисперсии) объединяет число трахеид на единице поверхности поперечного сечения древесины и плотность размещения лучей на единице длины тангентального среза (признак-индикатор, r = −0,785). Обсуждение результатов исследования Древесина A. brownii имеет типичное для рода строение. Об этом свидетельствует ее сходство с древесиной других, ранее изученных его представителей: A. alba, A. australis, A. hypoleuca, A. lanceolata, A. palmerstonii, A. robusta и др. [6]. В состав данной ткани входят трахеиды, радиальные лучи и тяжевая паренхима. Строение этих элементов и их соотношение в ткани подвержены колебаниям. Использование компонентного анализа позволило выявить четыре группы признаков, в каждой из которых они меняются сопряженно. Первая группа (F1 ) описывает строение и представленность трахеид в ткани, степень ее паренхиматизации. Вторая (F2 ) включает в свой состав признаки, описывающие строение стенки трахеиды, от которых в значительной мере зависят механические свойства: увеличение диаметра трахеиды и внутренних отверстий ее пор компенсируется ростом толщины стенок и степени утолщенности трахеиды. Третья группа (F3 ) обнаруживает корреляцию между размерными характеристиками клеток лучей и величиной внутренних отверстий пор трахеид: чем выше и толстостеннее лучевые клетки, тем больше диаметр отверстий. Последняя группа (F4 ) отражает наличие прямой связи между числом трахеид на 1 мм2 поперечного среза ткани и плотностью размещения лучей на единице длины ее тангентального сечения. Связь, вероятно, носит формальный характер и отражает зависимость плотности размещения одних элементов в ткани (лучей) от величины других (трахеид), лежащих между ними. Чем широкопросветнее трахеиды, тем более разреженно расположены лучи. И наоборот, чем у́же трахеиды, тем плотнее лежат лучи. Рис. 2. Распределение образцов разновозрастной древесины по степени ее паренхиматизации и структурным характеристикам трахеид (F1 ), строению их стенок (F2 ): 1 — годичный побег; 2 — трехлетняя ветка; 3 — восьмилетний ствол 76 Известно, что для представителей сем. Araucariaceae характерно незначительное изменение признаков древесины в онтогенезе. К этим изменениям относятся, в частности, увеличение длины трахеид, слойности лучей, изредка появление на полях перекреста, наряду с преобладающими по числу купрессоидными, таксодиоидных пор, более или менее выраженный сдвиг от стоячих и квадратных полей перекреста к лежачим полям [6]. Из перечисленных выше групп признаков только изменение первой носит четко выраженный возрастной характер (рис. 2). Сопоставление древесины годичного побега, трехлетней ветки и восьмилетнего ствола показывает, что на рассматриваемом отрезке онтогенеза происходит увеличение площади поперечного сечения древесины, занятой трахеидами, их длины, толщины стенок и диаметра наружных отверстий пор, а утолщенность трахеид снижается. Одновременно растет степень паренхиматизации древесины за счет увеличения числа лучей, их слойности, величины клеток (см. рис. 2). Судя по этим данным, с увеличением возраста древесины в ней возрастает объем полостей трахеальных элементов, по которым транспортируется водный раствор, а также растет число паренхимных клеток, которые участвуют, потребляя воду, в работе верхнего концевого двигателя. Литература 1. Whitmore T. C. The social status of Agathis in a rain forest in Melanesia // J. Ecol. 1966. Vol. 54. P. 285–301. 2. Васильев Б. Р. Строение листа древесных растений различных климатических зон. Л.: Изд-во ЛГУ, 1988. 208 с. 3. Roth I. Blattstruktur von Pflanzen aus feuchten Tropenwälder // Bot. Jahrb. 1980. Bd 101. Hf. 4. S. 489–525. 4. Вальтер Г. Растительность земного шара. М.: Прогресс, 1967. Т. 1. 592 с. 5. Паутов А. А., Арбичева А. И., Яковлева О. В. Корреляции признаков строения листа Agathis brownii Lem. // Вестн. С.-Петерб. ун-та, 2010. (В печати). 6. Чавчавадзе Е. С. Древесина хвойных. Морфологические особенности, диагностическое значение. Л.: Наука, 1979. 192 с. 7. Яценко-Хмелевский А. А. Древесины Кавказа. Ереван: Изд-во АН Армянской ССР, 1954. Т. 1. 674 с. 8. Кендалл М. Дж., Стьюарт А. Многомерный статистический анализ и временные ряды. М.: Наука, 1976. 736 с. 9. Шмидт В. М. Математические методы в ботанике. Л.: Изд-во ЛГУ, 1984. 288 с. 10. Яценко-Хмелевский А. А. Основы и методы анатомического исследования древесины. Л.; М.: Изд-во АН СССР, 1954. 337 с. 11. Metcalfe C. R., Chalk L. Anatomy of the Dicotyledons. Oxford: Clarendon Press, 1983. Vol. 2. 297 p. 12. Wheeler E. A., Baas P., Gasson P. E. IAWA list of microscopic features for hardwood identification // Int. Assoc. Wood Anat. Bull. 1989. Vol. 10. P. 219–332. 13. Чавчавадзе Е. С. Морфология горизонтальных и тангентальных стенок клеток сердцевинных лучей хвойных. Номенклатура и классификация // Бот. журн. 1965. Т. 50, № 4. С. 558–563. 14. Чавчавадзе Е. С. Паренхима древесины хвойных: Автореф. дис. . . . канд. биол. наук. Л., 1966. 18 c. 15. Чавчавадзе Е. С., Сизоненко О. Ю. Структурные особенности древесины кустарников и кустарничков Арктической флоры России. СПб.: Росток, 2002. 271 с. Статья поступила в редакцию 28 июня 2010 г. 77 УДК 582.29 Вестник СПбГУ. Сер. 3. 2010. Вып. 4 Л. В. Гагарина, Д. Е. Гимельбрант ИНТЕРЕСНАЯ НАХОДКА GYALECTA DERIVATA (NYL.) H. OLIVIER НА СЕВЕРО-ЗАПАДЕ ЕВРОПЕЙСКОЙ РОССИИ∗ Планомерные лихенофлористические исследования, проводимые на территории Ленинградской области с 1999 г., позволили значительно пополнить наши знания о лишайниках ее восточной [1] и южной [2] частей, побережья и островов Финского залива [3]. В то же время территория области все еще остается неравномерно и недостаточно изученной, в том числе и ее юго-западные районы — Кингисеппский и Сланцевский. В ходе краткой лихенологической экскурсии на крайний юго-запад Ленинградской области в сентябре 2009 г. мы обнаружили Gyalecta derivata (Nyl.) H. Olivier. Ранее этот вид на территории Ленинградской области и Санкт-Петербурга не находили [1, 4]. Находка Gyalecta derivata в Ленинградской области является довольно интересной, так как на сегодняшний день этот вид не обнаружен в других областях северо-запада Европейской России: Псковской (личное сообщение Н. Б. Истоминой), Новгородской области [5] и Карелии [6]. Нет данных о находках вида и в граничащих с Северо-Западным регионом Мурманской [7], Архангельской, Вологодской, Тверской (личное сообщение А. А. Нотова) областях, а также в Латвии [8], Эстонии [9] и Финляндии [10]. Род Gyalecta Ach. является центральным родом семейства Gyalectaceae Stizenb., которое рассматривается в пределах порядка Ostropales Nannf. В настоящее время в мире известно 34 вида рода Gyalecta, распространенных преимущественно в умеренных широтах. Большинство видов обитает на трещиноватой коре деревьев лиственных пород, а также на почве и камнях. В настоящее время Gyalecta derivata известна в Европе и Абхазии. В Европе G. derivata обнаружена в Белоруссии [11], Великобритании [12], Германии [13], Греции [14], Испании и Португалии [15], Польше [16], Чехии [17], Швеции и Норвегии [10]. В коллекции Ботанического института им. В. Л. Комарова нами найдены гербарные материалы (LE, № 3095), подтверждающие распространение Gyalecta derivata на территории Абхазии. В России находки этого вида немногочисленны. Gyalecta derivata обнаружена в Краснодарском крае на территории Субтропического ботанического сада Кубани (окрестности пос. Лоо, г. Сочи) на коре Quercus hartwissiana Steven, Fagus orientalis Lipsky и Fraxinus excelsior L. в 2002 и 2003 гг. Д. Е. Гимельбрантом, Е. С. Кузнецовой и Л. А. Коноревой [18], а также на коре Cupressus sempervirens L. в окрестностях пос. Каштаны (г. Сочи) в 2008 г. Л. В. Гагариной (LE, № 3064). По имеющимся данным мы можем судить о том, что Gyalecta derivata в регионах распространения встречается локально и не является массовым видом, так же как и наиболее близкие ей виды — G. truncigena (Ach.) Hepp и G. flotowii Körb. Эти виды сходны и по экологии: Gyalecta derivata, G. flotowii и G. truncigena предпочитают местообитания с высокой влажностью атмосферного воздуха (вблизи рек, ручьев, озер, ∗ Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 08-04-00569) и программы «Биоразнообразие и динамика генофондов». c Л. В. Гагарина, Д. Е. Гимельбрант, 2010 78 морей и т. п.) и тяготеют к старовозрастным сообществам. По сравнению с G. truncigena и G. flotowii распространение G. derivata изучено намного хуже. G. truncigena и G. flotowii распространены по всей территории Голарктического царства и, возможно, G. derivata имеет сходное распространение. Таксономические особенности Gyalecta derivata Таллом тонкий, гладкий, бледно-серый. Подслоевище незаметное. Апотеции, погруженные в субстрат, скученные, светло-коричневатые, 0,2–0,3 мм в диаметре. Диск апотеция вогнутый, желтовато-коричневый, край цельный, окрашен немного светлее диска. Эпитеций бледно-оранжево-коричневый, 11–12 мкм высотой. Гимениальный слой слегка буроватый, 90–100 мкм высотой, от I синеет. Гипотеций слабо-бурый, 30–35 мкм высотой. Эксципул бесцветный, 40–50 мкм шириной. Парафизы неясно членистые, простые, немного длиннее сумок, 1,5 мкм толщиной, на концах булавовидно-утолщенные, до 2–2,5 мкм шириной. Сумки удлиненно-цилиндрические, 70–78 × 8–10 мкм, содержат 8 спор. Аскоспоры удлиненно-веретеновидные, бесцветные, 18–20,5 × 4 мкм, с 5–9-ю продольными перегородками, поперечные перегородки отсутствуют или встречаются от 1 до 2. Таллом от К, С, КС и Р не изменяется, не флуоресцирует в UV и не содержит лишайниковых веществ, выявляемых методами тонкослойной хроматографии. У Gyalecta derivata внешне наибольшее сходство с Pachyphiale fagicola (Hepp) Zwackh, но у P. fagicola в сумках более 16 аскоспор, у G. derivata — 8 аскоспор. Кроме того, вид похож на G. truncigena, но у G. truncigena споры муральные (состоят из 6–12 клеток) и имеют как продольные, так и поперечные перегородки, тогда как у G. derivata споры с поперечными перегородками, а иногда с 1–2 продольными. Местонахождение и местообитание Ленинградская область, Сланцевский район, правый берег р. Втроя (по границе с Псковской обл.), 59◦ 01′ 8, 1′′ N, 27◦ 55′ 43, 4′′ E, участок средневозрастного мелколиственно-широколиственного леса, на коре Fraxinus excelsior ; 26.09.2009, Гимельбрант Д. Е. LE № 3166. Литература 1. Kuznetsova E., Ahti T., Himelbrant D. Lichens and allied fungi of the Eastern Leningrad Region // Norrlinia. 2007. Vol. 16. 62 p. 2. Ерастова Д. А., Гимельбрант Д. Е., Кузнецова Е. С. Предварительный список лишайников заказника «Среднелужский» (Ленинградская область) // Вестник ТвГУ. Серия «Биология и экология». 2009. Вып. 13. № 14. С. 157–173. 3. Степанчикова И. С., Гимельбрант Д. Е., Кузнецова Е. С. Лишайники заказника «Окрестности Щучьего озера» (Санкт-Петербург) // Вестник ТвГУ. Серия «Биология и экология». 2009. Вып. 12. № 6. С. 123–139. 4. Заварзин А. А., Катенина О. А., Котлов Ю. В., Соколова С. В. Лишайники Санкт-Петербурга и Ленинградской области // Труды С.-Петерб. о-ва естествоиспыт. Сер. 6. 1999. Т. 2. С. 205–260. 5. Катаева О. А. Лишайники и лихенизированные грибы // Кадастр флоры Новгородской области. Великий Новгород, 2009. С. 247–254. 6. Фадеева М. А., Голубкова Н. С., Витикайнен О., Ахти Т. Конспект лишайников и лихенофильных грибов Республики Карелия. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2007. 194 c. 79 7. Urbanavichus G., Ahti T., Urbanavichene I. Catalogue of lichens and allied fungi of Murmansk Region, Russia // Norrlinia. 2008. Vol. 17. P. 1–80. 8. Piterāns A. Latvijas Kērpju konspekts // Latvigas vegetāciga. 2001. N 3. P. 5–46. 9. Randlane T., Saag A., Suija A. Lichenized, lichenicolous and allied fungi of Estonia. 30.12.2009. URL: http://esamba.bo.bg.ut.ee/checklist/cheklist-2009/home.php (дата обращения: 20.10.2009). 10. Santesson R., Moberg R., Nordin A., Tønsberg T., Vitikainen O. Lichen-forming and lichenicolous fungi of Fennoscandia. Uppsala: Museum of Evolution, Uppsala University, 2004. 359 p. 11. Голубков В. В., Гагарина Л. В. К флоре лишайников семейств Gyalectaceae и Coenogoniaceae из Беларуси // Новости систематики низших растений. 2010. Т. 44. С. 144–153. 12. Smith C. W., Aptroot A., Coppins B. J., Fletcher A. et al. The lichens of Great Britain and Ireland. London: The British Lichen Society, 2009. 1046 p. 13. Scholz P. Katalog der Flechten und flechtenbewohnenden Pilze Deutschlands // Schriftenreihe für Vegetationskunde. Bonn, 2000. Hf. 31. 298 S. 14. Christensen S. N., Pišút I., Sipman H. J. M. New and noteworthy lichen records from the Ionian island of Kerkira (Corfu), Greece // Willdenowia. 1997. Vol. 27. P. 265–272. 15. López de Silanes M. E., Álvarez J. Gyalecta // Flora Liquenológica Ibérica. Murcia, 2004. P. 32–38. 16. Bielczyk U. The lichens and allied fungi of the Polish Western Carpathians // Biodiversity of the Polish Carpathians. Kraków, 2003. Vol. 1. P. 23–233. ◦ ◦ 17. Vĕzda A., Liška J. Katalog lišejnı́ku České republiki. Pruhonice, 1999. 283 p. 18. Гимельбрант Д. Е., Кузнецова Е. С., Конорева Л. А. Новые данные о лишайниках Субтропического ботанического сада Кубани // Материалы XXII научного совещания ботанических садов Северного Кавказа, посвященного 25-летию Субтропического ботанического сада Кубани. Сочи, 2003. С. 22–25. Статья поступила в редакцию 28 июня 2010 г. 80 УДК 581.9 Вестник СПбГУ. Сер. 3. 2010. Вып. 4 С. В. Бондаренко АНАЛИЗ ФЛОРЫ КАБАРДИНО-БАЛКАРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ВЫСОКОГОРНОГО ЗАПОВЕДНИКА (ЦЕНТРАЛЬНЫЙ КАВКАЗ)∗ Введение Материалом для сообщения послужили данные экспедиций в Кабардино-Балкарский государственный высокогорный заповедник (КБГВЗ) в 2006–2009 гг. Его территория входит в состав Малкинского флористического района Центрального Кавказа [1]. В статье приводятся краткая характеристика растительности заповедника и анализ его флоры. Геоботаническое изучение местности велось традиционным маршрутным методом. Заповедник расположен в наиболее возвышенной западной части Центрального Кавказа на территории Кабардино-Балкарской республики. Его площадь — 533 км2 . Около 60% территории покрыто ледниками. Самые высокие вершины: гора Шхара (5201 м), пик Пушкина (5033 м), Ляльвер (4337 м) и др. Высшей точкой заповедника является гора Дых-тау (5204 м), расположенная на Боковом хребте. Высокогорный рельеф оказывает воздействие на распределение осадков. Среднегодовое их количество в лесном поясе заповедника составляет около 500 мм, в субальпийском — 650–900 мм, в альпийском — до 1250 мм. Растительность Первичные данные о растительности территории, включенной ныне в состав заповедника, появились еще в XIX в. Одними из первых исследователей ее растительного покрова являются Н. Я. Динник [2], И. Я. Акинфиев [3] и др. В начале XX в. высокогорная флора и растительность здесь обследовались Н. А. и Е. А. Буш [4]. Во второй половине прошлого столетия растительность Кабардино-Балкарии изучали Ю. И. Кос [5], С. Х. Шхагапсоев, В. Б. Волкович [6] и др. Высотные пояса представлены верхним лесным (1220–1800 (2200) м над ур. м.), субальпийским (1700–2400 (2700) м над ур. м.), альпийским (2200–3200 (3500) м над ур. м.), субнивальным (3300–3700 м над ур. м.) и нивальным (выше 3700 м над ур. м.). В лесном поясе растительность представлена главным образом сосновыми и березовыми лесами и долинными лугами. Основные массивы светлохвойных лесов, эдификатором в которых выступает Pinus kochiana Klotzsch ex C. Koch, сосредоточены в верховьях р. Чегем — в ущельях Башиль-аузу-су и Гара-аузу-су. В остальных отделениях КБГВЗ они представлены небольшими участками. Более обширные площади занимают березовые леса из Betula pendula Roth и B. litwinowii Doluch. Пойменные леса в основном образованы формациями Alnus incana (L.) Moench, Hippophaё rhamnoides L. и Salix caprea L. По берегам Черека Балкарского в лесной растительности преобладают заросли Corylus avellana L. с примесью Carpinus caucasica Grossh. Луга лесного пояса формируются из обычных для всего Северного Кавказа видов: Achillea millefolium L., Coronilla varia L., Filipendula vulgaris Moench, Origanum vulgare L., Salvia verticillata L. и др. ∗ Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (гранты № 05-04-48023, 08-04-00500). c С. В. Бондаренко, 2010 81 Верхнюю границу леса в субальпийском поясе образует субальпийское криволесье. В нем эдификаторами являются Betula litwinowii и реже B. raddeana Trautv. Большие площади на северных склонах покрыты зарослями Rhododendron caucasicum Pall. Можжевельниковые стланики на бортах ущелий преимущественно южной ориентации представлены формациями Juniperus oblonga Bieb. и J. sabina L. В растительности пояса преобладают высокотравные и среднетравные субальпийские луга. На южных склонах часто формируются пестроовсяничники из Festuca versicolor Tausch с примесью Bromopsis variegata (Bieb.) Holub. Из-за большой крутизны склонов влажные луга не имеют широкого распространения. По берегам ручьев обычны Cardamine seidlitziana Albov, Deshampsia cespitosa (L.) Beauv., Parnassia palustris L., Salix kuznetzowii Laksch. ex Goerz и проч. В аспекте субальпийских лугов преобладают Betonica macrantha C. Koch, Campanula biebersteiniana Schult., Linum hypericifolium Salisb., Scabiosa caucasica Bieb., Silene wallichiana Klotzsch и др. Основные типы растительности альпийского пояса — низкотравные луга, ковры, пустоши и петрофитная растительность. Альпийские луга располагаются главным образом на высотах 2450–3200 м над ур. м. Основные формации — овсяницевые и альпийские полидоминантные ковры. В аспекте альпийских ковров преобладают Campanula anomala Fomin, C. biebersteiniana Schult., Erigeron venustus Botsch., Myosotis alpestris F. M. Schmidt и др. К скалам и мелкощебнистым участкам тяготеют Anthemis sosnovskyana Fed., Dianthus cretaceus Adams, Thymus nummularius Bieb. и др. Особенности флоры Во флористическом отношении территория заповедника неоднородна. Западные его районы примыкают к Приэльбрусью, испытывающему на себе влияние ледников горы Эльбрус, аккумулирующих влагу. Здесь (Чегемское ущелье) преобладающими лесными формациями являются сосновые леса, в которых автор данной статьи обнаружил такие редкие виды, как Goodyera repens (L.) R. Br., Listera cordata (L.) R. Br. [7]. На верхней границе леса одним из эдификаторов является Betula raddeana, восточнее встречающаяся гораздо реже. Только в этом районе КБГВЗ отмечены сообщества с эдификатором Astragalus aureus Willd., характерные для нагорно-ксерофитного пояса Центрального Кавказа. На субальпийских лугах по южным склонам преобладают пестроовсяничники, встречаются Anemone speciosa Adams ex G. Pritz., Cephalaria dagestanica Bobr., Hypericum orientale L. и др. В восточной части заповедника флора более мезофильна. В древесно-кустарниковом ярусе лесов в ущелье р. Черек Балкарский единично появляются преимущественно западнокавказские виды — Abies nordmanniana (Stev.) Spach, Fagus orientalis Lipsky, Picea orientalis (L.) Link, Taxus baccata L. Виды, характерные для субальпийского высокотравья, выпадающие из состава ценофлор на Западном Кавказе восточнее Теберды и в западной оконечности КБГВЗ, здесь появляются вновь. Это — Campanula lactiflora Bieb., C. latifolia L., Cephalaria gigantea (Ledeb.) Bobr., Senecio othonnae Bieb. и др. На высокогорных лугах в верховьях р. Хазнидон обнаружен колхидский вид Trifolium polyphyllum C. A. Mey. (сборы И. Б. Рапопорт). 82 Таксономический анализ флоры Данные по флоре заповедника систематизированы С. Х. Шхагапсоевым и Г. Х. Киржиновым [8]. Их конспект насчитывает 1035 видов из 97 семейств и 371 рода. Некоторые виды, приводимые этими авторами для нагорно-ксерофитного и других поясов, мы встретили только на Скалистом хребте и в области Северной депрессии, не входящих в состав заповедника. Эти таксоны не включались в конспект. Экологический (по жизненным формам) и географический анализы флоры нами проведены по другим методикам. Имеющиеся собственные и критически пересмотренные литературные данные, материалы гербария Ботанического института РАН (LE) дали возможность составить предварительный конспект видов флоры КБГВЗ, включающий в настоящее время 875 видов из 347 родов и 91 семейства. Родовой коэффициент равен 2,52, что вполне соответствует этому показателю в молодых высокогорных флорах Кавказа. Таксономическая структура флоры подтверждает ее принадлежность к умеренным флорам Голарктики: малочисленными отделами являются Lycopodiophyta, Equisetophyta и Pinophyta, представленные 4, 5 и 6-м видами соответственно (табл. 1). Отдел Polypodiophyta включает 21 вид. Представители Magnoliophyta безраздельно господствуют во флоре — 839 видов (95,9%), из них Liliopsida — 139 видов, Magnoliopsida — 700. Таблица 1. Основные пропорции флоры Кабардино-Балкарского заповедника Таксоны Lycopodiophyta Equisetophyta Polypodiophyta Pinophyta Magnoliophyta Magnoliopsida Liliopsida Всего Число видов 4 5 21 6 839 700 139 875 % от общего числа видов 0,4 0,6 2,4 0,7 95,9 80 15,9 100 Число родов 3 1 9 3 331 275 56 347 Число семейств 2 1 5 3 80 68 12 91 Пропорции 1:1,5:2 1:1:5 1:1,8:4,2 1:1:2 1:4,1:10,5 1:4:10,3 1:4,7:11,6 1:3,8:9,5 На роль условий в развитии флоры указывает состав 10 ведущих семейств [9, 10]. Перечень крупнейших семейств флоры характеризует ее как типичную для флор Голарктического царства с присущими как бореальными, так и древнесредиземноморскими чертами (табл. 2). Порядок расположения семейств во флористическом спектре следующий: 1) Asteraceae (118 видов; 13,5%), 2) Poaceae (77; 8,8%), 3) Rosaceae (56; 6,4%), 4) Caryophyllaceae (48; 5,5%), 5) Fabaceae (48; 5,5%), 6) Lamiaceae (41; 4,7%), 7) Apiaceae (39; 4,5%), 8) Scrophulariaceae (37; 4,2%), 9) Brassicaceae (35; 4%), 10) Ranunculaceae (25; 2,8%). В общей сложности 10 ведущих семейств содержат 524 вида, что составляет 59,9% от видов всей флоры. Принадлежность флоры к Голарктическому царству подтверждает также содержание в составе первых трех ведущих семейств более четверти (28,7%) видов всей флоры. 83 Таблица 2. Флористический спектр Кабардино-Балкарского заповедника Таксоны Кол-во родов 1 2 Lycopodiopsida Lycopodiaceae 2 Selaginellaceae 1 Итого 3 Equisetopsida Equisetaceae 1 Polypodiopsida Polypodiaceae 1 Thelypteridaceae 1 Aspleniaceae 1 Dryopteridaceae 5 Woodsiaaceae 1 Итого 9 Итого высших споровых 13 Pinopsida Taxaceae 1 Pinaceae 1 Cupressaceae 1 Итого 3 Итого голосеменных 3 Magnoliopsida Ranunculidae Berberidaceae 1 Ranunculaceae 7 Papaveraceae 1 Fumariaceae 1 Итого 10 Caryophyllidae Caryophyllaceae 13 Amaranthaceae 1 Chenopodiaceae 2 Polygonaceae 3 Итого 19 Hamamelidae Fagaceae 2 Betulaceae 3 Corylaceae 1 Итого 6 Dilleniidae Hypericaceae 1 Ericaceae 5 Empetraceae 1 Primulaceae 2 Violaceae 1 Tamaricaceae 1 Salicaceae 2 Brassicaceae 18 Cistaceae 1 Tiliaceae 1 Malvaceae 4 Ulmaceae 1 Cannabaceae 1 84 Кол-во видов 3 2 2 4 5 1 1 4 12 3 21 30 1 1 4 6 6 1 25 2 4 32 48 1 3 18 70 2 5 1 8 3 11 1 7 5 1 10 35 2 1 4 2 1 Таксоны Кол-во родов 4 5 Onagraceae 3 Fabaceae 14 Aceraceae 1 Linaceae 1 Oxalidaceae 1 Geraniaceae 2 Balsaminaceae 1 Polygalaceae 1 Celastraceae 1 Parnassiaceae 1 Santalaceae 1 Rhamnaceae 2 Eleagnaceae 1 Итого 59 Asteridae Cornaceae 1 Apiaceae 17 Viburnaceae 1 Sambucaceae 1 Caprifoliaceae 2 Valerianaceae 1 Dipsacaceae 4 Campanulaceae 2 Asteraceae 47 Итого 76 Lamiidae Rubiaceae 3 Gentianaceae 4 Asclepiadaceae 1 Solanaceae 3 Convolvulaceae 2 Cuscutaceae 1 Polemoniaceae 1 Boraginaceae 10 Oleaceae 1 Scrophulariaceae 10 Orobanchaceae 1 Plantaginaceae 1 Verbenaceae 1 Lamiaceae 23 Итого 62 Итого двудольных 275 Liliopsida Liliidae Melanthiaceae 1 Trilliaceae 1 Liliaceae 4 Dioscoreaceae 1 Orchidaceae 7 Iridaceae 2 Hyacinthaceae 1 Alliaceae 1 Кол-во видов 6 7 48 3 2 1 11 1 4 3 1 1 2 1 166 1 39 2 1 4 5 8 18 118 196 10 12 2 3 2 2 1 17 1 37 1 5 1 41 135 700 1 1 6 1 10 3 1 7 1 2 2 Urticaceae Euphorbiaceae Thymelaeaceae Итого 3 3 1 1 43 5 2 93 3 1 2 22 1 12 9 3 56 1 Rosidae Crassulaceae Saxifragaceae Grossulariaceae Rosaceae Lythraceae Окончание табл. 2 4 5 6 Convallariaceae 2 3 Итого 20 33 Commelinidae Juncaceae 2 10 Cyperaceae 3 19 Poaceae 31 77 Итого 36 106 Итого однодольных 56 139 Итого покрытосеменных 331 839 Всего 347 875 П р и м е ч а н и е. Таксоны расположены в соответствии с системой, принятой в «Конспекте флоры Кавказа» [11]. Жирным выделены ведущие семейства флоры. Бореальные черты флоры проявляются прежде всего в том, что сем. Poaceae играет ведущую роль после Asteraceae (как и во флоре Северного Кавказа). Роль Fabaceae менее значительна, чем в спектрах флор Кавказа и Турции, где оно занимает второе место. В северокавказских флорах Fabaceae, как правило, стоит на 3–4-м месте. В спектрах Кавказа в целом и северокавказских флор в частности довольно высокое положение занимает Caryophyllaceae (4–8-е место). О древнесредиземноморском влиянии свидетельствует большая роль Lamiaceae, которое вытесняет Brassicaceae в нашем регионе на 9-е место. Представители Lamiaceae отличаются большим разнообразием на Кавказе и в Юго-Западной Азии в целом. Таким образом, существенную роль этого семейства в исследуемой флоре можно объяснить наличием петрофильных сообществ на каменистом субстрате в северной части территории. Brassicaceae в большинстве древнесредиземноморских флор занимает 3–5-е место, а на исследуемой территории — 9-е место, в то время как в северокавказских флорах его роль возрастает, как правило, с запада на восток. Роль Scrophulariaceae во флоре соответствует положению этого семейства (8-е место в спектре) во флористических спектрах других территорий Северного Кавказа. Apiaceae как обычно по численности видов превышает Scrophulariaceae. О бореальном влиянии свидетельствует и обилие видов Ranunculaceae. Анализ родового спектра флоры также свидетельствует о ее разнородности и высокогорном характере. Крупнейшими родами являются: Campanula, Carex (по 17 видов), Potentilla, Trifolium (по 13), Alchemilla, Draba, Geranium, Ranunculus, Senecio, Silene (по 10), Astragalus, Gentiana, Minuartia, Saxifraga (по 9) и др. Экологический анализ флоры Распределение видов по высотным поясам показывает, что наибольшее их количество обитает в субальпийском поясе — 625. Лесной пояс представлен 597 видами. В вышележащих альпийском и субнивальном поясах количество видов резко сокращается до 233 и 56 соответственно. В верхнем горном (лесном) поясе КБГВЗ нами зарегистрировано 597 видов сосудистых растений, относящихся к 301 роду и 88 семействам. Родовой коэффициент — 2,0. Ведущие семейства включают 347 видов (58,1%) и представлены: Asteraceae (74 вида; 12,4%), Poaceae (55; 9,2%), Rosaceae (38; 6,3%), Lamiaceae (35; 5,9%), Fabaceae (29; 4,8%), Caryophyllaceae (28; 4,7%), Scrophulariaceae (26; 4,4%), Brassicaceae (25; 4,2%), Apiaceae (22; 3,7%), Boraginaceae (15; 2,5%). В составе первых трех ведущих семейств содержится 27,9% видов всей флоры пояса. Список ведущих родов представлен Carex, 85 Geranium (по 9 видов), Campanula, Trifolium, Potentilla, Veronica (по 8), Festuca (7), Cirsium, Draba, Galium, Rumex, Sedum, Silene, Verbascum (по 6) и др. Флора субальпийского пояса КБГВЗ, по нашим данным, включает 625 видов сосудистых растений, относящихся к 245 родам и 71 семейству. Родовой коэффициент — 2,55. В состав ведущих семейств, включающих 375 видов (60%), входят Asteraceae (76 видов; 12,2%), Poaceae (58; 9,3%), Caryophyllaceae (39; 6,2%), Fabaceae (38; 6,1%), Rosaceae (36; 5,7%), Apiaceae (31; 5%), Scrophulariaceae (28; 4,5%), Lamiaceae (25; 4%), Brassicaceae (22; 3,5%), Ranunculaceae (22; 3,5%). Первые три ведущих семейства содержат 27,7% видов всей флоры. К крупнейшим родам флоры пояса относятся Carex (16 видов), Campanula (15), Trifolium (13), Alchemilla (10), Festuca, Silene (по 9), Draba, Gentiana, Geranium, Pedicularis, Poa, Ranunculus, Saxifraga, Sedum (по 8) и др. Альпийская флора КБГВЗ представлена 233 видами, 118 родами и 39 семействами. Родовой коэффициент — 2,0. Ведущие семейства флоры объединяют 150 видов (64,4% от видов флоры пояса). В их состав входят: Asteraceae (32; 13,7%), Caryophyllaceae (24; 10,3%), Poaceae (22; 9,4%), Fabaceae (14; 6%), Brassicaceae (12; 5,2%), Rosaceae (12; 5,2%), Ranunculaceae (10; 4,3%), Apiaceae (8; 3,4%), Cyperaceae (8; 3,4%), Scrophulariaceae (8; 3,4%). В спектре ведущих родов флоры представлены Minuartia — 8 видов, Carex — 7, Campanula, Saxifraga, Silene — по 6, Erigeron, Gentiana, Potentilla, Primula, Ranunculus — по 5, Anthemis, Draba, Cerastium, Cirsium, Pedicularis, Senecio — по 4. При анализе флоры по жизненным формам растений использована классификация Ch. Raunkiaer [12]. Методика им разрабатывалась для обширных географических территорий, однако, некоторые закономерности в распределении видов по жизненным формам просматриваются и на такой небольшой площади, как КБГВЗ. Как и в большинстве бореальных и горных флор, в исследуемой флоре преобладают гемикриптофиты — 633 вида, или 72,3% (табл. 3). Наличием ксерофильных типов растительности обусловлена доля терофитов — 84 вида (9,6%). Присутствие лесного пояса растительности на изучаемой территории определяет относительное многообразие фанерофитов (78 видов; 8,9%), представленных мезофанерофитами (10; 1,1%), микрофанерофитами (27; 3,1%) и нанофанерофитами (41; 4,7%). Геофитов — 59 (6,8%). Пояс нагорных ксерофитов не входит в состав заповедника, в связи с чем хамефитов во флоре всего 21 вид (2,4%). Таблица 3. Жизненные формы флоры Кабардино-Балкарского заповедника № п/п 1 2 3 4 5 Жизненная форма Фанерофиты Мезофанерофиты Микрофанерофиты Нанофанерофиты Хамефиты Гемикриптофиты Терофиты Криптофиты (геофиты) Итого КБГВЗ абс. % 78 8,9 10 1,1 27 3,1 41 4,7 21 2,4 633 72,3 84 9,6 59 6,8 875 100 В. г.п. абс. % 67 11,2 10 1,7 27 4,5 30 5 14 2,4 395 66,2 79 13,2 42 7 597 100 Сб.п. абс. % 41 6,6 – – 10 1,6 31 5 17 2,7 497 79,5 33 5,3 37 5,9 625 100 А. п. абс. % 8 3,4 – – – – 8 3,4 6 2,6 208 89,3 1 0,4 10 4,3 233 100 П р и м е ч а н и е. В. г.п. — верхний горный пояс, сб.п. — субальпийский пояс, а.п. — альпийский пояс, абс. — количество видов, % — процент от общего числа видов флоры (то же для табл. 4). Соотношение жизненных форм во флорах высотных поясов различно. Во флоре верхнего горного пояса гемикриптофитов выявлено 395 видов (66,2%). Влиянием засушливых условий в зоне «дождевой тени» (вблизи от Северной депрессии) обусловлена 86 доля терофитов — 79 видов (13,2%). Наличие лесных типов растительности определяет относительное многообразие фанерофитов (67 видов; 11,2%), представленных мезофанерофитами (10; 1,7%), микрофанерофитами (27; 4,5%) и нанофанерофитами (30; 5%). Геофитов — 42 (7%). Фриганоидные сообщества, подобные характерным для нагорноксерофитного пояса, не встречаются, в связи с чем хамефитов во флоре — 14 видов (2,4%). Доля участия гемикриптофитов в формировании флоры субальпийского пояса повышается (497 видов; 79,5%). На втором месте по обилию стоят фанерофиты (41; 6,6%) и геофиты (37; 5,9%). Из фанерофитов микрофанерофиты представлены 10 видами (1,6%), нанофанерофиты — 31 видом (5%). В сложении флоры пояса незначительное участие принимают также терофиты (33; 5,3%) и хамефиты (17; 2,7%). Среди жизненных форм альпийской флоры подавляющее большинство видов при экологическом анализе нами отнесено к гемикриптофитам — 208 (89,3%). Остальные жизненные формы распределены в спектре следующим образом: геофитов — 10 (4,3%), фанерофитов (нанофанерофитов) — 8 (3,4%), хамефитов — 6 (2,6%), терофит — 1 (0,4%). Географический анализ флоры Большое значение для выяснения черт генезиса и связей с другими флорами имеют спектры географических элементов (табл. 4). Географический анализ флоры проводился в соответствии с системой геоэлементов, разработанной для флоры Кавказа Н. Н. Портениером [13]. Плюрирегиональный элемент во флоре КБГВЗ представлен 15 видами (1,7%), голарктический — 76 (8,7%), палеарктический — 139 (15,9%). Бореальных элементов — 517 видов (59,2%). Таблица 4. Географические элементы флоры Кабардино-Балкарского заповедника № п/п Географический элемент 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 КБГВЗ В. г.п. абс. % абс. % Обширные элементы Плюрирегиональный 15 1,7 15 2,5 Голарктический 76 8,7 52 8,7 Палеарктический 139 15,9 132 22,1 Бореальные элементы Общебореальный 19 2,2 13 2,2 Евро-сибирский 78 8,9 70 11,7 Евро-кавказский 93 10,6 81 13,6 Понтийско-кавказско-южносибирский 17 2,0 16 2,7 Кавказский 273 31,2 122 20,4 Эвксинский 37 4,3 21 3,5 Древнесредиземноморские элементы Общедревнесредиземноморский 31 3,5 26 4,4 Средиземноморско-южноевропейскокавказский 15 1,7 8 1,3 Ирано-туранский 73 8,3 32 5,4 Адвентивный элемент Адвентивный 9 1 9 1,5 Итого 875 100 597 100 Сб.п. А. п. абс. % абс. % 8 1,3 1 55 8,8 20 76 12,1 9 0,4 8,6 3,9 15 49 58 11 238 27 2,4 5 2,2 7,8 8 3,4 9,3 12 5,2 1,8 – – 38,1 119 51,1 4,3 15 6,4 12 1,9 5 2,1 10 1,6 2 0,8 66 10,6 37 15,9 – – – – 625 100 233 100 Преобладает среди них кавказский элемент (273 вида; 31,2%). Обильны также евро-кавказский (93; 10,6%) и евро-сибирский (78; 8,9%) элементы. Видов эвксинского 87 элемента, переходящих в этой части Кавказа на северный макросклон, — 37 (4,3%). Древнесредиземноморских элементов 119 (13,5%), среди которых преобладают иранотуранские виды (73; 8,3%). Доля общедревнесредиземноморского (31; 3,5%) и средиземноморско-южноевропейско-кавказского (15; 1,7%) элементов незначительна. Адвентивных видов — 9 (1%). В формировании флор отдельных поясов различные геоэлементы принимают следующее участие. Во флоре верхнего горного пояса преобладают виды палеарктического (132 вида; 22,1%) и кавказского (122; 20,4%) элементов. Несколько ниже доля участия в формировании флоры пояса видов евро-сибирского (70; 11,7%) и евро-кавказского (81; 13,6%) элементов. Относительно обильны также голарктический (52; 8,7%) и ирано-туранский (32; 5,4%) элементы. Остальные элементы не играют существенной роли в сложении флоры: общедревнесредиземноморский — 26 видов (4,4%), эвксинский — 21 (3,5%), понтическо-кавказско-южносибирский — 16 (2,7%), плюрирегиональный — 15 (2,5%) и т. д. Адвентивная фракция флоры представлена 9 видами (1,5%). В целом бореальные элементы включают 323 вида (54,2%), древнесредиземноморские — 66 (11,1%). Эндемичных видов — 143 (24%). Географический анализ флоры субальпийского пояса показал преобладание в ней видов кавказского (238 видов; 38,1%), палеарктического (76; 12,1%) и ирано-туранского (66; 10,6%) элементов. Несколько им уступают в обилии евро-кавказский (58; 9,3%), голарктический (55; 8,8%) и евро-сибирский (49; 7,8%) элементы. К элементам, не играющим существенной роли в формировании флоры пояса, относятся: эвксинский — 27 видов (4,3%), общедревнесредиземноморский — 12 (1,9%), понтическо-кавказско-южносибирский — 11 (1,8%), средиземноморско-южноевропейско-кавказский — 10 (1,6%), плюрирегиональный — 8 (1,3%) и т. д. Элементы, включающие виды с обширными ареалами (плюрирегиональный, голарктический, палеарктический), объединяют 139 видов (22,2%), бореальные элементы — 398 (63,7%), древнесредиземноморские — 88 (14,1%). Эндемичных видов — 265 (42,4%). В географическом спектре флоры альпийского пояса доминируют виды кавказского (119; 51,1%), ирано-туранского (37; 15,9%) и голарктического (20; 8,6%) элементов. Немаловажную роль в формировании флоры также играют эвксинский (15; 6,4%), еврокавказский (12; 5,2%), палеарктический (9; 3,9%) и евро-сибирский (8; 3,4%) элементы. Элементы, содержащие виды с обширными ареалами, включают 30 видов (12,9%), бореальные — 159 (68,2%), древнесредиземноморские — 44 (18,9%). Эндемичных видов — 134 (57,5%). Заключение Флора заповедника является относительно богатой. В ней выявлено 875 видов, относящихся к 347 родам и 91 семейству. Для таксономической структуры флоры заповедника характерны черты в большей степени бореальные и высокогорные: обилие видов семейств Caryophyllaceae, Ranunculaceae, Rosaceae. Один из самых богатых видами род — Carex. Широкое развитие скальных местообитаний способствует распространению видов родов Campanula, Minuartia, Saxifraga, Silene. Соотношение жизненных форм во флорах поясов определено климатическими условиями местности и полностью им соответствует. Высокогорный характер флоры подчеркивает содержание гемикриптофитов — 72,3%. Более мягкий климат в лесном поясе способствует снижению здесь доли гемикриптофитов за счет увеличения содержания микро- и нанофанерофитов, терофитов и геофитов. 88 Распределение видов флоры заповедника по поясам показало, что наибольшее их количество встречается в субальпийском поясе (625). Несколько беднее флора верхнего лесного пояса (597). Меньше всего видов произрастает в альпийском поясе (233). Высокий уровень оригинальности флоры подтверждает ее географический спектр, в котором преобладают эндемичные элементы (кавказский и эвксинский (колхидский) — 310 видов (35,5%)). При этом процент их участия сильно возрастает с высотой от 24% в верхнем лесном поясе до 57,5% в альпийском. Флора лесного пояса заповедника сложена в основном видами палеарктического (22,1%), кавказского (20,4%), евро-кавказского (13,6%) и евро-сибирского (11,7%) геоэлементов. В вышележащих поясах господство переходит к кавказскому элементу. Среди древнесредиземноморских элементов во флоре КБГВЗ большую роль играет только ирано-туранский элемент. Адвентивная фракция флоры представлена лишь в лесном поясе и составляет всего 1,5% от видов его флоры. Литература 1. Меницкий Ю. Л. Проект «Конспект флоры Кавказа». Карта районов флоры // Бот. журн. 1991. Т. 76, № 11. С. 1513–1521. 2. Динник Н. Я. Поездка в Балкарию в 1887 г. // Западно-Кавказское отд. ИРГО. Т. XIV. Вып. 1. 1890. С. 199–247. 3. Акинфиев И. Я. Флора Центрального Кавказа // Труды об-ва испыт. природы Харьковск. ун-та. Харьков: Изд-во Харьковск. ун-та, 1894. Т. 27. 212 с. 4. Буш Н. А. К истории растительности Балкарии // Труды Ботанического музея АН СССР. Л.: Изд-во АН СССР. 1931. Т. 23. 21 с. 5. Кос Ю. И. Растительность Кабардино-Балкарии и ее хозяйственное использование. Нальчик: Каб.-Балк. кн. изд-во, 1959. 199 с. 6. Шхагапсоев С. Х., Волкович В. Б. Растительный покров Кабардино-Балкарии и его охрана. Нальчик: Эльбрус, 2002. 96 с. 7. Цепкова Н. Л., Бондаренко С. В., Калашникова Л. М. Некоторые редкие и новые виды флоры Кабардино-Балкарии (Центральный Кавказ) // Материалы Всерос. конф.: Фундаментальные и прикладные проблемы ботаники в начале XXI века. Петрозаводск: Карельский НЦ РАН, 2008. Ч. 3. С. 185–187. 8. Шхагапсоев С. Х., Киржинов Г. Х. Флора Кабардино-Балкарского высокогорного государственного заповедника и ее анализ. Нальчик: Эльбрус, 2006. 246 с. 9. Камелин Р. В. Флорогенетический анализ естественной флоры горной Средней Азии. Л.: Наука, 1973. 356 с. 10. Толмачёв А. И. Введение в географию растений. Л.: Изд-во ЛГУ, 1974. 224 с. 11. Конспект флоры Кавказа: В 3 т. / Отв. ред. А. Л. Тахтаджян; редакторы: Ю. Л. Меницкий, Т. Н. Попова. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2003. Т. 1. С. 132–140. 12. Raunkiaer Ch. The life forms of plants and Statistical plant geography. Oxford, 1934. 632 p. 13. Портениер Н. Н. Система географических элементов флоры Кавказа // Бот. журн. 2000. Т. 85, № 9. С. 26–33. Статья поступила в редакцию 28 июня 2010 г. 89 2010 ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА Сер. 3 Вып. 4 ФИЗИОЛОГИЯ, БИОФИЗИКА, БИОХИМИЯ УДК 577.151 Т. А. Петрова, А. Ю. Лянгузов, В. Е. Стефанов ЭНЗИМОЛОГИЧЕСКАЯ ШКОЛА КАФЕДРЫ БИОХИМИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА: ТРАДИЦИИ И СОВРЕМЕННОСТЬ Памяти Сусанны Николаевны Лызловой посвящается 27 января 2011 г. исполняется 90 лет со дня рождения Сусанны Николаевны Лызловой — доктора биологических наук, профессора, декана биолого-почвенного факультета Ленинградского государственного университета (1973–1981), заведующей кафедрой биохимии (1976–1990), а также основателя и первого руководителя лаборатории энзимологии (1972–1990). Талантливая ученица академика АМН СССР Г. Е. Владимирова С. Н. Лызлова не только продолжила исследование энергетического метаболизма фосфорорганических соединений, развивавшееся на кафедре биохимии Ленинградского государственного университета с довоенных времен, но Профессор и создала свое собственное, получившее Сусанна Николаевна Лызлова мировую известность, направление по изу(1921–1999) чению фосфагенкиназных систем энергообеспечения клетки. Настоящая публикация является кратким обзором главных достижений кафедры биохимии Ленинградского/Санкт-Петербургского государственного университета в обc 90 Т. А. Петрова, А. Ю. Лянгузов, В. Е. Стефанов, 2010 ласти энзимологии. Основное внимание сфокусировано на работах С. Н. Лызловой и ее многочисленных учеников по изучению фосфагенкиназ разного видового происхождения и функционального назначения. Кроме того, в статье приводится обзор новых энзимологических направлений, разрабатываемых сотрудниками кафедры биохимии в течение последних двух десятилетий. Это — создание современной методологии анализа кинетики сложных ферментативных реакций, а также исследование молекулярных превращений лигандов в активных центрах ферментов методами компьютерного моделирования. В 2009 г. на биолого-почвенном факультете Санкт-Петербургского государственного университета отмечалось 80-летие со дня основания первой в нашей стране университетской кафедры биохимии. Этому событию был посвящен отдельный выпуск журнала «Вестник СПбГУ», содержащий, кроме научных и обзорных статей, воспоминания и исторические сведения о развитии основных научных направлений кафедры [2]. Однако, на наш взгляд, энзимология, как одна из самостоятельных и уникальных биохимических дисциплин, традиционно культивировавшихся на кафедре, не нашла своего должного отражения в этом выпуске журнала. Настоящая публикация частично восполняет образовавшийся пробел. Основоположниками энзимологической школы кафедры биохимии ЛГУ/СПбГУ были великие советские биохимики — академик АН СССР В. А. Энгельгардт и академик АМН СССР Г. Е. Владимиров. Основные труды Владимира Александровича Энгельгардта, проработавшего на кафедре с 1930 по 1940 г. и возглавлявшего ее с 1939 по 1940 г., посвящены обмену органических фосфорных соединений, их роли в энергетике и физиологических функциях клетки, связи энергетических процессов и механических свойств мышечных белков. В опытах на ядерных эритроцитах птиц и ретикулоцитах млекопитающих В. А. Энгельгардт открыл процесс аэробного ресинтеза аденозинтрифосфорной кислоты (АТР), сопряженного с клеточным дыханием (дыхательное фосфорилирование), проблема окислительного фосфорилирования стала позже основной проблемой биоэнергетики. Он также описал «апотомический путь» окисления углеводов, заключающийся в отщеплении одноуглеродного фрагмента при превращении гексоз в пентозы и предложил объяснение физиологического механизма взаимодействия брожения и дыхания (так называемый эффект Пастера). В 1939 г. В. А. Энгельгардт совместно с М. Н. Любимовой обнаружил ферментативную активность структурного белка мышц — миозина — и доказал, что источником энергии для работы мышц является АТР, причем миозин не только расщепляет АТР, но и меняет свои физические свойства. Эти работы связали воедино физическую структуру, химизм и функцию биополимера [2, 32]. Георгий Ефимович Владимиров, заведовавший кафедрой с 1940 по 1960 г. (с перерывом с 1942 по 1944 г.), стал идеологом нового научного направления — функциональной биохимии, под которым понималось изучение физико-химических механизмов процессов, лежащих в основе биологических функций [14]. С применением революционного для того времени радиоизотопного метода были проведены пионерские исследования по биоэнергетике мозга и изучен метаболизм фосфорных соединений в головном мозге при различных видах функциональной деятельности [2]. Именно на нашей кафедре под руководством Г. Е. Владимирова выполнена работа по расчету свободной энергии гидролиза АТР, результаты которой опубликованы в 1957 г. в журнале «Nature» [3, 41]. Открытая В. А. Энгельгардтом АТР-азная активность миозина, широкие исследования биохимических основ физиологических функций, продолженные Г. Е. Владимиро91 вым, а также более ранние работы профессоров Е. С. Лондона в области обмена веществ и В. С. Садикова в области белковой химии заложили фундаментальные основы развития уникальной энзимологической школы кафедры биохимии ЛГУ/СПбГУ. В течение многих десятков лет разные по содержанию научные направления кафедры объединяет одна общая идея — идея изучения тонких биохимических и молекулярно-биологических механизмов жизни клетки, субклеточных структур и отдельных функциональных единиц, познание которых невозможно без исследования ферментных систем организма. Это: работы в области нейрохимии и обмена веществ, выполненные под руководством профессора М. И. Прохоровой ее учениками и в настоящее время продолжаемые под руководством профессора Н. Д. Ещенко; работы профессора А. И. Колотиловой и ее учеников по исследованию ферментов пентозофосфатного пути обмена углеводов; работы профессора Н. С. Пантелеевой и ее учеников по изучению механизма гидролиза АТР миозиновыми и транспортными АТР-азами методом масс-спектометрии с применением тяжелого изотопа 18 О; новое направление, созданное профессором И. П. Ашмариным, (позже — академиком АМН СССР) по исследованию механизмов неспецифического иммунитета, обеспечиваемого действием ферментов и неферментных белков лейкоцитов и развиваемое в настоящее время профессором В. Н. Кокряковым; работы профессора В. Ю. Васильева и его учеников в области пиридоксалевого катализа, затем исследование аденилат- и гуанилатциклазных систем в регуляции иммунных реакций, поиск ранних универсальных ферментных маркеров онкогенеза, разработка тест-систем на основе ферментов для экспресс-оценки загрязнения окружающей среды; изучение группой профессора И. А. Сытинского механизмов развития алкогольного синдрома; работы докт. биол. наук А. Е. Антипенко и его лаборатории по исследованию регуляции функции миокарда в норме и патологии; также комплексное изучение реакций ферментных систем организма на воздействие различных неблагоприятных факторов внешней среды (профессор В. Б. Матюшичев) [1, 2, 4, 7, 18, 20, 40]. С начала 1970-х гг. признанным лидером энзимологической школы нашей кафедры становится С. Н. Лызлова. В 1962 г. Сусанна Николаевна выпускает (совместно с Г. Е. Владимировым) первое в нашей стране учебное пособие «Энзимология» и продолжает читать студентам одноименный курс лекций [13]. Возглавивший кафедру в 1965 г. ученик академика Г. Е. Владимирова профессор И. П. Ашмарин предлагает С. Н. Лызловой сосредоточиться на изучении креатинкиназ в ходе эмбриогенеза, однако полученные в этой работе результаты оказываются настолько интересными, что очень скоро исследования выходят за изначально обозначенные рамки и приобретают характер системного анализа поведения фосфагенкиназных систем в процессе онто- и филогенеза. В 1971 г. С. Н. Лызлова защищает докторскую диссертацию, результаты которой публикует в монографии «Фосфагенкиназы» [6]. В 1972 г. на кафедре создается лаборатория энзимологии, возглавляемая С. Н. Лызловой. Средний возраст аспирантов и сотрудников лаборатории в то время составлял 25 лет. Под руководством С. Н. Лызловой защищено 30 кандидатских диссертаций, в отечественных и зарубежных изданиях опубликовано свыше 220 работ, из них — 3 монографии (2 в соавторстве) и 4 учебных пособия. Исследование фосфагенкиназ было естественным продолжением работ кафедры в области биоэнергетики. Фосфагенкиназы (гуанидинкиназы) — это ферменты, поддерживающие постоянство уровня АТР в клетках за счет обратимой реакции переноса фосфорильного остатка между гуанидинсодержащим основанием (фосфагеном) и MgADP. Эта система депонирования химической энергии едина для всех представителей животного мира, начиная от простейших и кончая приматами и человеком. Известно 92 8 различных природных фосфагенов и 8 соответствующих им фосфагенкиназ. Главными из них, получившими наиболее широкое распространение, являются креатинфосфат-креатинкиназа и аргининфосфат-аргининкиназа. Фосфагенкиназы представляют интерес во многих отношениях. Во-первых — это универсальность системы энергообеспечения разнообразных физиологических функций клетки; во-вторых — в разных тканях фосфагенкиназы представлены различными, специфичными для данной ткани изоферментными профилями; в-третьих — изучение распространения и свойств фосфагенкиназ оказалось одним из эффективных методов определения последовательности эволюционного процесса у разных видов животных и филогенетических взаимоотношений между ними; в-четвертых — креатинкиназа вошла в перечень наиболее популярных ферментов, используемых в целях энзимодиагностики различных заболеваний; в-пятых — креатинкиназа явилась практически идеальной моделью при исследовании иерархических закономерностей регуляции функционирования ферментных систем; в-шестых — изучение каталитических функций очищенных препаратов креатинкиназ позволило не только охарактеризовать индивидуальные особенности ферментов из разных источников, но и выработать общие рекомендации по исследованию других сложных ферментативных реакций. Такой широкий охват биологических, физико-химических и медицинских проблем и полученные в ходе проведенных исследований новые приоритетные результаты, подвергнутые всестороннему системному анализу, побудили американских издателей предложить С. Н. Лызловой обобщить опыт работы лаборатории в виде монографии, которая вышла в свет в Издательстве «CRC Press» в 1991 г. [11]. Потребности практического здравоохранения продолжают диктовать необходимость сотрудничества нашей кафедры с ведущими медицинскими учреждениями Санкт-Петербурга. Креатинкиназный тест был использован при разработке моделей формирования алкогольной зависимости, скрининге наследственных миопатий [11], исследовании влияния фармакологических препаратов [27, 28], а также для диагностики гипоксических состояний плода и новорожденных детей [21, 28]. Несмотря на то, что изучение креатинкиназы на кафедре ведется на протяжении уже нескольких десятилетий, этот объект оказался настолько удачным и универсальным с точки зрения энзимологии, что его исследования продолжаются до сих пор, но уже на новом методическом уровне [8]. Креатинкиназная реакция — реакция двухсубстратная и, более того, — обратимая и не может быть полноценно описана методами традиционной михаэлисовой кинетики, основанной на целом ряде исходных постулатов, главный из которых — участие в реакции только одного субстрата. Разнообразные более поздние усложнения исходного кинетического уравнения Михаэлиса—Ментен так и не позволили выйти за рамки односубстратной модели и потому сложные ферментативные процессы принято анализировать по частям, когда изменяется концентрация только одного действующего реагента, а концентрации всех остальных участников реакции фиксируются на постоянном уровне. Такой подход не только приводит к утрате значительной части информации, содержащейся в экспериментальных данных, и не позволяет проверить адекватность принятой к рассмотрению кинетической модели, но и осложняет методику математического планирования эксперимента и результатов его анализа, что еще более ухудшает ситуацию. Теоретические модели, описывающие ферментативные процессы любой степени сложности, существуют уже достаточно давно, и наиболее известный и удобный так называемый диаграммный метод создания подобных моделей был разработан в на93 шем университете группой физиков-теоретиков под руководством чл.-корр. АН СССР М. В. Волькенштейна в 1960–1970-е годы. Метод базируется на теории графов. Первые попытки практического применения этого метода были предприняты учеником и соавтором М. В. Волькенштейна В. Е. Стефановым, перешедшим работать на нашу кафедру [11; 12, с. 284]. Однако ограниченность экспериментальных методик того времени не позволила получить опытные данные высокой степени точности и в полной мере задействовать необходимый математический аппарат. Лишь с появлением лабораторного аналитического оборудования, управляемого персональным компьютером, и с разработкой в нашей лаборатории специального программного обеспечения впервые на примере креатинкиназной реакции удалось выполнить полноценное описание сложного кинетического процесса с одномоментным расчетом всех реальных физических констант (константы Михаэлиса не имеют строго определенного физического смысла) [15, 19, 25, 26]. В настоящее время с учетом приобретенного опыта нами ведется разработка новой современной методологии анализа кинетики сложных ферментативных реакций, которая включает рекомендации по построению кинетических моделей (одной или нескольких), соответствующих: предполагаемому механизму реакции; математическому планированию и лабораторной организации кинетических исследований; статистическому анализу результатов с учетом особенностей принятой к рассмотрению математической модели; а также компьютерному моделированию, необходимому для проверки справедливости сделанных выводов [16, 18, 23, 24]. Важным направлением в работе кафедры биохимии в области энзимологии стало модельное изучение физико-химического механизма каталитической активности ферментов и их регуляторных свойств. На основе формальной модели Дегани/Дегани структурно-функциональной организации олигомерных ферментов, постулировавшей наличие каналов связи между субъединицами олигомерных ферментов, проведены исследования возможных молекулярных механизмов реализации таких каналов. Проанализированы доступные структурные данные по большому числу олигомерных ферментов, представляющих все классы белковых катализаторов. Выдвинута гипотеза о том, что роль таких каналов могут играть непрерывные системы водородных связей, выявленные в их структуре, и предложен механизм функционирования этих систем, объясняющий феномен аллостерической регуляции, а также положительной и отрицательной кооперативности, включая такой крайний случай, как реактивность половины от числа активных центров («флип-флоп механизм») [10, 35]. Идентифицированы возможные каналы переноса энергии в ATP/GTP-зависимых белках [5, 22, 29, 34, 37]. В последнее десятилетие в энзимологических исследованиях, проводимых группой биомоделирования, стали широко использоваться современные методы вычислительной химии, что позволило получить принципиально новые данные о базовых физических механизмах процессов, происходящих в молекуле фермента в ходе каталитического акта [9, 17, 30]. Было показано, что ион магния в составе комплекса с ATP(GTP) способен генерировать сигнал, который может распространяться по пути, образованному определенными группами аминокислотных остатков и молекул воды, входящих в сольватную оболочку [36, 37]. На основе сформулированных в результате теоретического анализа представлений были проведены модельные экспериментальные исследования с заменой активирующего магниевого кофактора энергетической накачкой, создаваемой лазерным облучением, косвенно подтвердившие основные положения постулированного механизма функционирования MgATP(MgGTP)-зависимых ферментов [38]. В последние годы энзимологические исследования, в частности исследования механизма действия ферментов, субстратом которых является комплекс иона магния с ATP, 94 вышли на квантово-механический уровень. Именно такой анализ позволил объяснить стадии катализируемого ферментом химического превращения и сопряженные с ним процессы, связанные с изменениями спинового состояния комплекса. Было выдвинуто предположение о том, что в клетке Mg выступает в качестве спинового катализатора, активность которого связана с переходом катиона Mg из синглетного (S) в триплетное (T) состояние с образованием свободных ион-радикалов в фемтосекундном интервале времени и описан ранее неизвестный ион-радикальный путь распада ATP [31]. Такая реакция протекает со скоростями на десять порядков выше, чем обычный гидролиз, и может лежать в основе сверхбыстрых процессов самоорганизации биомолекулярных систем. Аргументами в пользу реализуемости этого механизма в живых системах служит тот факт, что в клетке энергетическая разница между S- и T-состояниями может быть небольшой и чувствительной к внешним воздействиям и белковому окружению, в результате чего комплекс может легко переходить из S-состояния в Т-состояние, что и определяет путь распада ATP [9, 39]. В течение нескольких лет в рамках сотрудничества с американскими коллегами — профессорами Г. Мизиорко (зав. отд. биохимии и молекулярной биологии Университета Канзас-Сити, штат Миссури) и Д.-Д. Ким (Медицинский центр штата Висконсин) ведутся сравнительные структурно-функциональные исследования двух ключевых АТРзависимых ферментов мевалонатного пути биосинтеза холестерина — мевалонаткиназы и мевалонатдифосфатдекарбоксилазы, по структурному подобию относящихся к суперсемейству GHMP-киназ. Результаты работы планируется использовать для поиска и целенаправленного синтеза высокоспецифичных ингибиторов ферментов, которые могли бы выступать в качестве антимикробных факторов (ингибиторы мевалонаткиназы) и антираковых препаратов (ингибиторы мевалонатпирофосфатдекарбоксилазы). Исследования проводятся на рекомбинантных белках методами сайт-специфического мутагенеза, рентгеноструктурного анализа и структурного моделирования с последующим изучением кинетики мутантных и диких форм ферментов. В белковый банк данных внесены три новые структуры: апомевалонаткиназа человека, комплекс мевалонаткиназы крысы с фарнезилпирофосфатом и апомевалонатдифосфатдекарбоксилазой человека, впервые полученной в высокоочищенном виде. Картированы аминокислотные остатки, обеспечивающие ретроингибирование мевалонаткиназы и стадию декарбоксилирования мевалонатдекарбоксилазной реакции [33, 42, 43]. Разработка сотрудниками кафедры, специализирующимися в области энзимологии, новых высокотехнологичных методологий и полученные за последние годы оригинальные приоритетные данные служат хорошей основой для воспитания молодого поколения профессионалов — биохимиков и молекулярных биологов. Для студентов уже более 50 лет читается лекционный курс «Энзимология», проводятся практикумы по отдельным разделам энзимологии, читается выросший из спецпрактикума по энзимологии курс «Персональный компьютер для биохимика», реализуется магистерская программа «Энзимология». Активная и разнообразная научно-педагогическая и организаторская деятельность кафедры биохимии ЛГУ/СПбГУ привела к созданию уникальной университетской энзимологической школы, традиции которой поддерживаются и системно развиваются ее учениками во многих научных, учебных и клинических учреждениях не только России, но и за рубежом. 95 Литература Монографии, главы в монографиях 1. Антипенко А. Е., Калинский М. И., Лызлова С. Н. Метаболизм миокарда при различных функциональных состояниях. Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 1992. 211 с. 2. 80-летие кафедры биохимии биолого-почвенного факультета // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2009. Вып. 1. 182 с. 3. Владимиров Г. Е. Об энергетической функции аденозинтрифосфорной кислоты в клетке // Фосфорилирование и функция. Л.: Изд-во ИЭМ, 1960. С. 44–49. 4. Ивашкин В. Т., Васильев В. Ю., Северин Е. С. Уровни регуляции функциональной активности органов и тканей. Л., 1987. 272 с. 5. Карасев В. А., Стефанов В. Е., Курганов Б. И. Надмолекулярные биоструктуры: организация, функционирование, происхождение. Итоги науки и техники. М., 1989. Т. 31. 200 с. 6. Лызлова С. Н. Фосфагенкиназы. Л.: Изд-во ЛГУ, 1974. 168 с. 7. Пантелеева Н. С. Миозин: 18 О обмен и фосфорилирование. Л.: Изд-во ЛГУ, 1975. 200 с. 8. Стефанов В. Е., Лызлова С. Н. Креатинкиназа // Белки и пептиды. М.: Наука, 1995. Т. 1. С. 123–129. 9. Тулуб А. А., Стефанов В. Е. Спинтроника нуклеотидов. Сверхбыстрые реакции в биологии. СПб.: Наука, 2010. 10. Karasev V. A., Stefanov V. E. Chemical organization of supramolecular biostructures // Organization of Biochemical systems: structural and regulatory aspects. Nova Science Publishers, Inc., 1996. P. 125–157. 11. Lyzlova S. N., Stefanov V. E. Phosphagen kinases. USA. CRC Press, 1991. 222 p. Учебники и учебные пособия 12. Березин И. В., Клесов А. А. Практический курс химической и ферментативной кинетики. М.: Изд-во МГУ, 1976. 320 с. 13. Владимиров Г. Е., Лызлова С. Н. Энзимология. Л., 1962. 256 с. 14. Владимиров Г. Е., Пантелеева Н. С. Функциональная биохимия, избранные главы. Л.: Изд-во ЛГУ, 1965. 240 с. 15. Лянгузов А. Ю., Петрова Т. А., Шишов А. К. Электромиграционные методы анализа белков-ферментов. СПб.: Изд-во СПбГУ, 1992. 56 с. 16. Стефанов В. Е., Петрова Т. А., Лянгузов А. Ю. Методы компьютерного моделирования и анализ ферментативной кинетики. СПб.: Золотое сечение, 2007. 102 с. 17. Стефанов В. Е., Тулуб А. А. Введение в квантовую биологию. Методы компьютерного моделирования в анализе биомолекулярных систем. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2006. 75 с. 18. Ферменты и нуклеиновые кислоты / Под ред. В. Г. Владимирова, С. Н. Лызловой. СПб.: Изд-во СПбГУ, 1997. 152 с. Авторские свидетельства и патенты 19. Берзинь-Берзит Р. В., Петрова Т. А., Васильев В. Ю., Путере М. П., Неймане М. А. Способ получения креатинкиназы ММ из скелетных мышц. Авт. св-во СССР № 1398397. Дата приоритета — 10.06.1986. Дата регистрации — 22.01.1988. 20. Васильев В. Ю., Калацкий Ю. М., Петрова Т. А., Стефанов В. Е. Способ интегральной экспресс-оценки загрязнения окружающей среды. Патент РФ № 2359036. Дата приоритета — 26.09.2007. Дата регистрации — 20.06.2009. 96 Статьи 21. Арутюнян А. В., Павлова Н. Г., Константинова Н. Г., Павленко А. В., Кащеева Т. К., Лызлова Л. В., Козина Л. С., Русина Е. И., Михайлов А. В., Шелаева Е. В. Биохимические маркеры нарушения развития мозга плода человека // Нейрохимия. 1996. Т. 13, № 3. С. 187– 193. 22. Карасев В. А., Стефанов В. Е. Эволюционный структурно-функциональный подход к надмолекулярным структурам // Успехи биол. химии. 1991. Т. 32. С. 114–145. 23. Лянгузов А. Ю., Петрова Т. А. Методология исследования сложных ферментативных реакций // Вестн. С.-Петерб. ун-та. 1998. Сер. 3. Вып. 4. № 24. С. 58–72. 24. Лянгузов А. Ю., Петрова Т. А., Стефанов В. Е. Новый подход к расчету параметров в ферментативной кинетике // Доклады Академии наук (биохимия, биофизика, молекулярная биология). 2009. Т. 424, № 5. С. 692–695. 25. Матюшичев В. Б., Лянгузов А. Ю., Петрова Т. А. Оценка качества уравнения стационарной скорости для двухсубстратной ферментативной реакции // Биохимия. 1991. Т. 56. С. 1661–1664. 26. Матюшичев В. Б., Лянгузов А. Ю., Петрова Т. А., Лапко А. В. Проверка адекватности кинетических уравнений для двухсубстратной ферментативной реакции (на примере креатинкиназы) // Вестн. ЛГУ. 1991. Сер. 3. Вып. 2. № 10. С. 70–76. 27. Матюшичев В. Б., Соколов И. Н., Петрова Т. А., Лянгузов А. Ю., Гончарова В. И., Петрова Т. Н. Сдвиги креатинкиназной активности и белкового спектра развивающейся мышечной культуры, обработанной креатинфосфатом // Вестник АМН. 1992. № 5. С. 61–65. 28. Солодкова И. В., Петрова Т. А., Потиха О. В., Лянгузов А. Ю. Эффективность применения пирацетама при внутриутробной гипоксии плода. Контроль за содержанием изоформ креатинкиназы // Антигипоксанты и актопротекторы: итоги и перспективы. СПб., 1994. С. 136. 29. Cтефанов В. Е. Моделирование в структурно-функциональном анализе биомолекулярных систем // Биохимические и молекулярно-биологические основы физиологических функций. Нервная система. Вып. 37. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2004. С. 112–140. 30. Стефанов В. Е. Исследования наностуктур биологического происхождения и биологически значимых наносекундных процессов методами компьютерного моделирования // Вестн. С.-Петерб. ун-та. 2009. Сер. 3. Вып. 1. С. 36–48. 31. Тулуб А. A., Стефанов В. Е. Окислительные свойства [Mg(H2 O)6 ] в триплетном и синглетном состоянии определяют энергетику распада молекулы аденозинтрифосфата // Журн. неорганической химии. 2009. Т. 54. С. 1188–1195. 32. Engelhart V. A., Ljubimova M. N. Myosin and adenosinetriphosphatase // Nature. 1939. Vol. 144, N 3650. Р. 668–669. 33. Fu Z., Voynova N. E., Herdendorf T. J., Miziorko H. M., Kim J.-J. P. Biochemical and structural basis for feedback inhibition of mevalonate kinase and isoprenoid metabolism // Biochemistry. 2008. Vol. 47. P. 3715–3724. 34. Karasev V. A., Stefanov V. E. Origin of oligomeric enzymes: population-template model // Evolutionary Biochem. and Related Areas of Physicochem. Biol. Moscow, 1995. P. 377–407. 35. Stefanov V. E., Karasev V. A. Flip-flop mechanism in the enzymatic catalysis: model for kinetic description or physical reality? // An. Quim. 1990. Vol. 86. P. 903–909. 36. Stefanov V. E., Tulub A. A. Mechanisms of biological effects of metal mediated by interactions with nucleotide cofactors of proteins // Metals Ions in Biology and Medicine. Paris: John Libbey Eurtext, 2002. Vol. 7. P. 89–93. 37. Stefanov V. E., Tulub A. A. Migration of protons in a chain of tyrosine residues // Int. J. Quant. Chem. 2001. Vol. 84, N 4. P. 409–415. 38. Tulub A. A., Stefanov V. E. Activation of Tubulin Assembly into Microtubules upon a Series of Repeated Femtosecond Laser Impulses // J. Chem. Phys. 2004. Vol. 121, N 22. P. 1134–1135. 39. Tulub A. A., Stefanov V. E. New horizons of adenosinetriphosphate energetics arising from interaction with magnesium cofactor // Europ. Biophys. J. 2008. Vol. 37, N 8. P. 1309–1316. 97 40. Vasiliev V. Yu., Kalatzky Yu. M., Petrova T. A., Stefanov V. E. Method for monitoring water pollution based on induced fluorescence in the biomolecular test-system // Proceedings of V International Conference «Current Problems in Optics of Natural Waters». St. Petersburg, Russia, September 8–11, 2009. P. 144–148. 41. Vladimirov G. E., Vlasova V. G., Kolotilova A. I., Lyzlova S. N., Panteleeva N. S. The free energy hydrolysis of adenosine triphosphoric acid // Nature. 1957. Vol. 179, N 4574. P. 1350–1351. 42. Voynova N. E., Fu Z., Battaile K. P., Нerdendorf T. J., Kim J.-J. P., Miziorko H. M. Human mevalonate diphosphate decarboxylase: characterization, investigation of the mevalonate diphosphate binding site, and crystal structure // Archives of Biochemistry and Biophysics. 2008. Vol. 480. P. 58–67. 43. Voynova N. E., Rios S. E., Miziorko H. M. Staphylococcus aureus mevalonate kinase: isolation and characterization of an enzyme of the isoprenoid biosynthetic pathway // J. Bacteriology. 2004. Vol. 186. P. 61–67. Статья поступила в редакцию 28 июня 2010 г. 98 УДК 576.3+537.67 Вестник СПбГУ. Сер. 3. 2010. Вып. 4 М. Л. Куранова, А. Е. Павлов, И. М. Спивак, С. В. Сурма, Б. Ф. Щеголев, П. А. Кузнецов, В. Е. Стефанов ВОЗДЕЙСТВИЕ ГИПОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ∗ Вопросы воздействия магнитных и электромагнитных полей на биологические объекты изучаются достаточно давно. И, если механизмы действия ионизирующего излучения рассмотрены детально [1, 2], то механизмы воздействия электромагнитного излучения ниже теплового порога до сих пор не известны. Особый интерес представляет изучение воздействия сверхслабых электромагнитных и магнитных полей, энергия квантов поля которых находится ниже характеристической энергии химического превращения. Данных, подтверждающих наличие биологического действия подобных полей, достаточно [3, 4], однако сам механизм воздействия поля достоверно не известен. Предпринималось множество попыток объяснения физической природы биологических эффектов сверхслабых полей [5–13], однако все они сталкиваются с необходимостью экспериментального подтверждения. Отсутствие ясных представлений о постановке эксперимента оставляет все разработки на уровне гипотез. Известно, что электромагнитный фон очень сильно различается не только в пространстве, но и во времени. Одной из основных проблем, с которой сталкиваются экспериментаторы, является невозможность стандартизировать условия проведения экспериментов [14]. Этот фактор лежит в основе низкой воспроизводимости опытов. По-видимому, условия «нулевого» магнитного поля позволяют унифицировать проведение экспериментов. Кроме того, исследования «магнитного вакуума» играют важную роль в изучении возможности адаптации человека к условиям открытого космоса. Для понимания биологического действия ослабленного геомагнитного поля исследователями применяются 2 принципиально различных похода. Первый основан на принципе активной компенсации геомагнитного поля, например с помощью трех пар взаимно перпендикулярных колец (кольца Гельмгольца), и заключается в создании магнитного поля, равного по величине, но противоположного по направлению геомагнитному. Недостатки такого подхода следующие: во-первых, область практически однородного скомпенсированного магнитного поля крайне невелика и составляет ∼ 20% от объема, ограниченного кольцами, что серьезно затрудняет размещение там лабораторного животного; во-вторых, сам биологический объект полностью открыт для всевозможных наводок переменных электромагнитных полей техногенного характера 50–100 и 400 Гц, а также высокочастотных наводок. Второй подход — это экранирование замкнутого объема материалом с большой магнитной проницаемостью. В данном случае техногенные наводки не страшны, однако при использовании в качестве экранов аморфных магнитомягких материалов требуется размещение биологических объектов по оси экранирующих цилиндров или в центре ∗ Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 09-04-01208), Министерства образования и науки России (грант № 2.1.1/485) и программы ПРАН (Генофонды и генетическое разнообразие). c М. Л. Куранова, А. Е. Павлов, И. М. Спивак, С. В. Сурма, Б. Ф. Щеголев, П. А. Кузнецов, В. Е. Стефанов, 2010 99 экранирующих сфер, что продиктовано особенностью прохождения магнитно-силовых линий в таких материалах. В наших исследованиях были использованы оба этих подхода. При изучении воздействия ослабленного геомагнитного поля на уровне целого организма в компенсационную установку помещалось лабораторное животное — крыса линии SHR. Было обнаружено, что в условиях компенсированного поля у животного наблюдались резкие колебания АД (артериальное давление) и ЧСС (частота сердечных сокращений), но систематизировать данные эффекты не удалось вследствие влияния индивидуальных особенностей лабораторных животных на степень и характер проявления магнитобиологического эффекта. Сложности интерпретации результатов на уровне целого организма явились побудительным мотивом для проведения экспериментов на более простом по организации биологическом уровне. В качестве моделей были выбраны две клеточные линии: эпителиоидная карцинома HeLa и первичные фибробласты человека VH-10. Предполагалось, что растущие в условиях нормального геомагнитного поля клетки будут воспринимать его экранирование как стрессорное воздействие и, возможно, демонстрировать классический клеточный ответ на повреждение. К настоящему времени механизм глобального клеточного ответа хорошо изучен [15]: большинство генов, продукты которых вовлечены в него, клонированы и секвенированы. Основным белком, вовлеченным в процессы поддержания клеточной стабильности, является антионкоген Р-53, появление которого в фосфорилированной форме может служить маркером запуска глобального клеточного ответа на повреждение [16–18]. Известно, что любое клеточное изменение требует энергетических ресурсов. Источником АТФ в клетке являются митохондрии, которые в нормально пролифирирующих клетках культуры образуют сеть, выполняющую интегрирующую функцию в «энергетической системе» клетки. В работе [19] показано, что структура митохондриальной сети является крайне пластичной и способна к реорганизации при действии повреждающих агентов. Таким образом, для предварительного анализа реакции клетки на гипогеомагнитное поле нами было выбрано исследование Р-53 статуса и митохондриальной сети изучаемых клеток. Материалы и методы исследования Компенсация геомагнитного поля. Компенсация геомагнитного поля осуществлялась с помощью трех пар взаимно перпендикулярных колец Гельмгольца. Для управления токами в обмотках колец установки был разработан и создан трехканальный усилитель тока, позволяющий раздельно регулировать каждую из трех компонент вектора индукции магнитного поля. Экранирование геомагнитного поля. Для исследования влияния сверхслабых магнитных полей на биологические объекты клеточного и субклеточного уровней была создана экранирующая камера, представляющая собой цилиндр (D = 26 см, L = 84 см), покрытый десятками слоев экранирующего материала, изготовленного на основе сплава из аморфного магнитомягкого материала АМАГ-172. Общее количество слоев равно 40. Все слои «намотаны» в одну сторону и сгруппированы в 4 независимых пакета по 10 слоев в каждом с воздушными промежутками 3 мм между пакетами. С одного торца у цилиндра фиксированная заглушка, с другого — съемная крышка. Заглушка и крышка имеют экранирующее покрытие, идентичное покрытию цилиндра. Конструкция съемной крышки позволяет избежать появления «магнитных дыр» в экране. Внутри камеры предусмотрена подставка из немагнитного материала, позволяющая 100 устанавливать биологические объекты в центре экранирующей камеры. Многослойная организация магнитного экрана позволила получить коэффициент экранирования, равный 250 по постоянной составляющей внешнего магнитного поля, ослабляя магнитное поле земли (48 мкТл) до величины 0,192 мкТл в центре закрытой камеры. Принимая во внимание заявленные производителем магнитомягкого материала АМАГ-172 его частотные характеристики, следует отметить высокую степень экранирования и от любых высокочастотных помех и наводок. Приборы для измерений и обработка данных. Измерения магнитных полей проводились однокоординатным магнитометром FLUXMASTER (1 нTл to 200 мкTл) производства Германии, а также трехкоординатным магнитометром HB0302.1А (Россия) с разрешающей способностью 0,1 мкТл, снабженного специально разработанным для PC (персонального компьютера) программным обеспечением для контроля как составляющих, так и суммарного вектора магнитного поля в режиме реального времени. Для регистрации переменных составляющих электромагнитного поля в рабочих объемах используются преобразователи (датчики) индукции магнитного поля НВ-0303 и НВ-0303.1 с рабочим диапазоном частот (плоский участок АЧХ) соответственно 5–10000 Гц и 1–1000 кГц. Для снятия данных с указанных датчиков (оцифровки и ввода сигнала в компьютер) используется PC-осциллограф PCS-500 фирмы Welleman (Бельгия). Анализ частотного спектра осуществлялся с помощью программного пакета PC-Lab 2000SE. Исследования воздействия магнитного поля на гомеостаз сердечно-сосудистой системы биологического объекта (лабораторная крыса): 1) АД и его вариабельности; 2) ЧСС и ее вариабельности — в зависимости от исходного состояния (уровень АД, тип наркоза, состояние антиоксидантной системы) этого объекта проводилось с помощью оригинального АД- и ЧСС-измерительного комплекса, созданного на основе датчика для прямого измерения артериального давления Baxter, и оригинальной компьютерной программы KardioPlus, которая позволяет оценивать частоту сокращения сердца, а также изменение влияния на вариабельность ритма разных регуляторных систем. Микроскопия и анализ изображений. Анализ фиксированных на предметных стеклах клеток проводили при помощи лазерного сканирующего конфокального микроскопа LSM-5 Pascal (C. Zeiss, Германия), оборудованного объективом 63/1.4 и аргоновым лазером (458/488 нм). Статистическая обработка результатов. Статистическая обработка и представление графиков проводились с использованием пакета программ Excel (Microsoft). Модельные системы. Для экспериментов в условиях компенсации использовались как широко известные крысы линии Wistar, так и обычный модельный объект для исследования фармакологического действия гипотензивных препаратов — гипертензивные крысы линии SHR. Для контроля брали крыс линии WKY, близкой к опытной. Животное помещалось на немагнитный столик в геометрическом центре установки, где поле наиболее однородно. Крыса наркотизировалась раствором оксибутирата натрия внутрибрюшинно. Датчик ЧСС и АД вводился в бедренную артерию животного, сигнал с которого поступал на усилитель и через аналого-цифровой преобразователь РПГ-ВЧ на персональный компьютер, где и анализировался. Клетки выращивали в пластиковых флаконах на чашках Петри (Nunclon, США) и предметных стеклах, помещенных в чашку Петри, на среде F-10 или DMEM (Биолот, Россия или Sigma, США) с добавлением 10%-ной фетальной сыворотки крупного рогатого скота (Sigma) и антибиотиков (100 ед./мл пенициллина, 100 мкг/мл стрепто101 мицина) при 37◦ С в атмосфере с содержанием 5% СО2 . Клетки HeLa — эпителиоидная карцинома человека, полученная из коллекции клеточных культур Института цитологии РАН. Клеточный штамм VH-10 — диплоидные фибробласты крайней плоти мальчика 11 лет, используемые в исследовании в качестве клеток здорового донора [20, 21]. Клетки любезно предоставлены профессором А. Кольман (A. Kolman, Стокгольмский университет, Швеция). Регистрация Р-53. Иммунофлуоресцентный анализ Р-53 проводили на фиксированных клетках. Выращенные на покровных стеклах до субконфлуэнтного состояния клетки фиксировали 4%-ным раствором формальдегида в PBS (фосфатный буфер) на льду в течение 10 мин. После интенсивной промывки PBS клетки пермеабилизировали в 0,5%-ном растворе Тритона X-100 (Sigma) в PBS в течение 5 мин, промывали PBS и помещали на 30 мин в 1%-ный раствор бычьего сывороточного альбумина (BSA, Sigma) в PBS. Для визуализации дикого типа и большинства мутантных форм белка Р-53 методом непрямой иммунофлуоресценции клетки сначала в течение 60 мин инкубировали с коммерческими поликлональными кроличьими антителами к человеческому белку Р-53 (1:50 Santa Cruz, США), затем — 30 мин с козьими антителами к кроличьему гаммаглобулину, сконьюгированными с флуоресцеинизотиоционатом (FITC, Sigma), в разведении 1:300. Между инкубациями с антителами стекла промывали 30 мин в 0,1%-ном растворе Tween 20 (Sigma) в PBS. После окрашивания препараты заключали в раствор пропилгаллата в 90%-ном глицерине, препятствующий выгоранию флуоресценции. Исследование митохондриальной сети. Окрашивание митохондрий производили на живых клетках. Клетки линий HeLa и VH-10 выращивались на покровных стеклах в чашках Петри. Митохондрии окрашивали коммерческими красителями MitoTrackerr Orange CM-H2TMRos и MitoTrackerr Green FM (Molecular Probes, USA), которые флюоресцировали лишь при попадании в митохондрию. Краситель инкубировали c культурой клеток в концентрациях Orange — 100 нМ, Green — 50 нМ в течение 40 мин в инкубаторе, затем отмывали чистой культуральной средой. После окрашивания препараты заключали в раствор пропилгаллата в 90%-ном глицерине, препятствующий выгоранию флуоресценции. Клетки помещали в экранирующую камеру на 0,5, 1 и 3 ч, вне камеры находились контрольные клеточные культуры, экспозиция проводилась в термостате при 37◦ С и предварительно прогретой камере. Через заданные промежутки времени экспериментальные и контрольные клетки прижизненно окрашивались MitoTrackerr Orange CM-H2 TMRos и MitoTrackerr Green. Визуально подсчитывалось количество клеток с реорганизующейся митохондриальной сетью в 10 полях зрения на каждый препарат при сравнительно одинаковой плотности посева. Составлялись таблицы зависимости количества клеток от времени экспозиции в камере. Обработка H2 O2 . Клетки обрабатывались H2 O2 в концентрации 500 мкM в течение 1 ч перед окрашиванием в стандартных условиях культивирования. Результаты исследования и их обсуждения Лабораторные животные. Проведенные опыты показали, что динамика изменения регистрируемых параметров у гипертензивных и нормотензивных крыс под воздействием компенсационного поля направлена в противоположные стороны. У нормотензивных животных наблюдалось повышение уровня артериального давления (со 140 до 163 мм рт. ст.) с последующим медленным снижением до исходного уровня. Параллельно (а возможно, упреждающе) наблюдалось увеличение частоты сердечных сокращений. И если уровень артериального давления через 100–110 мин восстанавливался до исходного уровня, то частота сердечных сокращений оставалась высокой. 102 В таких же условиях у гипертензивной крысы (линия SHR) уровень артериального давления под воздействием компенсационного поля монотонно снижался (со 165 до 137 мм рт. ст.). Одновременно наблюдался рост частоты сердечных сокращений. Момент выключения компенсационного поля сопровождался развитием аритмии и резким снижением артериального давления. В течение последующих 100–120 мин регистрируемые параметры восстанавливались до исходного уровня. Однако данные отклонения были нерегулярными и плохо воспроизводимыми в различных сериях опыта. Вероятно, это связано с тем, что ответ целого организма является комплексным, и различные его системы взаимно компенсируют стрессорное воздействие с целью сохранения общего гомеостаза. Таким образом, выделить мишень действия поля на организменном уровне достаточно сложно. Это стало причиной поиска более просто организованной модели, которой, например, является клеточная культура. Клеточные культуры. Клеточные культуры сейчас — основная модель для исследований действия различных факторов на биологические объекты. К настоящему времени сформулировано достаточно подробное представление об активации и взаимодействии различных сигнальных путей клетки в ответ на стрессорные условия. Наиболее полно изучены клеточные реакции на повреждение ДНК. Большинство повреждений ДНК не являются результатом только ошибок репликации. Множество повреждений возникает в любое время клеточного цикла под действием как экзогенных, так и эндогенных факторов. Так, ультрафиолетовые лучи вызывают образование пиримидиновых димеров, 6,4-фотопродуктов, аддуктов, разрывов и прочие повреждения ДНК. Под действием химических агентов происходят разного рода модификации нуклеотидов, возникают межнитевые сшивки, конформационные дефекты [22]. Наиболее подробно изучены эффекты действия ионизирующего рентгеновского излучения [1, 2], в результате которого в молекуле ДНК возникают двунитевые разрывы [23, 24]. Они могут приводить к клеточной гибели или стабильным хромосомным перестройкам [25–27], что и является главной причиной летального и мутагенного действия ионизирующей радиации. Появление в ДНК двунитевых разрывов запускает каскад внутриклеточных реакций, опосредуемых различными сигнальными путями, и приводит к развитию глобального клеточного ответа на повреждение, включающего активацию специфических чекпойнтов, возникающих в ответ на повреждение ДНК. Следствием этого являются возможная остановка клеточного цикла, усиление репарационных процессов и изменение конформации хроматина [1, 25–27]. Известно, что любое клеточное изменение требует энергетических ресурсов. Источником АТФ в клетке являются митохондрии, которые в нормально пролифирирующих клетках культуры образуют сеть, выполняющую интегрирующую функцию в «энергетической системе» клетки. Показано [19], что структура митохондриальной сети является крайне пластичной и способна к реорганизации в ответ на действие повреждающих агентов. В качестве модели мы исследовали два типа клеток — нормальные и опухолевые, поскольку ответ этих типов клеток на повреждение может различаться. В качестве маркеров реакции клетки на стрессорные воздействия был выбран белок Р-53, так как он является основным белком, вовлеченным в процессы поддержания клеточной стабильности, появление которого в фосфорилированной форме может служить маркером запуска глобального клеточного ответа на повреждение ДНК [16–18] и состояние митохондриальной сети исследуемых клеток. Изучение влияния гипогеомагнитных условий на культуры клеток HeLa и VH-10 проводили в два этапа. Первым шагом было определение присутствия белка Р-53 в 103 детектируемых количествах. Через 1 ч после экспозиции клеток в экранированных геомагнитных условиях, как в клетках линии HeLa, так и VH-10, в ядрах выявляется яркое специфическое зеленое свечение, соответствующее появлению детектируемых Рис. 1. Выявление белка Р-53 в клетках культуры VH-10: A — свечение Р-53 в ядрах клеток, экспонированных в течение 1 ч в условиях экранирования; Б — отсутствие свечения в клетках контроля Рис. 2. Выявление митохондриальной сети интерколирующим красителем MitoTrackerr Green FM Клеточная культуры VH-10. A — контроль: упорядоченная, регулярная митохондриальная сеть; Б — состояние митохондриальной сети после трехчасовой экспозиции в условиях экранирования 104 Рис. 3. Среднее количество клеток в культуре (в процентах) с реорганизованной митохондриальной сетью после 0,5, 1 и 3 ч экспозиции в гипомагнитных условиях Темные столбцы — опыт, светлые — контроль данных методом количеств белка Р-53 (рис. 1). Это свидетельствует о стабилизации белка Р-53 в ядре клетки и показывает, что Р-53 и опосредуемые им сигнальные пути активно вовлечены в адаптацию клетки к условиям уменьшения геомагнитного поля. Наблюдаемый эффект на обеих клеточных линиях был одинаков, но в дальнейшем мы продолжим работу на первичных фибробластах VH-10, так как эти клетки крупнее и результаты более наглядны. Следующим этапом было выявление состояния митохондриальной сети в контроле и после различных экспозиций в условиях экранированного геомагнитного поля. Во всех клетках, экспонированных на 1 и 3 ч в условиях экранирования, наблюдалась реорганизация митохондриальной сети, которая в норме упорядочена и располагается преимущественно вокруг ядра (см. рис. 1; 2). Уже через час после помещения клеток в измененные условия, митохондриальная сеть распадалась, образуя как одиночные скопления, так и крупные нерегулярные конгломераты в цитоплазме клетки (рис. 1, А; 2, Б). Количество клеток с такой реорганизованной сетью росло с увеличением времени экспозиции (рис. 3). Следует отметить, что и в контрольной группе также встречались клетки с нерегулярной митохондриальной сетью, но их число не велико. Выводы 1. В условиях экранированного геомагнитного поля на клетках линии HeLa и VH-10 показано, что белок Р-53 и опосредуемые им сигнальные пути активно вовлечены в адаптацию клетки к условиям гипогеомагнитного поля. 2. Обнаруженный эффект по исследованным параметрам оказался сходным с клеточным ответом на повреждение ДНК. ∗ ∗ ∗ Авторы выражают глубокую признательность за сотрудничество и помощь сотрудникам лаборатории экспериментальной физиологии и фармакологии «Федерального центра сердца, крови и эндокринологии им. В. А. Алмазова» и коллегам из Института конструкционных материалов «Прометей». 105 Литература 1. Belyaev Ya. I., Harms-Ringdahl M. Effects of gamma-rays in the 0,5–50 cGy range on the conformation of chromatin in mammalian cells // Radiat. Res. 1996. Vol. 145. P. 687–693. 2. Heussen C., Nackerdien Z., Smit B. J., Bohm L. Irradiation damage in chromatin isolated from V-79 Chinese hamster lung fibroblasts // Radia. Res. 1987. Vol. 110. P. 84–94. 3. Polk C. Biological effects of low-level low-frequency electric and magnetic fields // IEEE Trans. on Educ. 1991. Vol. 34. P. 243–249. 4. Berg H., Zhang L. Electrostimulation in cell biology by low-frequency electromagnetic fields // Electro-Magnetobiol. 1993. Vol. 12. P. 147–163. 5. Smith S. D., McLeod B. R., Liboff A. R. Calcium cyclotron resonance and diatom mobility // Bioelectromagnetics. 1987. Vol. 8. P. 215–227. 6. Lednev V. V. Possible mechanism for the influence of weak magnetic fields on biological systems // Bioelectromagnetics. 1991. Vol. 12. P. 71–75. 7. Blanchard J. P., Blackman C. F. Clarification and application of an ion parametric resonance model for magnetic field interactions with biological systems // Bioelectromagnetics. 1994. Vol. 15. P. 217–238. 8. Liboff A. R., McLeod B. R., Smith S. D. Resonance transport in membranes, in electromagnetics in biology and medicine // Ed. by C. T. Brighton, S. R. Pollack. San Francisco: San Francisco Press, 1991. P. 67–77. 9. Binhi V. N. Interference of ion quantum states within a protein explains weak magnetic field’s effect on biosystems // Electro-Magnetobiol. 1997. Vol. 16. P. 203–214. 10. Brocklehurst B., McLauchlan K. A. Free radical mechanism for the effects of environmental electromagnetic fields on biological system // Int. J. Radiat. Biol. 1996. Vol. 69. P. 3–24. 11. Бинги В. Н., Савин А. В. Физические проблемы действия слабых магнитных полей на биологические системы // УФН. 2003. Т. 173, № 3. С. 265–300. 12. Binhi V. N. Nuclear spins in primary mechanisms of biomagnetic effects // Biophysics. 1995. Vol. 40. P. 677–691. 13. Prato F. S., Carson J. J. L., Ossenkopp K. P., Kavaliers M. Possible mechanism by which extremely low frequency magnetic fields affect opioid function // FASEB J. 1995. Vol. 9. P. 807–814. 14. Lacy-Hulbert A., Wilkins R. C., Hesketh T. R., Metcalfe J. C. No effect of 60 Hz electromagnetic fields on myc or P-actin expression in human leukemic cells // Radiat. Res. 1995. Vol. 144. P. 9–17. 15. Siegel R. M., Lenardo M. J. Apoptosis signaling pathways // Curr. Prot. Immun. 2002. Vol. 11. P. 9. 16. Kim S. T., Kastan M. B. Involvement of the cohesin protein Sms1 in ATM-dependent and independent response to DNA damage // Genes Dev. 2002. Vol. 16. P. 560–570. 17. Lane D. The p53 pathway // Genome Inform. 2007. Vol. 19. P. 194. 18. Kuribayashi K., El-Deiry W. S. Regulation of programmed cell death by the p53 pathway // Adv. Exp. Med. Biol. 2008. Vol. 615. P. 201–211. 19. Bernard G., Bellance N., James D. Mitochondrial bioenergetics and structural network organization // J. Cell Science. 2007. Vol. 120, N 5. P. 838–848. 20. Kolman A., Bohusová T., Lambert B., Simons J. W. Induction of 6-thioguanine-resistant mutants in human diploid fibroblasts in vitro with ethylene oxide // Envir. Molec. Mutagen. 1992. Vol. 19, N 2. P. 93–97. 21. Nygren P., Fridborg H., Csoka K., Sundström C. et al. Detection of tumor-specific cytotoxic drug activity in vitro using the fluorometric microculture cytotoxicity assay and primary cultures of tumor cells from patients // Int. J. Cancer. 1994. Vol. 56, N 5. P. 715–720. 22. Stiff T., O’Driscoll M., Rief N., Iwabuchi K. et al. ATM and DNA-PK function redundantly to phosphorylate H2AX after exposure to ionizing radiation // Cancer Res. J. 2004. Vol. 64, N 7. P. 2390–2396. 106 23. Chovanec. M., Naslund M., Spivak I. et al. Rejoing of DNA strand breaks induced by propylene oxide and epichlorohydrin in human diploid fibroblasts // Envir. Molec. Mutagen. 1998. Vol. 32. P. 223–228. 24. Huang L., Shyder A. R., Morgan W. F. Radiation-induced genomic instability and its implications for radiation carcinogenesis // Oncogene. 2003. Vol. 22, N 37. P. 5848–5854. 25. Fei P., El-Deiry J. P53 and radiation responses // Oncogene. 2003. Vol. 22, N 37. P. 5774– 5783. 26. Zhou B.-B., Bartek J. Targeting the checkpoint kinases: chemosensitization versus chemoprotection // Nature Reviews Cancer. 2004. Vol. 4. P. 216–225. 27. Iliakis G., Wang Y., Guan J., Wang H. DNA damage checkpoint control in cells exposed to ionizing radiation // Oncogene. 2003. Vol. 22, N 37. P. 5834–5847. Статья поступила в редакцию 28 июня 2010 г. 107 УДК 578.22HIV:612.017.12 Вестник СПбГУ. Сер. 3. 2010. Вып. 4 Е. В. Ворожцова, И. В. Духовлинов, Н. А. Климов, А. П. Козлов УСИЛЕНИЕ ИММУНОГЕННОСТИ ПЛАЗМИДНОЙ ДНК, ЭКСПРЕССИРУЮЩЕЙ БЕЛОК GAG ВИРУСА ИММУНОДЕФИЦИТА ЧЕЛОВЕКА, ПРИ КО-ТРАНСФЕКЦИИ ПЛАЗМИДОЙ, НЕСУЩЕЙ ГЕН ДЕФЕНСИНА-2β Введение В настоящее время эпидемия синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД), заболевания, вызываемого вирусом иммунодефицита человека, выросла до масштаба пандемии. Задача создания профилактической вакцины против данного вируса до сих пор не решена. Белок Gag вируса иммунодефицита человека синтезируется в виде белка-предшественника (р55), распадающегося при сборке вирусной частицы на ряд «зрелых» белков — р17, р24, р7/9, р6, р2, р1. В белках, кодируемых геном gag, содержатся участки c относительно консервативными последовательностями аминокислот, в которых также картировано большое число В- и Т-клеточных иммуногенных эпитопов, представляемых многими аллелями HLAI и HLAII человека и мыши [1–3]. Поэтому белок Gag рассматривается в качестве перспективного иммуногена для создания вакцины против ВИЧ. ДНК-иммунизация заключается во введении в организм рекомбинантных плазмидных ДНК, обеспечивающих внутриклеточный синтез целевых белков-иммуногенов [4]. Синтез белков-иммуногенов при ДНК-иммунизации может продолжаться длительное время, до двух месяцев, индуцируя гуморальный и клеточный иммунный ответ. Однако для внедрения ДНК-иммунизации в практику здравоохранения необходимо повысить иммуногенность плазмидных ДНК, что должно привести как к снижению дозы ДНК, так и к уменьшению числа иммунизаций. Показано, что иммуногенность плазмидных ДНК можно повысить путем введения вместе с ДНК-иммуногеном хемакинов, усиливающих иммунный ответ [5–9]. К числу хемакинов, обладающих иммуномодулирующим действием, в частности, относится дефенсин-2β [5, 6, 8]. Представляется перспективным использовать в качестве иммуномодулятора для ДНК-вакцинации дефенсин-2β, например, путем введения в организм двух плазмидных ДНК, одна из которых экспрессирует целевой белок-иммуноген, а другая — дефенсин-2β. В данной работе изучен иммунный ответ мышей на введение плазмиды, синтезирующей белок Gag ВИЧ-1 (рВМСgagA(Hum)), при совместном введении с плазмидой-помощницей, экспрессирующей дефенсин-2β (рВМСdef-2β). Материалы и методы исследования Плазмиды. Плазмида pBMC, созданная в Биомедицинском центре [10], содержит следующие регуляторные элементы: промотор предранних белков цитомегаловируса, сайт полиаденилирования и терминации транскрипции гормона роста быка и репликатор ColE1. На рис. 1 представлена последовательность нуклеотидов синтетическеого гена gagА(Hum). c 108 Е. В. Ворожцова, И. В. Духовлинов, Н. А. Климов, А. П. Козлов, 2010 CTCGAGATGGGCGCCCGCGCCAGCGTGCTGAGCGGCGGCAAGCTGGACGC 50 CTGGGAGAAGATCCGCCTGCGCCCCGGCGGCAAGAAGAAGTACCGCATCA 100 AGCACCTGGTGTGGGCCAGCCGCGAGCTGGAGCGCTTCGCCCTGAACCCC 150 AGCCTGCTGGAGACCAGCGAGGGCTGCCAGCAGATCCTGGAGCAGCTGCA 200 GCCCACCCTGAAGACCGGCAGCGAGGAGGTGAAGAGCCTGTACAACACCG 250 TGGCCACCCTGTACTGCGTGCACCAGCGCATCGAGATCAAGGACACCAAG 300 GAGGCCTTGGACAAGATCGAGGAGATCCAGAACGAGAACAAGCAGAAGAC 350 CCAGCAGGCCACCGGCACCGGCAGCAGCAGCAAGGTCAGTCAGAACTACC 400 CCATCGTGCAGAACGCCCAGGGCCAGATGACCCACCAGTCCATGAGCCCC 450 CGCACCCTGAACGCCTGGGTGAAGGTGATCGAGGAGAAGGCCTTCAGCCC 500 CGAGGTGATCCCCATGTTCAGCGCCTTGAGCGAGGGCGCCACCCCCCAGG 550 ACAGCAACATGATGCTGAACATCGTGGGCGGCCACCAGGCCGCCATGCAG 600 ATGTTGAAGGACACCATCAACGAGGAGGCCGCCGAGTGGGACCGCCTGCA 650 CCCCGCCCAGGCCGGCCCCTTCCCCCCCGGCCAGATGCGCGAGCCCCGCG 700 GCAGTGACATCGCCGGCACCACCAGTACCCTGCAGGAGCAGATCGGCTGG 750 ATGACCAGCAACCCCCCCATCCCCGTGGGCGACATCTACAAGCGCTGGAT 800 CATCCTGGGCCTGAACAAGATCGTGCGCATGTACAGCCCCGTGAGCATCC 850 TGGACATCCGCCAGGGCCCCAAGGAGCCCTTCCGCGACTACGTGGACCGC 900 TTCTTCAAGACCCTGCGCGCCGAGCAGGCCACCCAGGAGGTGAAGAACTG 950 GATGACCGAGACCCTGCTGGTCCAGAACGCCGACCCCGACTGCAAGGCCA 1000 TCCTGCGCGCCCTGGGCCCCGGCGCCACCCTGGAGGAGATGATGACCGCC 1050 TGCCAGGGCGTGGGCGGCCCCGGCCACAAGGCCCGCGTGTTGGCCGAGGC 1100 CATGAGTCAGGTGCAGAACGCCAACATCATGATGCAGAAGAGTAACTTCC 1150 GCGGCCCCAAGCGCATCAAGTGCTTCAACTGCGGCAAGGAGGGCCACCTG 1200 GCCCGCAACTGCCGCGCCCCCCGCAAGAAGGGCTGCTGGAAGTGCGGCAA 1250 GGAGGGCCACCAGATGAAGAACTGCACCGAGCGCCAGGCCAACTTCCTGG 1300 GCCGCATCTGGCCCTCCAGCAAGGGCCGCCCCGGCAACTTCCCCCAGAGC 1350 CGCCCCGAGCCCAGCGCCCCCCCCGCCGAGGACTTCGGCCGCGGCGAGGA 1400 GATCACCCCCCCCCTGAAGCAGGAGCAGAAGGACCGCGAGCAGCACCCCC 1450 CCAGCATCTCCCTGAAGAGCCTGTTCGGCAACGACCCCTTGAGCCAGTAA 1500 GAATTC 1506 Рис. 1. Последовательность нуклеотидов синтетическеого гена gagА(Hum) Добавленные сайты для рестрицирующих эндонуклеаз EcoRI (GAATTC) и XhoI (CTCGAG) выделены жирным шрифтом Синтез гуманизированного гена белка Gag. Ген, кодирующий белок Gag вируса иммунодефицита человека 1-го типа субтипа А (ВИЧ-1(А)), был получен методом химического синтеза по последовательности, приведенной на рис. 1. 109 Выделение и стимуляция перитонеальных макрофагов мыши. Перитонеальные макрофаги мышей были получены путем промывания брюшной полости животных 0,34 М стерильным раствором сахарозы (по 4 мл на мышь). Клетки осаждали центрифугированием, ресуспендировали в среде RPMI-1640, содержавшей 10% эмбриональной сыворотки теленка, и инкубировали при 37◦ С и 5% СО2 в течение суток. Кроме того, клетки стимулировали добавлением липополисахарида из Esсherichia coli (LPS) до конечной концентрации 10 нг/мл с последующей инкубацией при 37◦ С и 5% СО2 в течение суток. Получение РНК и кДНК. Выделение РНК из стимулированных макрофагов осуществляли, используя набор TRI Reagent (Sigma, USA), по методике изготовителя. Синтез кДНК проводили с помощью набора Revert Aidr First Strand cDNA Synthesis Kit (Fermentas). Получение кДНК дефенсина-2β. Амплификацию кДНК дефенсина-2β проводили методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) в 50 мкл буфера: 10 мМ Трис-HCl рН 8,3, 1,25 мМ MgCl2 , 50 мМ KCl, 200 мкМ каждого из дНТФ, 20 пМ каждого из праймеров, 200 нг ДНК и 1 ед. полимеразы Pfu (Fermentas, Литва). Использовали праймеры: def-For 5′ -TTTCTСGAGTTCGCAACAGGGGTTCTTC-3′ и def-Rev 5′ -ACCATGGAATTСGACCACTGCCACACC-3′ . В последовательности праймеров были введены сайты для рестрицирующих эндонуклеаз EcoRI (GAATTC) и XhoI (CTCGAG), по которым затем осуществляли клонирование в экспрессионный вектор pBMC. Отсутствие мутаций и правильность сборки проверяли секвенированием по Сэнгеру. Бактериальные штаммы. Для проведения генно-инженерных работ использовали клетки E. coli DH10B/R (Gibko BRL, США) с генотипом F-mcrA ∆(mrr-hsdRMSmcrBC) ϕ80dlacZ∆M 15 ∆lacX74 deoR recA1 endA1 araD139 ∆(ara,leu)769 galU galKλ− rpsL nupG. Эукариотические клеточные линии. Изучение экспрессии белков проводили в клетках эпителия почки эмбриона человека 293Т. Иммуноблоттинг. После электрофореза белков в ПААГ [12] перенос проводили по методу Вестерн-блота [13]. Для обнаружения рекомбинантного белка дефенсин2β-FLAG блоты инкубировали с антисывороткой к пептиду FLAG (Sigma, США), для обнаружения белка Gag инкубацию проводили сывороткой ВИЧ-инфицированного пациента, разведенной в 200 раз. Для обнаружения рекомбинантного белка, содержащего петид Asp-Tyr-Lys-Asp-Asp-Asp-Asp-Lys (FLAG), использовали антитела производства фирмы «Сигма». В качестве вторых антител использовали белок А, коньюгированный с пероксидазой хрена (CибЭнзим, Россия). После промывки блота в ФСБ-твин с 0,1%-ным обезжиренным молоком, его помещали в раствор субстрата (3,3′ -диаминобензидин, 0,06% Н2 О2 ) на 5 мин. Реакцию останавливали, промывая блот водой. Проявленный блот высушивали и сканировали. Трансформация клеток. Клетки линии 293Т и клетки E. сoli трансформировали с помощью методов, описанных в руководстве из работы [13]. Иммунизация лабораторных животных. Самок мышей линии BALB/c 9– 12-недельного возраста иммунизировали введением в четырехглавую мышцу бедра 100 мкг плазмидной ДНК рВМСgagA в 100 мкл физиологического раствора. Для иммунизации двумя плазмидными ДНК использовали 100 мкг рВМСgagA и 100 мкг рВМCdef-2β в общем объеме 100 мкл. Раствор двух плазмидных ДНК вводили в одном шприце. Повторную иммунизацию проводили на 4-й неделе. Титр антител анализировали на 2-й и 6-й неделях. В опыте по обнаружению белка р24 в сыворотке крови 110 иммунизированных мышей плазмидные ДНК вводились трехкратно — на 1, 4 и 8-й неделях. Иммуноферментный анализ. Использовали диагностический набор «ВектоВИЧ-1 антиген р24» (Вектор-Бест, Россия), предназначенный для определения концентрации белка р24 (одного из конечных продуктов созревания белка р55 Gag) в сыворотке крови человека. Калибровочную кривую строили по стандартам р24, имеющимся в наборе, концентрацию белка р55 рассчитывали, исходя из соотношения молекулярных весов белков р55 и р24, равного 2,29:1. Статистический анализ результатов иммунизаций. При измерении титра антител и концентраций белка оценивали стандартное отклонение по выборке. Расчет величины стандартного отклонения осуществляли по формуле rP (xi − x̄)2 s= , n−1 где n — объем выборки, x̄ — среднее арифметическое число [14]. Результаты исследования и их обсуждение Молекулярный дизайн синтетического гена gagA(Hum) и получение экспрессионной плазмиды pBMCgagA(Hum). Дизайн синтетического гена, кодирующего белок Gag ВИЧ-1 субтипа А, произвели, применяя кодоны с максимально высоким содержанием G и C, используемых в интенсивно экспрессируемых генах человека и млекопитающих, поскольку применение кодонов в природных генах ВИЧ-1 не является оптимальным для достижения высокого уровня синтеза белков [15]. Последовательность синтетического гена gag(A)Hum, основанная на последовательности аминокислот, полученной в результате секвенирования геномов вирусов, циркулирующих в России и странах Ближнего зарубежья [16], представлена на рис. 1. По сравнению с природным геном, в гене gagА(Hum) были произведены замены 329 А и Т на G и C с получением синонимических G,C-богатых кодонов. Ген gagА(Hum) был по сайтам рестрикции XhoI и EcoRI вставлен в плазмиду рВМС с получением экспрессионной плазмиды рВМСgagA(Hum) (рис. 2). Клонирование кДНК дефенсина-2β мыши. Для получения кДНК дефенсина-2β выделили РНК из стимулированных перитонеальных макрофагов мыши, на которой была поставлена реакция обратной транскрипции. Далее на матрице полученной кДНК амплифицировали последовательность дефенсина-2β. Секвенирование показало, что полученная последовательность кДНК идентична последовательности дефенсина-2β мыши, имеющейся в базе данных GanBank (рис. 3). Далее кДНК дефенсина-2β была клонирована по сайтам рестрикции XhoI и EcoRI в вектор рВМС (см. рис. 2). Для детекции синтеза дефенсина-2β с помощью иммуноблота был синтезирован искусственный ген, кодирующий рекомбинантный белок дефенсин-2β-FLAG. FLAG представляет собой иммуногенный пептид Asp-Tyr-Lys-Asp-Asp-Asp-Asp-Lys, с которым связываются специфические моноклональные антитела [11]. Для создания такого гена в праймер def-Rev была введена последовательность из 24 нуклеотидов, кодирующая FLAG. Амплифицированную с использованием данного удлиненного праймера последовательность клонировали по сайтам EcoRI и XhoI в вектор рВМС. Обнаружение рекомбинантных белков Gag и дефенсина-2β в лизатах клеток 293, трансформированных плазмидными ДНК pBMCgagA(Hum) и pBMCdef-2β. При электрофорезе белков лизатов клеток 293Т, трансформированных 111 Рис. 2. Карта плазмиды pBMCdef-2β-FLAG (А) и карта плазмиды pBMCgagA(Hum) (Б) Amp r — ген устойчивости к ампициллину; prCMV — промотор предранних белков цитомегалоивируса; BGHpA — сайт полиаденилирования и терминации транскрипции; ori — репликатор; BbvII, EcoRI, XhoI — сайты узнавания рестриктаз; GagA(Hum) — последовательность гена gagA(Hum); Def-2β — последовательность, кодирующая дефенсин-2β мыши; FLAG — последовательность, кодирующая пептид FLAG CTCGAGATGA GGACTCTCTG CTCTCTGCTG CTGATCTGCT GCCTGCTGTT 50 CTCCTACACC ACCCCCGCCG TGGGCAGCTT AAAGAGCATT GGCTACGAGG 100 CCGAGCTGGA CCACTGCCAC ACCAACGGCG GCTACTGCGT GAGGGCCATT 150 TGCCCCCCCT CCGCCAGGCG CCCCGGCAGC TGCTTCCCAG AGAAGAACCC 200 CTGTTGCAAG TACATGAAAT GAGAATTC 222 Рис. 3. Последовательность нуклеотидов кДНК дефенсина-2β Добавленные сайты для рестрицирующих эндонуклеаз EcoRI (GAATTC) и XhoI (CTCGAG) выделены жирным шрифтом плазмидной ДНК pBMCgagA(Hum) обнаружена белковая фракция с молекулярным весом 55 кДа, связывающаяся в иммуноблоте с сывороткой крови ВИЧ-инфицированного пациента и отсутствующая в лизатах клеток, трансформированных плазмидной ДНК рВМС, что указывает на синтез в трансформированных pBMCgagA(Hum), клетках белка Gag р55 (рис. 4). В лизатах клеток 293Т, трансформированных плазмидной ДНК pBMCdef-2β, обнаружена белковая фракция с молекулярным весом 4,6 кДа, связывающаяся с антителами к пептиду FLAG (рис. 5), что указывает на синтез рекомбинантного белка дефенсин-2-бета-FLAG. Для дальнейших экспериментов участок, кодирующий пептид FLAG, был удален путем амплификации кДНК дефенсина-2 бета с праймерами def-For и def-Rev и нового клонирования полученного продукта в вектор рВМС. Обнаружение рекомбинантного белка Gag в сыворотках крови мышей после внутримышечного введения плазмидной ДНК рВМСgagA(Hum). Концентрация белка Gag в сыворотках крови мышей, трехкратно иммунизированных плазмидой pBMCgagA(Hum), определялась путем измерения концентрации антигена р24 с помощью иммуноферментного анализа (таблица). Максимальная концентрация антигена р24 в сыворотках крови мышей наступала на 9-й неделе и оказалась равной 4 пг р24/мл, что в перерасчете на белок р55 составило 9,16 пг/мл. 112 Рис. 4. Экспрессия слитого белка дефенсин-2βFLAG в трансформированных клетках 293Т: 1 — белковый маркер (Sigma, США); 2 — лизат клеток, трансформированных плазмидой pBMC; 3 — лизат клеток, трансформированных плазмидой pBMCdef-FLAG Рис. 5. Экспрессия белка Gag в трансформированных клетках 293Т: 1 — клетки, трансформированные плазмидой pBMCgag(Hum) разведение 1:25; 2 — клетки, трансформированные плазмидой pBMCgag(Hum) разведение 1:5; 3 — клетки, трансформированные плазмидой pBMCgag(Hum) разведение 1:1; 4 — белковый маркер (Sigma) Накопление экстраклеточного белка р55 Gag в сыворотках крови мышей BALB/c Концентрация белка Gag в сыворотках крови иммунизированных мышей Срок Число введений Концентрация Концентрация белка Gag после первого введения плазмидной ДНК антигена р24 в сыворотке крови плазмидной ДНК, до забора крови в сыворотке крови, в пересчете на белок р55, дни пг/мл пг/мл 42 2 2 ± 0,5 4,58 ± 1,45 63 3 4 ± 1,2 9,16 ± 2,75 70 3 2 ± 0,6 4,58 ± 1,37 П р и м е ч а н и е. Плазмидную ДНК рВМСgagA(Hum) в дозе 100 мкг/мышь вводили внутримышечно в 1, 28 и 56-й дни. Уровень гуморального иммунного ответа, возникающий у мышей после иммунизации плазмидой pBMCgagA или после совместной иммунизации плазмидами pBMCgagА и pBMCdef-2β. У животных, иммунизированных плазмидой pBMCgagA, на 6-й неделе титр антител к р24 составил всего 1:10 (рис. 6). Однако совместная иммунизация двумя плазмидными ДНК, pBMCgagA и pBMCdef-2β вызывает формирование более сильного гуморального иммунного ответа, чем иммунизация только плазмидой pBMCgagA. Так, после двукратной иммунизации двумя плазмида113 Рис. 6. Уровень гуморального иммунного ответа у мышей после иммунизации плазмидой pBMCGagA и совместной иммунизации плазмидами pBMCGagА и pBMCdef ДНК-иммунизацию производили в 1-ю и 4-ю недели ми на 6-й неделе титр антител к белку р24 превысил 1:1000 (см. рис. 6). Таким образом, совместная иммунизация двумя экспрессионными плазмидными ДНК способствует увеличению титра антител к белку р24 в сыворотке крови лабораторных животных в 100 раз. Заключение Внутримышечное введение мышам плазмиды, экспрессирующей белок Gag, приводит к появлению данного белка в сыворотке крови. Белок Gag не имеет сигнального пептида, вследствие чего он неспособен к секреции из эукариотических клеток [17]. Однако известно, что Gag участвует во взаимодействии незрелой вирусной частицы с клеточной мембраной и направляет выход вирусных частиц в экстраклеточное пространство с помощью процесса, называемого «выпочковыванием» (budding) [17–19]. Возможно, что белок Gag, синтезируемый трансформированными клетками, также может самостоятельно выходить из них с помощью подобного неканонического процесса. В таком случае большая часть белка Gag будет находиться в экстраклеточном пространстве и в крови, индуцируя В-клеточный (гуморальный) иммунный ответ против данного вирусного белка. Значительное увеличение титров антител к белку Gag при совместном внутримышечном введении двух плазмидных ДНК, экспрессирующих Gag и дефенсин-2β, может быть объяснено следующим образом. Известно, что β-дефенсины являются хемоаттрактантами для клеток, экспрессирующих рецептор CCR6, включая незрелые дендритные клетки и CD8+ Т-лимфоциты [5, 8]. Незрелые дендритные клетки способны эффективно захватывать антиген, после 114 чего в них начинается активное образование комплексов пептид-МНСII, которые образуются в значительном количестве благодаря наличию большего числа МНСII-богатых компартментов (МIIСs). При последующем созревании дендритных клеток МIIСs превращаются в нелизосомальные везикулы, в которых и происходит транспортировка комплексов МНСII-пептид к поверхности клетки. В результате значительно повышается эффективность презентации иммуногенных эпитопов чужеродных белков [5]. При совместной иммунизации двумя плазмидными ДНК, возможно, дефенсин-2β вызывает аттрактацию иммунокомпетентных клеток, главным образом незрелых дендритных клеток, к месту инъекции, в котором происходит также синтез белка Gag. В результате эффективная презентация иммуногенных эпитопов белка Gag дендритными клетками вызывает усиление продукции антител к данному белку. Подобный эффект усиления действия ДНК-иммуногена можно использовать для усиления эффективности ДНК-вакцин, обеспечивающих защиту человека и животных от многих патогенов. По-видимому, иммунизацию животного плазмидной ДНК, экспрессирующей целевой белок, совместно с плазмидой, экспрессирующей дефенсин-2β, можно использовать для получения иммунной сыворотки и поликлональных антител к любому экстраклеточному белку без его предварительной очистки, если выделена и помещена в экспрессионную плазмиду кДНК данного белка. Такой способ может быть полезен, например, для получения антител к белкам, содержащимся в природных источниках в очень небольших концентрациях, в том числе для получения антител к гипотетическим белкам, экспрессию которых при различных патологических состояниях можно предположить на основании транскриптомного анализа. Литература 1. Betts M. R., Yusim K., Koup R. A. Optimal antigens for HIV vaccines based on CD8+T-response, protein length, and sequence variability // DNA and Cell Biology. 2002. Vol. 21, N 9. P. 665– 670. 2. Appay V., Papagno L., Spino CA. et al. Dynamics of T-cell responces in HIV infection // Journal of Immunology. 2002. Vol. 168, N 7. P. 3660–3666. 3. Kaul R., Rowland-Jones S. L., Kimani J. et al. New insights into HIV-1 specific cytotoxic T-lymphocyte responses in exposed, persistently seronegative Kenyan sex workers // Immunology Letters. 2001. Vol. 79, N 1–2. P. 3–13. 4. Curunathan S., Chang-Yu Wu, Freilag B. L. et al. DNA vaccines: a key for inducing longterm cellular immunity // Current opinion in immunology. 2000. Vol. 12. P. 442–447. 5. Sozzani S., Allavena P., Vecchi A. et al. Chemokines and dendritic cell traffic // Journal of Clinical Immunology. 2000. Vol. 20, N 3. P. 151–160 6. De Smet K., Contreras R. Human antimicrobial peptides: defensins, cathelicidins and histatins // Biotechnology Letters. 2005. Vol. 27, N 18. P. 1337–1347. 7. Chang S. Y., Lee K. C., Ko S. Y. et al. Enhanced efficacy of DNA vaccination against Her-2/neu tumor antigen by genetic adjuvants // International Journal of Cancer. 2004. Vol. 111, N 1. P. 86–95. 8. Biragyn A., Surenhu M., Yang D. et al. Mediators of innate immunity that target immature, but not mature, dendritic cells induce antitumor immunity when genetically fused with nonimmunogenic tumor antigens. // Journal of Immunology. 2001. Vol. 167, N 11. P. 6644–6653. 9. Ganz T. Defensins: antimicrobial peptides of innate immunity // Nature Reviews of Immunology. 2003. N 9. P. 710–720. 10. Мурашев Б. В., Мурашева И. В., Романович А. Э. и др. Создание и изучение иммунологических свойств ДНК-вакцины на основе гена env ВИЧ-1 // Русский журнал ВИЧ/СПИД и родственные проблемы 2000. Т. 4, № 2. С. 29–36. 115 11. Chubet R. G., Brizzard B. L. Vectors for expression and secretion of FLAG epitope-tagged proteins in mammalian cells // Biotachniques. 1996. Vol. 20, N 1. P. 136–141. 12. Laemmli U. K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4 // Nature. 1970. Vol. 227, N 5259. P. 680–685. 13. Sambrook J., Russell D. W. Molecular cloning. New York: Cold Spring Harbour Laboratoty Press, 2001. 14. Лакин Г. Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990. 352 с. 15. Haas J., Park E., Seed B. Codon usage limitation in the expression of HIV-1 envelope glycoprotein // Curr. Biol. 1996. 6. P. 315–324. 16. Машарский А. М., Еремин В. Ф., Климов Н. А., Козлов А. П. Клонирование и анализ полноразмерного генома вариантов ВИЧ-1, доминирующих среди иньекционных наркоманов стран бывшего СССР // Русский журнал ВИЧ/СПИД и родственные проблемы. 2002. Т. 6, № 1. С. 12–20. 17. Kuiken C., Foley B., Freed E. et al. HIV sequence compendium. 2002. (URL: http:// hiv-veb.lanl.gov). 18. Ono A., Orenstein J. M., Freed E. O. Role of the Gag matrix domain in targeting human immunodeficiency virus type 1 assembly // Journal of Virology. 2000. Vol. 74, N 6. P. 2855–2866. 19. Bukrinskaya A. G. HIV-1 assembly and maturation // Archiv of Virology. 2004. Vol. 149, N 6. Р. 1067–1082. Статья поступила в редакцию 28 июня 2010 г. 116 УДК 616.24-002.5+615.331 Вестник СПбГУ. Сер. 3. 2010. Вып. 4 Е. Н. Черняева, П. В. Добрынин, Н. Е. Пестова, Н. Г. Матвеева, В. Ф. Жемков, А. П. Козлов ОБНАРУЖЕНИЕ МУТАЦИЙ, АССОЦИИРОВАННЫХ С УСТОЙЧИВОСТЬЮ К ОФЛОКСАЦИНУ В ГЕНАХ GYRA И GYRB, И МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОФЛОКСАЦИН-УСТОЙЧИВЫХ ИЗОЛЯТОВ M. TUBERCULOSIS, ВЫЯВЛЕННЫХ В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ В 2008 г. Введение Широкое распространение штаммов Mycobacterium tuberculosis (МБТ), обладающих множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ), т. е. устойчивостью одновременно к двум наиболее активно применяемым противотуберкулезным препаратам (ПТП) — изониазиду и рифампицину, является серьезным препятствием в борьбе против туберкулеза (ТБ). Штаммы M.tuberculosis с МЛУ вызывают тяжелые прогрессирующие формы заболевания, требуют длительного, дорогостоящего лечения препаратами резервного ряда и часто приводят к летальным исходам. По данным ВОЗ, каждый год возникает 424 тыс. новых случаев МЛУ туберкулеза. Доля случаев МЛУ—ТБ варьирует в различных странах от 0% (некоторые страны Западной Европы) до 22,3% (Баку, Азербайджан). В 2008 г. было установлено, что более 5% случаев ТБ вызывается изолятами, обладающими МЛУ [1]. Недостаток контроля или неправильное лечение туберкулеза с МЛУ приводит к возникновению широкой лекарственной устойчивости (ШЛУ). ТБ с ШЛУ вызывается бактериями, устойчивыми как к двум препаратам первого ряда — изониазиду и рифампицину, так и к любым фторхинолонам и, по крайней мере, к одному из трех инъекционных препаратов второго ряда (канамицин, капреомицин или амикацин) [2]. По данным ВОЗ, в 2006 г. было обнаружено 0,5 млн новых случаев заболевания с МЛУ—ТБ. Распространенность случаев ШЛУ среди изолятов M. tuberculosis варьирует в различных регионах. Так, в странах бывшего Советского Союза около 10% случаев МЛУ—ТБ были отнесены к ШЛУ—ТБ. В странах Западной и Восточной Европы этот показатель варьирует от 0 до 23,7%, однако уровень распространенности штаммов МБТ с МЛУ в них значительно ниже, а случаи ШЛУ—ТБ единичны [3]. Наличие устойчивости к лекарственным препаратам значительно снижает вероятность успешного лечения, поэтому для назначения корректной терапии необходимо применять современные молекулярно-генетические методы обнаружения устойчивости M. tuberculosis к ПТП, основанные на анализе точечных мутаций. Применение этих методов позволяет сократить сроки определения лекарственной устойчивости до нескольких дней. Фторхинолоны являются антибиотиками широкого спектра действия, активными против M. tuberculosis. Они оказывают бактерицидное действие, ингибируя активность микобактериальной ДНК-гиразы. ДНК-гираза является топоизомеразой типа II c 2010 Е. Н. Черняева, П. В. Добрынин, Н. Е. Пестова, Н. Г. Матвеева, В. Ф. Жемков, А. П. Козлов, 117 (КФ 5.99.1.3.), изменяющей топологическое состояние кольцевой ДНК посредством внесения двунитевых разрывов в молекулу ДНК и проведения сквозь них другого двунитевого сегмента [4]. В результате этого происходит снятие напряжения в суперспирализованной кольцевой молекуле ДНК, возникающего в репликационной вилке в результате расплетания двойной спирали ДНК в ходе репликации. ДНК-гираза представляет собой тетрамерный белок, состоящий из субъединиц двух типов — А и B, которые кодируются генами gyrA и gyrB соответственно. Изучение механизмов связывания хинолонов с гиразой показало, что хинолоны обладают высокой аффинностью не к самому ферменту, а к молекулам ДНК [5]. При этом связывание препарата происходит с одноцепочечной ДНК, которая формируется при взаимодействии с ДНК-гиразой [6–8]. Образование тройного комплекса ДНК–фермент–фторхинолон приводит к нарушению процесса репликации бактериальной ДНК и гибели клетки. Участок фермента, в котором происходит связывание ДНК и фторхинолонов, получил название «хинолон-связывающего кармана» (quinolone-binding pocket), в формирование которого вовлечены обе субъединицы фермента. Обнаружено, что мутации в коротких областях генов gyrA и gyrB, кодирующих субъединицы фермента, приводят к формированию устойчивости к фторхинолонам у M. tuberculosis [9]. Участки генов gyrA и gyrB, в которых происходят мутации, ассоциированные с лекарственной устойчивостью, называют регионами, определяющими устойчивость к хинолонам (QRDR — quinolone resistance determining region) [4, 10]. В настоящее время проводятся работы, посвященные изучению роли мутаций, ассоциированных с устойчивостью МБТ к различным ПТП. Показано, что частоты мутаций, связанных с развитием лекарственной устойчивости (ЛУ) у микобактерий, различаются в разных популяциях. Для эффективного применения молекулярно-биологических методов диагностики ЛУ нужно знать частоты мутаций, связанных с ЛУ в конкретном географическом регионе. Цель данной работы — изучение мутаций в генах gyrA и gyrB, ассоциированных с устойчивостью к препарату фторхинолонового ряда — офлоксацину у изолятов M. tuberculosis, а также сравнение генотипов устойчивых к офлоксацину штаммов M. tuberculosis со штаммами, обладающими МЛУ, и штаммами, чувствительными ко всем ПТП, выявленным в Санкт-Петербурге в 2008 г. Методика исследования Исследование проводили с культурами M. tuberculosis, выявленными в Санкт-Петербурге в 2008 г., обладающими устойчивостью к офлоксацину в концентрации 2 мкг/мл по данным метода абсолютных концентраций с использованием питательной среды Левенштейна—Йенсена [11]. Материалом исследования послужила геномная ДНК, полученная из чистых культур M. tuberculosis. Культуры 30 офлоксацин-устойчивых изолятов для генетического исследования M. tuberculosis были отобраны случайным образом. Для молекулярногенетического анализа также случайно были отобраны 30 изолятов M. tuberculosis, чувствительных ко всем ПТП, и 41 изолят с МЛУ. В исследование мутаций в генах gyrA и gyrB было включено 30 образцов ДНК, полученных от M. tuberculosis, обладающих устойчивостью к офлоксацину, и 3 образца, чувствительных к данному противотуберкулезному препарату. Клинический материал и данные по устойчивости к противотуберкулезным препаратам были предоставлены бактериологической лабораторией Городского противотуберкулезного диспансера г. Санкт-Петербурга в рамках совместного проекта. 118 Выделение ДНК. Геномную ДНК микобактерий выделяли методом, описанным ранее [12], предварительно инактивировав микобактерии инкубацией пробирок с МБТ, растущими на питательной среде Левенштейна—Йенсена, при температуре 90◦ С в течение 1 ч. Полученную ДНК использовали для амплификации фрагментов gyrA и gyrB, в которых ранее были обнаружены мутации, ассоциированные с лекарственной устойчивостью к фторхинолонам [9, 13]. ПЦР фрагментов генов gyrA и gyrB. Полимеразную цепную реакцию (ПЦР) проводили в объеме 50 мкл в тонкостенных полипропиленовых пробирках объемом 650 мкл, содержащих 10 мM Tris-HCl (рН 8,8); 50 мМ KCl; 1,25 мМ MgCl2 ; 200 мкМ каждого из dNTP; 20 пМ каждого из праймеров и 2,5 единицы Taq-полимеразы. В качестве матрицы использовали 50 нг геномной ДНК микобактерий. Реакционную смесь прогревали 5 мин при 95◦ С для денатурации матричной ДНК. Реакцию амплификации осуществляли в термоциклере Eppendorf Mastercycler Personal в течение 35 следующих циклов: 0,5 мин при 95◦ C; 0,5 мин при 55◦ C; 45 с при 72◦ C. По окончании 35 циклов амплификации провели дополнительную инкубацию для достройки образовавшихся цепей ДНК: 5 мин при 72◦ C. Полученные амплификаты хранили при −20◦ C. Для ПЦР использовали праймеры, описанные ранее [9]. Секвенирование фрагментов генов gyrA и gyrB. Секвенирование ДНК выполняли ферментативным методом по Сэнгеру с помощью набора «DYEnamic ET Dye Terminator Cycle Sequencing Kit» (GE Healthcare) по прилагающимся к нему инструкциям, применяя автоматический секвенатор MegaBACE 500 (GE Healthcare). Для секвенирования использовали немеченые специфические праймеры, использованные для ПЦР. Секвенирование ДНК проводили с обеих сторон ПЦР-продукта для всех амплифицированных фрагментов генов gyrA и gyrB. Полученные в результате секвенирования нуклеотидные последовательности выравнивали для обнаружения мутаций в изучаемых генах. Анализ полученных данных проводили с помощью программы MegaBACE Sequence Analyzer v.4.0. Выравнивание и анализ хроматограмм осуществляли в программе Sequencher 4.8. Молекулярно-генетический анализ изолятов M. tuberculosis. Молекулярно-генетический анализ офлоксацин-устойчивых изолятов M. tuberculosis проводили методом сполиготипирования, как было описано ранее [14], применяя коммерческий набор (Isogen Life Science). Принадлежность исследуемых штаммов МБТ к известным семействам сполиготипов устанавливали, сравнивая их со сполиготипами, внесенными в международную базу данных SpolDB-4. Кластерный анализ результатов генотипирования проводили, используя компьютерную программу R2.8.1. Принадлежность анализируемых сполиготипов к семействам штаммов M. tuberculosis была определена путем сравнения с профилями сполиготипирования штаммов, внесенных в международные базы данных (URL: http://cgi2.cs.rpi.edu/∼bennek и http:// www.pasteur-guadeloupe.fr:8081/SITVITDemo/index.jsp). Результаты исследования и их обсуждение Результаты секвенирования ДНК показали, что 17 из 30 (56,6%) изолятов M. tuberculosis, устойчивых к офлоксацину, имели мутации в регионе QRDR гена gyrA, ассоциированные с резистентностью к фторхинолонам, из них у 11 изолятов были мутации в 94-м кодоне, приводящие к замене D на G или A, 3 изолята имели мутацию A90V, еще 3 изолята имели замену S91P (табл. 1). У 28 из 30 офлоксацин-резистентных изолятов 119 Таблица 1. Результаты анализа мутаций региона QRDR гена gyrA, ассоциированных с устойчивостью к фторхинолонам Мутация в гене gyrA D94G D94A A90V S91P Нет мутаций Число проанализированных изолятов 2 9 3 3 13 % 6,6 30 10 10 43,4 была обнаружена замена S95T, являющаяся естественным полиморфизмом M. tuberculosis, не связанная с устойчивостью к противотуберкулезным препаратам. Тринадцать (43,4%) офлоксацин-устойчивых изолятов M. tuberculosis не имели нуклеотидных замен в проанализированной области гена gyrA, ассоциированных с лекарственной устойчивостью (см. табл. 1). Анализ фрагмента гена gyrB не обнаружил мутаций ни у одного из 30 изолятов M. tuberculosis, обладающих устойчивостью к офлоксацину. В трех проанализированных образцах M. tuberculosis, чувствительных к офлоксацину, не было обнаружено замен в генах gyrA и gyrB, кроме естественного полиморфизма в кодоне 95 гена gyrA. Результаты анализа сполиготипов M. tuberculosis, обладающих устойчивостью к офлоксацину. Сравнение сполиготипов офлоксацин-устойчивых штаммов МБТ, штаммов, обладающих МЛУ, и штаммов, чувствительных ко всем ПТП. Геномная ДНК, выделенная из изолятов M. tuberculosis, обладающих устойчивостью к офлоксацину, была использована для генетического анализа методом сполиготипирования. В результате сполиготипирования среди 30 офлоксацин-устойчивых изолятов было выявлено 7 различных сполиготипов, представленных в табл. 2. Двадцать два изолята (73,3%) имели одинаковый сполиготип ST1, относящийся к семейству M. tuberculosis Beijing. Таблица 2. Результаты генетического анализа изолятов M. tuberculosis, обладающих устойчивостью к офлоксацину Сполиготип в восьмеричном коде 000000000003371 000000000003771 000000000000771 000000000003661 775777777450771 357777777760771 775740003760771 Код сполиготипа в международной базе данных ST265 ST1 ST269 ST1651 Нет « ST266 Количество изолятов % Семейство 3 22 1 1 1 1 1 10 73,33 3,33 3,33 3,33 3,33 3,33 Beijing T1 T3 Семейство M. tuberculosis Beijing было представлено четырьмя сполиготипами (к ним относилось 27 исследованных изолятов), семейство Т1 — двумя сполиготипами (к ним относились 2 изолята), семейство Т3 — одним сполиготипом (один изолят). 120 Генетический анализ изолятов M. tuberculosis с МЛУ также показал преобладание штаммов, относящихся к пекинскому семейству (более 85%), большинство из которых относилось к варианту ST1. Среди данной группы изолятов были обнаружены представители семейства сполиготипов — LAM9, T3, T4, 33 и 36 (табл. 3). Таблица 3. Результаты генетического анализа изолятов M. tuberculosis, обладающих множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ) Сполиготип в восьмеричном коде 000000000003661 000000000003671 000000000003771 000002000003671 000002000003771 774002000760771 777761007763771 777477607700771 777574200376071 777777607763771 000000007760771 Код сполиготипа в международной базе данных ST1651 ST255 ST1 Нет ST1184 Нет « « « ST1247 ST4 Количество изолятов % Семейство 4 1 28 1 1 1 1 1 1 1 1 9,76 2,44 68,29 2,44 2,44 2,44 2,44 2,44 2,44 2,44 2,44 Beijing T3 T4 LAM9 33 36 Анализ сполиготипов изолятов M. tuberculosis, чувствительных ко всем противотуберкулезным препаратам (табл. 4), также показал доминирование штаммов, принадлежащих к пекинскому семейству (Beijing family). К ним относились 18 (60%) из проанализированных 30 изолятов. Однако разнообразие представленных сполиготипов было выше, чем в группе штаммов, устойчивых к офлоксацину, и группе штаммов с МЛУ. Семейство Beijing было представлено семью различными сполиготипами, также были обнаружены штаммы, относящиеся к семействам Т1, Т2, 34, 35, 36, Haarlem 1 и LAM9. Десять изолятов M. tuberculosis, принадлежащих к семейству Beijing, имели сполиготип ST1, доминирующий в группе проанализированных офлоксацин-устойчивых изолятов. Сравнение частот обнаружения штаммов M. tuberculosis, относящихся к пекинскому семейству (тест хи-квадрат и тест Фишера на независимость) показало, что все три исследованные группы образцов M. tuberculosis достоверно отличаются по преобладанию изолятов семейства Beijing (p = 0,013). Штаммы семейства Beijing достоверно чаще обладают МЛУ (p = 0,015) и устойчивостью к офлоксацину (p = 0,007). Исследование генов gyrA и gyrB офлоксацин-устойчивых штаммов M. tuberculosis, распространенных в Санкт-Петербурге, показало, что анализ небольшого региона гена gyrA позволяет обнаружить, по крайней мере, половину (56,6%) случаев устойчивости к офлоксацину. В участке QRDR гена gyrA исследованные офлоксацин-устойчивые изоляты имели точечные мутации в кодонах 90, 91, 94. Самая распространенная мутация — замена D на G или A в 94-м кодоне, была обнаружена у 30% исследованных изолятов. Относительно высокая вероятность формирования мутаций в 94-м кодоне гена gyrA, возможно, объясняется их оптимальным влиянием на формирование устойчивости к офлоксацину либо наименьшим негативным влиянием на функциональность продукта гена. Гены gyrA трех изолятов МБТ из нашей выборки, устойчивых к офлоксацину, несли мутацию A90V. В большинстве исследований была продемонстрирована корреляция между данной мутацией и устойчивостью в офлоксацину. Мутации в кодонах 74 и 88, описанные ранее в литературе [15–18], в данном исследовании обнаружены не были. Все обнаруженные в исследовании мутации в гене gyrA 121 Таблица 4. Результаты генетического анализа изолятов M. tuberculosis, обладающих чувствительностью ко всем противотуберкулезным препаратам Сполиготип в восьмеричном коде 000000000003371 000000000003661 000000000003671 000000000003771 000002000003661 000002000003771 000002000103771 177777657760771 777777777760771 777777777700001 711041003760661 711041007740661 777741000160771 777777607760771 777777644020771 000000000503771 377737670000000 777000000000371 Код сполиготипа в международной базе данных ST265 ST1651 ST255 ST1 Нет ST1184 Нет ST1255 ST53 Нет « « « ST42 Нет « « ST560 Количество изолятов % Семейство 1 2 1 10 2 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3,33 6,67 3,33 33,33 6,67 3,33 3,33 3,33 6,67 3,33 3,33 3,33 3,33 3,33 3,33 3,33 3,33 3,33 Beijing T1 T2 LAM9 Haarlem1 36 34 35 были описаны для офлоксацин-резистентных изолятов M. tuberculosis ранее [17, 19]. Однако частота мутаций в участке QRDR среди исследованных изолятов отличается от полученных ранее данных, которые проводились на других выборках. В аналогичных исследованиях мутации в области QRDR гена gyrA были обнаружены у 85–89% среди офлоксацин-устойчивых изолятов МБТ [17, 20, 21], тогда как в исследованной нами выборке только 56,6% офлоксацин-устойчивых изолятов имели мутации в проанализированном регионе гена gyrA. Возможно, исследуемая нами популяция офлоксацинустойчивых изолятов M. tuberculosis обладает мутациями, расположенными в других областях гена gyrA, оказывающих влияние на конформацию хинолонового кармана. В проведенном исследовании офлоксацин-устойчивых изолятов МБТ, выявленных в Санкт-Петербурге, не было обнаружено мутаций в области QRDR гена gyrB, ассоциированных с ЛУ. Отсутствие мутаций в регионе gyrB в исследованной популяции штаммов МБТ снижает возможности молекулярно-генетического определения устойчивости к oфлоксацину. Возможно, мутации, ответственные за формирование устойчивости к фторхинолонам, расположены в других областях гена gyrB, что необходимо дополнительно изучать. В аналогичном исследовании на территории Северо-Западного региона России мутации в гене gyrB были обнаружены в единичных случаях [17]. Частоты мутаций могут изменяться со временем, поэтому необходимо проводить молекулярно-генетический мониторинг штаммов МБТ. В результате генетического анализа штаммов МБТ, обладающих устойчивостью к офлоксацину, была показана высокая однородность сполиготипов среди офлоксацинустойчивых изолятов. К пекинскому семейству (Beijing family) относилось 90% всех исследованных изолятов. Этот факт, скорее всего, является следствием доминирования данного семейства на территории Санкт-Петербурга, описанного в литературе ранее [22]. Помимо пекинского семейства в исследовании были идентифицированы сполиготипы, принадлежащие к семействам T1, T2, Т3, T4, LAM9, Haarlem1, 33, 34, 35 и 36. 122 Доминирование семейства Beijing в рассмотренной выборке офлоксацин-устойчивых штаммов соответствует литературным данным, согласно которым доля семейства Beijing в России составляет более 50%. Например, на Урале в 2005 г. доля семейства Beijing составляла 54,3% [23]. Исследования штаммов M. tuberculosis в Северо-Западном федеральном округе России среди впервые выявленных больных ТБ легких также обнаружили доминирование бактериальных изолятов семейства Beijing (47,1%) [24]. Следует отметить, что в более ранних молекулярно-эпидемиологических исследованиях доля семейства Beijing в России также была высока и в некоторых регионах составляла более 40–50% [25–27]. В Архангельской области в период с 1995 по 1997 г. семейство Beijing составляло незначительную часть, около 8,1%, тогда как к 1998 и 1999 гг. его доля равнялась уже 41,9 и 46,1% соответственно [28]. В связи с вышесказанным можно предположить высокую степень передачи штаммов МБТ семейства Beijing по сравнению с другими семействами. Была показана ассоциированность штаммов M. tuberculosis семейства Beijing с устойчивостью к фторхинолонам [16, 29]. Обнаруженная нами закономерность, что для штаммов МБТ семейства Beijing характерна достоверная ассоциированность с множественной и лекарственной устойчивостью и устойчивостью к офлоксацину, хорошо согласуется с литературными данными, полученными по всему миру [23, 30–36]. В статье van Soolingen и соавторов приведены данные о том, что в Европе 85% штаммов МБТ с множественной лекарственной устойчивостью принадлежат к семейству Beijing [36]. По данным S. Y. Kovalev и соавторов [23], семейство Beijing играет ключевую роль в распространении МЛУ-ТБ на Урале. В нашем исследовании 90% офлоксацин-устойчивых штаммов и более 80% штаммов с МЛУ относились к пекинскому семейству. Таким образом, авторы данной статьи еще раз подтвердили, что среди штаммов МБТ семейства Beijing, циркулировавших в Санкт-Петербурге в 2008 г., устойчивость к противотуберкулезным препаратам встречается достоверно чаще, чем среди других семейств. Высокое сходство сполиготипов офлоксацин-резистентных штаммов M. tuberculosis, обнаруженное в данном исследовании (более 70% изолятов имели сполиготип ST1, относящийся к семейству Beijing), позволяет сделать предположение о формировании устойчивости в замкнутой группе пациентов на территории Санкт-Петербурга. Вероятнее всего, исследованные офлоксацинустойчивые изоляты МБТ не были привнесены из других географических территорий. ∗ ∗ ∗ Данное исследование финансировалось за счет средств совместного гранта Федерального агентства по науке и инновациям РФ и Американского фонда гражданских исследований и развития. Литература 1. Anti-tuberculosis Drug Resistance in the World Fourth Global Report, the World Health Organization/International Union Against Tuberculosis and Lung Disease (WHO/UNION) Global Project on Anti-Tuberculosis Drug Resistance Surveillance 2002–2007. 2. World Health Organisation. Press release: «WHO Global Task Force outlines measures to combat XDR-TB worldwide». Centers for Disease Control and Prevention. 2006. Revised definition of extensively drug-resistant tuberculosis. MMWR 55:1176. 3. Migliori G. B., D’Arcy Richardson M., Sotgiu G., Lange C. Multidrug-resistant and extensively drug-resistant tuberculosis in the West. Europe and United States: epidemiology, surveillance, and control // Clin. Chest Med. 2009. Vol. 30. P. 637–665. 123 4. Champoux J. J. DNA topoisomerases: Structure, Function, and Mechanism // Annu. Rev. Biochem. 2001. Vol. 70. P. 369–413. 5. Shen L. L., Pernet A. G. Mechanism of inhibition of DNA gyrase by analogues of nalidixic acid: the target of the drugs is DNA // Proc. Natl. Acad. Sci. 1985. Vol. 82. P. 307–311. 6. Shen L. L., Kohlbrenner W. E., Weigl D., Baranowski J. Mechanism of quinolone inhibition of DNA gyrase. Appearance of unique norfloxacin binding sites in enzyme-DNA complexes // J. Biol. Chem. 1989. Vol. 264. P. 2973–2978. 7. Shen L. L., Baranowski J., Pernet A. G. Mechanism of inhibition of DNA gyrase by quinolone antibacterials: specificity and cooperativity of drug binding to DNA // Biochemistry. 1989. Vol. 28. P. 3879–3885. 8. Shen L. L., Mitscher L. A., Sharma P. N., O’Donnell T. J. et al. Mechanism of inhibition of DNA gyrase by quinolone antibacterials: a cooperative drug-DNA binding model // Biochemistry. 1989. Vol. 28. P. 3886–3894. 9. Takiff H. E., Salazar L., Guerrero C., Philipp W. et al. Cloning and nucleotide sequence of Mycobacterium tuberculosis gyrA and gyrB genes and detection of quinolone resistance mutations // J. Antimicrob. Agents Chemother. 1994. Vol. 38. P. 773–780. 10. Yoshida H., Bogaki M., Nakamura M., Nakamura S. Quinolone resistance-determining region in the DNA gyrase gyrA gene of Escherichia coli // J. Antimicrob. Agents Chemother. 1990. Vol. 34. P. 1271. 11. Canetti G., Froman S., Grosset J., Hauduroy P. et al. Mycobacteria: laboratory methods for testing drug sensitivity and resistance // Bull. Org. mond. Sante. 1963. Vol. 29. P. 565–578. 12. Van Soolingen D., Hermans P., De Haas P., Soll D., Van Embden J. Occurrence and stability of insertion sequences in Mycobacterium tuberculosis complex strains: evaluation of an insertion sequence-dependent DNA polymorphism as a tool in the epidemiology of tuberculosis // J. Clin. Microbiol. 1991. Vol. 29(11). P. 2578–2586. 13. Huang T. S., Kunin C. M., Shin-Jung Lee S. et al. Trends in fluoroquinolone resistance of Mycobacterium tuberculosis complex in a Taiwanese medical centre: 1995–2003 // J. Antimicrob. Chemother. 2005. Vol. 56. P. 1058–1062. 14. Kamerbeek J., Shouls L., Kolk A., Van Agterveld M. et al. Simultaneous detection and strain differentiation of Mycobacterium tuberculosis for diagnosis and epidemiology // J. Clin. Microbiol. 1997. Vol. 35. P. 907–914. 15. Ginsburg A. S., Sun R., Calamita H. et al. Emergence of fluoroquinolone resistance in Mycobacterium tuberculosis during continuously dosed moxifloxacin monotherapy in a mouse model // Antimicrob. Agents Chemother. 2005. Vol. 49. P. 3977–3979. 16. Duong D. A., Nguyen T. H., Nguyen T. N., Dai V. H. et al. Beijing genotype of Mycobacterium tuberculosis is significantly associated with high-level fluoroquinolone resistance in Vietnam // J. Antimicrob. Agents Chemother. 2009. Vol. 53(11). P. 4835–4839. 17. Mokrousov I., Otten T., Manicheva O. et al. Molecular characterization of ofloxacin-resistant Mycobacterium tuberculosis strains from Russia // J. Antimicrob. Agents Chemother. 2008. Vol. 52. P. 2937–2939. 18. Sun Z., Zhang J., Zhang X., Wang S. et al. Comparison of gyrA gene mutations between laboratory-selected ofloxacin-resistant Mycobacterium tuberculosis strains and clinical isolates // Int. J. Antimicrob. Agents. 2008. Vol. 31. P. 115–121. 19. Shi R., Zhang J., Li C., Kazumi Y., Sugawara I. Emergence of ofloxacin resistance in Mycobacterium tuberculosis clinical isolates from China as determined by gyrA mutation analysis using denaturing high-pressure liquid chromatography and DNA sequencing // J. Clin. Microbiol. 2006. Vol. 44(12). P. 4566–4568. 20. Antonova O. V., Gryadunov D. A., Lapa S. A., Kuz’min A. V. et al. Detection of mutations in Mycobacterium tuberculosis genome determining resistance to fluoroquinolones by hybridization on biological microchip // Bull. Exp. Biol. Med. 2008. Vol. 145. P. 108–113. 21. Alcaide F., Telenti A. Molecular techniques in the diagnosis of drug-resistant tuberculosis // Ann Acad Med Singapore. 1997. Vol. 26. P. 647–650. 124 22. Surikova O. V., Voitech D. S., Kuzmicheva G., Tatkov S. I. et al. Efficient differentiation of Mycobacterium tuberculosis strains of the W-Beijing family from Russia using highly polymorphic VNTR loci // Eur. J. Epidemiol. 2005. Vol. 20 P. 963–974. 23. Kovalev S. Y., Kamaev E. Y., Kravchenko M. A. et al. Genetic analysis of mycobacterium tuberculosis strains isolated in Ural region, Russian Federation, by MIRU-VNTR genotyping // Int. J. Tuberc. Lung Dis. 2005. Vol. 9. P. 746–752. 24. Baranov A. A., Mariandyshev A. O., Mannsåker T. et al. Molecular epidemiology and drug resistance of widespread genotypes of Mycobacterium tuberculosis in northwestern Russia // Int. J. Tuberc. Lung. Dis. 2009. Vol. 13. P. 1288–1293. 25. Норкина О. В., Киншт В. Н., Мокроусов И. В. и др. Генетическое разнообразие Mycobacterium tuberculosis и оценка факторов риска распространения заболевания туберкулезом в Сибирском регионе России методами молекулярной эпидемиологии // Молекулярная генетика, микробиология, вирусология. 2003. № 3. С. 9–12. 26. Mokrousov I., Narvskaya O., Otten T., Vyazovaya A. et al. Phylogenetic reconstruction within Mycobacterium tuberculosis Beijing genotype in northwestern Russia // Res Microbiol. 2002. Vol. 153. P. 629–637. 27. Bifani P. J., Mathema B., Kurepina N. E., Kreiswirth B. N. Global dissemination of the Mycobacterium tuberculosis W-Beijing family strains // Trends Microbiol. 2002. Vol. 10. P. 45–52. 28. Toungoussova O., Sandven P., Mariandyshev A. et al. Spread of drug-resistant Mycobacterium tuberculosis strains of the Beijing genotype in the Archangel Oblast, Russia // J. Clin Microbiol. 2002. Vol. 40(6). P. 1930–1937. 29. Sun Z., Chao Y., Zhang X., Zhang J., Li Y. et al. Characterization of extensively drug-resistant Mycobacterium tuberculosis clinical isolates in China // J. Clin. Microbiol. 2008. Vol. 46(12). P. 4075–4077. 30. Krüüner A., Hoffner S. E., Sillastu H., Danilovits M. et al. Spread of drug-resistant pulmonary tuberculosis in Estonia // J. Clin. Microbiol. 2001. Vol. 39(9). P. 3339–3345. 31. Caminero J. A., Pena M. J., Campos-Herrero M. I., Rodrı́guez J. C. et al. Epidemiological evidence of the spread of a Mycobacterium tuberculosis strain of the Beijing genotype on Gran Canaria Island // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2001. Vol. 164(7). P. 1165–1170. 32. Toungoussova O. S., Caugant D. A., Sandven P., Mariandyshev A. O., Bjune G. Drug resistance of Mycobacterium tuberculosis strains isolated from patients with pulmonary tuberculosis in Archangels, Russia // Int. J. Tuberc. Lung Dis. 2002. Vol. 6(5). P. 406–414. 33. Kubica T., Rusch-Gerdes S., Neimann S. The Beijing genotype is emerging among multidrug-resistant Mycobacterium tuberculosis strains from Germany // Int. J. Tuberc. Lung Dis. 2004. Vol. 8(9). P. 1107–1113. 34. Drobniewski F., Balabanova Y., Nikolayevsky V., Ruddy M. et al. Drug-resistant tuberculosis, clinical virulence, and the dominance of the Beijing strain family in Russia // JAMA. 2005. Vol. 293(22). P. 2726–2731. 35. Lavender C., Globan M., Sievers A. et al. Molecular characterization of isoniazid-resistant Mycobacterium tuberculosis isolates collected in Australia // Antimicrob. Agents Chemother. 2005. Vol. 49(10). P. 4068–4074. 36. Van Soolingen D., Kremer K. Findings and ongoing research in the molecular epidemiology of tuberculosis // Kekkaku. 2009. Vol. 84(2). P. 83–89. Статья поступила в редакцию 28 июня 2010 г. 125 РЕФЕРАТЫ УДК 599.42,599.426,591.531.257 Н и к у л и н А. Д., Ч и с т я к о в Д. В. Экология рукокрылых (Chiroptera, Vespertilionidae) Себежского национального парка (Псковская область) // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2010. Вып. 4. С. 3–12. В 1999–2000 гг., 2007 и 2008 гг. проводилось изучение особенностей распространения и трофической биологии рукокрылых в Себежском национальном парке, расположенном на югозападе Псковской области. В результате исследований выявлено 7 видов летучих мышей, характерных для данной территории: Myotis daubentonii, Myotis dasycneme, Nyctalus noctula, Pipistrellus nathusii, Eptesicus nilssonii, Vespertilio murinus, Plecotus auritus. Полученные в ходе работ данные о биотопической приуроченности видов свидетельствуют о неравномерности заселения летучими мышами исследованной территории. Определены состав рациона массовых видов рукокрылых парка и их кормодобывающие стратегии. Библиогр. 15 назв. Ил. 4. Табл. 1. Ключевые слова: рукокрылые, распространение, питание, Себежский парк. УДК 591.481-11 О б у х о в Д. К., О б у х о в а Е. В., П у щ и н а Е. В., К о р о л ё в а Т. В. Сравнительный анализ структурно-функциональной организации головного мозга лососевых рыб. Сообщение II. Строение и развитие головного мозга симы Oncorhynchus masu Brev. // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2010. Вып. 4. С. 13–22. Данная работа продолжает серию работ по исследованию строения, развития и эволюции центральной нервной системы лососевых рыб (отр. Salmoniformes, сем. Salmonidaе). Впервые изучены структура и развитие важнейших отделов головного мозга тихоокеанского лосося симы Oncorhynchus masu Brev., как у взрослых особей, так и у молоди. Конечный и средний мозг симы Oncorhynchus masu Brev. имеет план строения, общий для всех лучеперых (п/кл. Actinopterygii) рыб, в том числе и для лососевых (отр. Salmonidae). С помощью современных методов компьютерного анализа показано, что у молоди симы, выращенной в заводских условиях при определенной технологии содержания, ЦНС развивается темпами, сходными с дикими формами. Полученные данные имеют значение для решения вопросов об особенностях эволюционного развития ЦНС позвоночных животных, а также области экспериментальной ихтиологии, занимающейся вопросами искусственного воспроизводства этих ценных пород рыб. Библиогр. 13 назв. Ил. 4. Ключевые слова: эволюционная нейроморфология, ЦНС, лососевые рыбы, экспериментальная ихтиология. УДК 594.32 С т а р у н о в а З. И., М и х а й л о в а Н. А., Г р а н о в и ч А. И. Анализ межпопуляционных и внутрипопуляционных различий формы раковины у представителей видового комплекса «saxatilis» (Mollusca: Caenogastropoda) методами геометрической морфометрии // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2010. Вып. 4. С. 23–34. Для оценки межпопуляционной и внутрипопуляционной изменчивости формы раковины самок баренцевоморских моллюсков L. compressa, L. saxatilis и L. arcana из совместных поселений использовали метод геометрической морфометрии. В результате сравнения усредненных конфигураций раковин получены статистически значимые различия формы раковин самок L. saxatilis, L. arcana, L. compressa. Выявлено, что раковина L. compressa более округлая с вытянутым в продольном направлении устьем. Раковина L. arcana в целом более узкая, 126 с небольшим устьем и выпуклыми оборотами (швы более вдавлены). Моллюски L. saxatilis, обитающие в нижней зоне литорали, характеризуются более широким устьем и менее вытянутой раковиной по сравнению с моллюсками этого же вида, обитающими в верхней части литорали. Библиогр. 18 назв. Ил. 6. Ключевые слова: видовой комплекс «saxatilis», криптические виды, геометрическая морфометрия. УДК 594.1:577.484(268.45) Н а з а р о в а С. А., Г е н е л ь т-Я н о в с к и й Е. А., М а к с и м о в и ч Н. В. Линейный рост Macoma balthica в осушной зоне Мурманского побережья Баренцева моря // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2010. Вып. 4. С. 35–43. В работе исследовано 7 литоральных участков Мурманского побережья Баренцева моря: Абрам-мыс, Пала-губа, губы Гавриловская, Ярнышная, Дальне-Зеленецкая, Шельпино, Порчниха. Линейный рост особей Macoma balthica восстанавливали по меткам зимних остановок роста и аппроксимировали уравнением Берталанфи. Также проведены исследования среднего годового прироста в различных возрастных группах. Наибольшая длина, отмеченная у раковин маком в осушной зоне Мурмана, составляет 20,3 мм. Максимальная продолжительность жизни особи 15 лет (длина раковины 18,8 мм). Типичные поселения маком в изученных акваториях гетерогенны по характеру линейного роста особей, но для интерпретации этой гетерогенности не удалось привлечь данные о пространственном положении станций сбора моллюсков. Однако отмечено, что на фоне широкой вариабельности величин годового прироста маком в возрастных группах наблюдается: достоверно более высокая скорость роста моллюсков в среднем горизонте осушной зоны и при стартовом размере особей возрастной группы 6–9 мм. Причем в более восточных поселениях последнее обстоятельство выражено резче. Библиогр. 21 назв. Ил. 4. Табл. 4. Ключевые слова: Macoma balthica, Баренцево море, линейный рост. УДК 574.583 С т о г о в И. А., П о л я к о в а Н. В., С т а р к о в А. И., М о в ч а н Е. А. Планктонные коловратки и ракообразные водоемов в районе МБС СПбГУ (о. Средний, Керетский архипелаг, Кандалакшский залив Белого моря) // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2010. Вып. 4. С. 44–51. В статье изложена история исследования зоопланктона разнотипных водоемов, расположенных в районе Морской биологической станции Санкт-Петербургского государственного университета. Видовые списки коловраток и ракообразных разнотипных водоемов в районе МБС СПбГУ насчитывают 97 форм зоопланктона, в том числе 40 видов коловраток, 30 — ветвистоусых и 27 — веслоногих ракообразных. В наскальных ваннах беломорских островов за счет разнообразия коловраток (29 видов) и веслоногих ракообразных (16 видов) сформировался наиболее таксономически богатый (58 видов) ротаторно-копеподный зоопланктон. Планктон малых озер беломорского побережья менее разнообразен (45 видов) и имеет выраженный кладоцерно-ротаторный характер. Беломорский зоопланктон таксономически наиболее беден (25 видов) и носит ярко выраженный копеподный характер. Библиогр. 20 назв. Ил. 1. Табл. 5. Ключевые слова: Белое море, наскальные ванны, зоопланктон, Rotifera, Cladocera, Copepoda. УДК 574.587;574.524 Ч у ж е к о в а Т. А., Ф а т е е в Д. А., С т о г о в И. А. Структурно-функциональные характеристики макрозообентоса нижнего течения реки Летняя (Карельский берег Белого моря) // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2010. Вып. 4. С. 52–60. Определены качественные и количественные характеристики макрозообентоса нижнего течения р. Летняя. Проведена оценка трофической структуры сообществ зообентоса. Отмечена 127 смена преобладающих трофических группировок в зависимости от гидрологических условий: на типично ритральных участках с высокими скоростями течения доминировали хищники, в ламбах — активные фильтраторы, а в переходной зоне — собиратели. Показаны закономерные колебания биомассы сообществ макрозообентоса при переходе от лентических к лотическим участкам реки. Проведено сравнение с подобными изменениями в структуре бентосных сообществ, связанными с воздействием бобровых плотин на динамику воды в реке. Библиогр. 38 назв. Ил. 2. Табл. 1. Ключевые слова: макрозообентос, сообщество, скорость течения, трофическая группировка, Верхняя и Нижняя ламбы, концепция речного континуума. УДК 574.34:57.084.1:597.556.253 Ш а т с к и х Е. В., Л а й у с Д. Л., И в а н о в а Т. С. Биотопическая приуроченность молоди трехиглой колюшки Gasterosteus aculeatus L. в естественных и экспериментальных условиях // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2010. Вып. 4. С. 61–70. В работе приводятся данные о распределении молоди трехиглой колюшки Gasterosteus aculeatus в районе Керетского архипелага Белого моря, а также результаты экспериментов по выбору молодью различных типов растительности. Полевые наблюдения показывают, что молодь колюшки держится главным образом в густых зарослях морской травы Zostera marina, в редких зарослях морской травы ее численность существенно ниже, а в зарослях фукоидов мальки отсутствовали полностью или были единичны. На участках с зарослями зостеры молодь колюшки появляется раньше. В экспериментах малькам давали различные субстраты: зостеру (плотность без корневищ 2116 г/м2 ), фукусы (3703 г/м2 ), разреженные фукусы (794 г/м2 ). Колюшки также предпочитали зостеру обоим вариантам фукусов, даже если заросли последних были более густыми. Характер местообитания мальков в море не влияет на предпочтения мальков: мальки, пойманные в зостере и фукоидах, не различались в своих предпочтениях. Результаты этих исследований говорят о том, что зостера играет существенную роль в жизни молоди колюшки и, соответственно, снижение или повышение численности зостеры может являться важным фактором, вызывающим изменения численности трехиглой колюшки в Белом море. Библиогр. 16 назв. Ил. 5. Табл. 1. Ключевые слова: Gasterosteus aculeatus, Белое море, выбор местообитания, распределение, эксперимент. УДК 581.824.1:582.473:581.522.5 П а у т о в А. А., А р б и ч е в а А. И. Возрастные изменения древесины Agathis brownii Lem. (Araucariaceae) // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2010. Вып. 4. С. 71–77. Изучено строение древесины A. brownii. Выявлены комплексы сопряженно меняющихся признаков, описывающих строение данной ткани. Показано, что в последовательно откладывающихся слоях древесины происходит: усиление паренхиматизации ткани; увеличение площади ее поперечного сечения, занятой трахеидами; их длины; диаметра наружных отверстий пор и толщины стенок; уменьшение утолщенности трахеид (отношения толщины стенки к диаметру трахеиды). Библиогр. 15 назв. Ил. 2. Табл. 1. Ключевые слова: Agathis brownii, древесина, трахеиды, радиальные лучи, корреляции. УДК 582.29 Г а г а р и н а Л. В., Г и м е л ь б р а н т Д. Е. Интересная находка Gyalecta derivata (Nyl.) H. Olivier на Северо-Западе Европейской России // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2010. Вып. 4. С. 78–80. Gyalecta derivata (Nyl.) H. Olivier впервые обнаружена на северо-западе Европейской России. Этот вид представляет определенный интерес, так как находки G. derivata на территории 128 страны немногочисленны. В России G. derivata была известна только в Краснодарском крае в административных пределах г. Сочи (Субтропический ботанический сад Кубани, окрестности пос. Лоо; окрестности пос. Каштаны). Библиогр. 18 назв. Ключевые слова: Gyalecta derivata, лишайники, Северо-Запад Европейской России, Ленинградская область. УДК 581.9 Б о н д а р е н к о С. В. Анализ флоры Кабардино-Балкарского государственного высокогорного заповедника (Центральный Кавказ) // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2010. Вып. 4. С. 81–89. В статье приводится краткая характеристика растительности Кабардино-Балкарского заповедника, дается всесторонний анализ его флоры, включающей 875 видов из 347 родов и 91 семейства. Описаны особенности распределения видов флоры по жизненным формам, географическим элементам. Для таксономической структуры флоры заповедника характерны черты в большей степени бореальные и высокогорные: обилие видов семейств Caryophyllaceae, Ranunculaceae, Rosaceae. Соотношение жизненных форм во флорах поясов определено климатическими условиями местности и полностью им соответствует. Высокогорный характер флоры подчеркивает содержание гемикриптофитов — 72,3%. Самый высокий эндемизм зарегистрирован во флоре альпийского пояса (57,5%). Среди эндемичных элементов велика роль кавказских видов. Адвентивная фракция флоры выявлена только в верхнем лесном поясе — 9 видов (1,5%). Библиогр. 13 назв. Табл. 4. Ключевые слова: Центральный Кавказ, Кабардино-Балкарский заповедник, флора, пояс растительности, анализ. УДК 577.151 П е т р о в а Т. А., Л я н г у з о в А. Ю., С т е ф а н о в В. Е. Энзимологическая школа кафедры биохимии Санкт-Петербургского государственного университета: традиции и современность // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2010. Вып. 4. С. 90–98. Настоящая публикация посвящена памяти профессора С. Н. Лызловой и является кратким обзором главных достижений кафедры биохимии Ленинградского/Санкт-Петербургского государственного университета в области энзимологии. Основное внимание в статье сфокусировано на работах С. Н. Лызловой и ее учеников по исследованию фосфагенкиназ. Кроме того, приводится обзор новых энзимологических направлений, разрабатываемых сотрудниками кафедры биохимии в течение двух последних десятилетий. Это — создание современной методологии анализа кинетики сложных ферментативных реакций, а также изучение молекулярных превращений субстратов в каталитических центрах ферментов методами компьютерного моделирования и вычислительной химии. Библиогр. 43 назв. Ил. 1. Ключевые слова: кафедра биохимии Санкт-Петербургского государственного университета, энзимология. УДК 576.3+537.67 К у р а н о в а М. Л., П а в л о в А. Е., С п и в а к И. М., С у р м а С. В., Щ е г о л е в Б. Ф., К у з н ец о в П. А., С т е ф а н о в В. Е. Воздействие гипомагнитного поля на живые системы // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2010. Вып. 4. С. 99–107. Изучалась проблема нарушений в функционировании живых систем, к которым может приводить действие сверхслабых магнитных и электромагнитных полей. Влияние компенсированного и экранированного геомагнитного поля на биосистемы исследовали на уровне целого организма и на клеточном уровне (клетках линии HeLa и VH-10). Показано, что у крыс в условиях компенсированного геомагнитного поля изменяются артериальное давление и частота сердечных сокращений. В экспериментах на клеточных культурах установлено, что 129 экранирование геомагнитного поля приводит к изменениям уровня белка Р-53 и структуры митохондриальной сети, сходным к наблюдаемым при окислительном стрессе и повреждении ДНК, что свидетельствует об участии этих факторов в реализации адаптивного ответа живых систем к гипомагнитным условиям. Библиогр. 27 назв. Ил. 3. Ключевые слова: магнитное поле, компенсация, экранирование, стрессовая реакция, белок Р-53, митохондриальная сеть, клеточные культуры HeLa и VH-10. УДК 578.22HIV: 612.017.12 В о р о ж ц о в а Е. В., Д у х о в л и н о в И. В., К л и м о в Н. А., К о з л о в А. П. Усиление иммуногенности плазмидной ДНК, экспрессирующей белок Gag вируса иммунодефицита человека, при ко-трансфекции плазмидой, несущей ген дефенсина-2β // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2010. Вып. 4. С. 108–116. Сконструированы экспрессионные плазмиды pBMCgagA(Hum) и pBMCdef-2β, осуществляющие экспрессию в клетках млекопитающих белка Gag вируса иммунодефицита человека 1-го типа субтипа А и дефенсина 2β мыши соответственно. При внутримышечном введении мышам BALB/C плазмиды рВМСgagA(Hum) в дозе 100 мкг/мышь в крови мышей появлялся белок Gag в концентрациях до 9,16 пг/мл и антитела к белку Gag в титрах 1:10. При совместном внутримышечном введении мышам линии ВАLB/c двух плазмидных ДНК — pBMCdef-2β и рВМСgagA(Hum) — происходило усиление образования антител к белку Gag (титры антител > 1:1000). Возможно, иммуностимулирующее действие дефенсина-2β связано с его способностью к хемоаттрактации незрелых дендритных клеток к месту инъекции, которые, в свою очередь, эффективно поглощают, процессируют и презентируют в виде пептидов вирусный белок Gag Т4-лимфоцитам. Библиогр. 19 назв. Ил. 6. Табл. 1. Ключевые слова: ВИЧ-1, Gag, антитела, ДНК-иммуноген, ДНК-имунизация, дефенсин-2β, генетический адъювант, иммуномодулятор, дендритные клетки. УДК 616.24-002.5+615.331 Ч е р н я е в а Е. Н., Д о б р ы н и н П. В., П е с т о в а Н. Е., М а т в е е в а Н. Г., Ж е м к о в В. Ф., К о з л о в А. П. Обнаружение мутаций, ассоциированных с устойчивостью к офлоксацину в генах gyrA и gyrB, и молекулярно-генетический анализ офлоксацинустойчивых изолятов M. tuberculosis, выявленных в Санкт-Петербурге в 2008 г. // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2010. Вып. 4. С. 117–125. Цель исследования — определение частоты мутаций, ассоциированных с устойчивостью к офлоксацину в генах gyrA и gyrB у изолятов M. tuberculosis, выявленных в Санкт-Петербурге в 2008 г., а также генетический анализ обнаруженных офлоксацин-устойчивых штаммов. Результаты секвенирования ДНК показали, что 17 из 30 (56,6%) изолятов M. tuberculosis, устойчивых к офлоксацину, имели мутации в регионе QRDR гена gyrA, ассоциированные с резистентностью к фторхинолонам, из них у 11 изолятов были мутации, приводящие к замене D94G или D94A, 3 изолята имели мутацию A90V, еще 3 изолята имели замену S91P. Тринадцать (43,4%) офлоксацин-устойчивых изолятов M. tuberculosis не имели нуклеотидных замен, ассоциированных с лекарственной устойчивостью в проанализированной области гена gyrA. Анализ фрагмента гена gyrB не обнаружил мутаций ни у одного из 30 изолятов M. tuberculosis, обладающих устойчивостью к офлоксацину. Сполиготипирование показало низкое генетическое разнообразие офлоксацин-устойчивых штаммов M. tuberculosis. Библиогр. 36 назв. Табл. 4. Ключевые слова: Mycobacterium tuberculosis, gyrA, gyrB, генетическое разнообразие. ABSTRACTS N i c k u l i n A. D., C h i s t y a k o v D. V. Ecology of bats (Chiroptera, Vespertilionidae) in Sebezhskiy national park (Pskov region). During 1999–2000, 2007 and 2008 some peculiarities of bat ecology were studied on the territory of the Sebezhskiy national park on the south-west of the Pskov region. As the result of the work we have found seven species of bats: Myotis daubentonii, Myotis dasycneme, Nyctalus noctula, Pipistrellus nathusii, Eptesicus nilssonii, Vespertilio murinus, Plecotus auritus. The data obtained showed the uneven inhabitation of the researched area by different species of bats. We have determined the composition of diets of numerous species and their hunting strategies. Keywords: bats, ecology, diet, Pskov region. O b u k h o v D. K., O b u k h o v a E. V., P u s h c h i n a E. V., K o r o l e v a T. V. Comparative analysis of Structure Functional Organization of Salmon Brain. Report 2. Structure and development of Oncorhynchus masu Brev. brain. Structure and development of the Oncorhynchus masu Brev. brain have been analyzed. General organization of the telencephalon and mesencephalon O. masu are similar to other Salmonidae fishes. The modern methods of quantitative analysis demonstrate, that formation of central nervous system of juvenile salmon fishes, bred in special fisher fabrica condition are much closer to the wild type. The date obtained evidence for feasibility of creating condition improving the quality of the pisciculture fry. Keywords: evolution neurohistology, CNS, salmonidae fishes, Oncorhynchus masu Brev. S t a r u n o v a Z. I., M i k h a i l o v a N. A., G r a n o v i t c h A. I. The analysis of interpopulation and intrapopulation differences of shell shape by geometric morphometric methods in «saxatilis» species complex (Mollusca: Caenogastropoda). Geometric morphometric methods were used to study interpopulation and intrapopulation differences of shell shape in females of L. compressa, L. saxatilis and L. arcana. The results showed significant differences in shell shape between consensus configuration of females in «saxatilis» species complex. L. compressa had relatively rounded shell shape with an elongated aperture. Shells of L. arcana was thinner but ridged with a smaller aperture. L. saxatilis from the lower litoral zone had a wider aperture, while mollusks from the upper litoral zone had a thinner shell. There are significant differences between females of L. arcana and L. saxatilis cryptic species from sympatric populations. Keywords: «saxatilis» species complex, cryptic species, geometric morphometric. N a z a r o v a S. A., G e n e l t-Y a n o v s k i y E. A., M a k s i m o v i c h N. V. Linear growth of Macoma balthica in the Murmansk tidal zone (the Barents Sea). There were studied 7 tidal areas near Murmansk coast in the Barents Sea: cape Abram, bays Pala, Gavrilovo, Yarnyshnaya, Dalne-Zeleneckaya, Shelpino, Porchnikha. Macoma balthica linear growth was reconstructed by winter growth stop marks and was described by Bertalanffi model. Mean annual growth at different ages was also investigated. Maximum shell length was 20.3 mm. Maximum life span was 15 years (at shell length 18.8 mm). Linear growth was strongly different in investigated population. There were no correspondence between growth differences and area location. The growth rates was the highest in the middle part of each areas (ANOVA, F = 15.92, p < 0.05) and in individuals with shell length 6–9 mm (ANOVA, F = 4.20, p < 0.05). In the east population connection between shell length and growth rates was greater. Keywords: Macoma balthica, Barents Sea, linear growth. 131 S t o g o v I. A., P o l y a k o v a N. V., S t a r k o v A. I., M o v c h a n E. A. Planktonic Rotifera and Crustacea of reservoirs near Marine Biostation of St.Petersburg State University (an Island Sredniy, Keretsky archipelago, Kandalaksha bay White Sea). The results of long-term research of the zooplankton performed by experts of St.Petersburg State University on polytypic reservoirs in the area of Marine Biostation of St.Petersburg State University are stated. Species lists of planktonic Rotifera and Crustacea of coastal lakes, rock pools and coastal saltwater areas of the White Sea are presented. Keywords: White Sea, rock pools, zooplankton, Rotifera, Cladocera, Copepoda. C h u z h e k o v a T. A., F a t e e v D. A., S t o g o v I. A. Structural and functional charcteristics of benthic macroinvertebrates in downstream of the Letnyaya river (Karelian Coast of the White Sea). Quantitative and qualitative characteristics of benthic communities in the studied part of the river were estimated as common for streams of the Karelian region. Maximal biomass was revealed in the fast flow sites down to limnic parts of the river. As a functional characteristic, the trophic structure was examined. Seven trophic groups were found and three types of communities accoding to their domination were distinguished. Predators dominated (more than 30% of the total abundance) in the first community type on sites with high velocity, collectors were the main group in the hydraulic stress zones and active filter feeders dominated in the third community type in the limnic parts of the river. Keywords: benthic macroinvertebrates, community, velocity, trophic group, upper and lower flowing lakes, river continuum concept. S h a t s k i k h E. V., L a j u s D. L., I v a n o v a T. S. Habitat preference of juvenile three spine stickleback Gasterosteus aculeatus L. in natural and experimental conditions. The data on the distribution of juvenile three spine stickleback Gasterosteus aculeatus in the Keret archipelago of the White Sea and results of experiments on juvenile preference of various types of vegetation are presented. Field observations show that the juvenile stickleback occur mainly in the seagrass Zostera marina beds, in fucoids their density is significantly lower. In the experiments stickleback also preferred seagrass to fucoids, even if the density of the latter is higher. These findings suggest that seagrass plays a significant role in the life of juvenile stickleback and, consequently, decrease or increase of seagrass abundance can be an important factor influencing stickleback abundance in the White Sea. Keywords: Distribution, experiments, Gasterosteus aculeatus, habitat choice, juvenile, White Sea. P a u t o v A. A., A r b i c h e v a A. I. Age-specific changes of Agathis brownii Lem. (Araucariaceae) wood. Agathis brownii wood structure is studied. Complexes of correlatively changing characters depicting the present tissue are revealed. Sequentially originating wood layers are shown to be characterized by the enhance in tissue parenchimatization; increase in its transverse area occupied by tracheids; enlargement in their length, diameter of the external face of pores and wall width; decrease in the tracheid thickness (ratio between the cell wall width and the tracheid diameter). Keywords: Agathis brownii, wood, tracheid, radial rays, correlations. G a g a r i n a L. V., H i m e l b r a n t D. E. Interesting record of Gyalecta derivata (Nyl.) H. Olivier in the North-Western European Russia. Gyalecta derivata (Nyl.) H. Olivier was found in the North-Western European Russia for the first time. The discovery of this species is quite interesting because the findings of G. derivata in Russia are extremely few. In Russia G. derivata was known only from the Krasnodar Region, 132 Sochi territory (Subtropical Botanical Garden of Kuban near the village Loo; vicinity of the village Kashtany). Keywords: Gyalecta derivata, lichens, North-Western European Russia, Leningrad Region. B o n d a r e n k o S. V. The analysis of flora of the Kabardino-Balkar state high-mountainous reservation (the Central Caucasus). The short characteristic of vegetation of the Kabardino-Balkar reservation is presented, the comprehensive analysis of its flora includes 875 species from 347 genera and 91 families are given. Features of distribution of flora species by life forms, geographical elements are described. For taxonomical structures of reservation flora lines to a great extent boreal and high-mountainous: an abundance of species of Caryophyllaceae, Ranunculaceae, Rosaceae families are characteristic. The parity of life forms in the flora of belts is defined by climatic conditions of district and completely to them corresponds. High-mountainous character of the flora underlines the maintenance hemicryptophytes — 72,3%. The highest endemism is registered in the flora of the alpine belt (57,5%). Among endemical elements the role of the Caucasian species is great. The adventive fraction of the flora is revealed only in the upper forest belt — 9 species (1,5%). Keywords: the Central Caucasus, the Kabardino-Balkar reservation, flora, floral belt, analysis. P e t r o v a T. A., L y a n g u z o v A. Yu., S t e f a n o v V. E. Enzymology school of the Biochemistry department of St. Petersburg State university: traditions and current state. The paper is dedicated to Professor S. N. Lyzlova. It contains a review of the main achievements of the Biochemistry department of St.Petersburg State university in the area of enzymology. The authors focus mainly on the investigations of phosphagen kinases carried out by S. N. Lyzlova and representatives of her school. Besides it also deals with the new research trends developed at the department of Biochemistry since early nineties of the last century. These are developments of modern methodology for kinetic analysis of complex enzymatic systems and analysis of the mechanism of chemical conversion of substrates in the catalytic sites of enzymes by means of computer simulation and computational chemistry. Keywords: biochemical department of St.Petersburg University, enzymology. K u r a n o v a M. L., P a v l o v A. E., S p i v a k I. M., S u r m a S. V., S h c h e g o l e v B. F., K u z n et s o v P. A., S t e f a n o v V. E. Effect of the hypomagnetic field on living systems. The effects of compensated and shielded geomagnetic field on biosystems were studied on the level of organism and cellular level (VH-10 and HeLa cell cultures). In compensated geomagnetic field significant changes in rat’s blood pressure and frequency of heart contraction were registered. Shielded geomagnetic field resulted in changes in mitochondrial net and P53 concentration similar to those observed under oxidative stress and DNA damage suggesting involvement of these factors in the realization of the adaptive response of the living system to the hypomagnetic environment. Keywords: magnetic field, shielding, stress reaction, mitochondrial net, VH-10 and HeLa cell cultures, protein P53. V o r o z h t s o v a E. V., D u k h o v l i n o v I. V., K l i m o v N. A., K o z l o v A. P. Increase of plasmid DNA immunogenicity encoded gene gag of HIV in case of co-transfection with plasmid, encoded defensine-2-beta. Plasmid DNAs pBMCgagA(Hum) and pBMCdef-2β expressing the HIV-1(A) Gag protein and mouse defensin-2β in mammalian cells were constructed. After intramuscular injection of the plasmid pBMCgagA(Hum) (100 mcg/mouse) in BALB/c mice up to 9,16 pg/ml of HIV-1 Gag protein and antibodies to this protein (1:10) were detected in the blood. Intramuscular injection of two plasmids — pBMCdef-2β and pBMCgagA(Hum) resulted in induction of high titer anti-bodies to Gag protein (1:1000). Perhaps this immunostimulating activity of Defensine-2β is connected with 133 the ability to attract immaturel dendric cells to the site of injection, which are able to absorb, process and present viral protein gag to CD4 lymphocytes. Keywords: HIV-1, Gag, antibodies, DNA-immunogene, DNA-immunization, defensine-2b, genetic adjuvant, immunomodulator, dendritic cells. C h e r n y a e v a E. N., D o b r y n i n P. V., P e s t o v a N. E., M a t v e e v a N. G., Z h e m k o v V. F., K o z l o v A. P. Evaluation of mutations in gyrA and gyrB genes associated with ofloxacinresistance and molecular-genetic characteristic of ofloxacin-resistant M. tuberculosis isolates revealed in St. Petersburg in 2008. The main goal of the study was to determine mutation frequency in gyrA and gyrB genes associated with ofloxacin resistance and genotyping ofloxacin-resistant M. tuberculosis isolates revealed in St.Petersburg in 2008. Results of DNA sequencing showed that 17 of 30 (56.6%) M. tuberculosis isolates resistant to ofloxacin possessed mutations in QRDR region of gyrA gene associated with resistance to fluorquinolones. Eleven of these isolates had mutations leading to D94G or D94A substitutions, 3 isolates had mutation A90V, and the other 3 isolates had S91P substitution. Thirteen ofloxacin-resistant isolates (43.4%) did not have any mutations associated with drug resistance within the examined region of gyrA gene. There were no mutations within the studied region of gyrB gene among 30 ofloxacin-resistant isolates of M. tuberculosis. Spoligotyping showed a low level of genetic diversity among M. tuberculosis ofloxacin-resistant strains. Keywords: Mycobacterium tuberculosis, gyrA, gyrB, genetic diversity. АВТОРЫ ВЫПУСКА Арбичева Алиса Игоревна, студентка кафедры ботаники биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: alisaads@rambler.ru Бондаренко Святослав Владимирович, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник отдела природы Краснодарского государственного историко-археологического музея-заповедника им. Е. Д. Фелицина; e-mail: bota_nik@inbox.ru Ворожцова Елена Валентиновна, младший научный сотрудник, врач-лаборант ННИУ «Биомедицинский центр»; e-mail: callipso1@yandex.ru Гагарина Людмила Владимировна, аспирант лаборатории лихенологии и бриологии Ботанического института им. В. Л. Комарова РАН; e-mail: qvercus@yandex.ru Генельт-Яновский Евгений Александрович, магистр биологии, аспирант кафедры зоологии беспозвоночных биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: eugene_genelt-ya@mail.ru Гимельбрант Дмитрий Евгеньевич, старший преподаватель кафедры ботаники биологопочвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: d_brant@mail.ru Гранович Андрей Игоревич, доктор биологических наук, кафедра зоологии беспозвоночных биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: granovitch@mail.ru Добрынин Павел Владимирович, старший лаборант ННИУ «Биомедицинский центр»; e-mail: pdobrynin@gmail.com Духовлинов Илья Владимирович, старший научный сотрудник ННИУ «Биомедицинский центр»; e-mail: Hiv-1111@mail.ru Жемков Владимир Филиппович, доктор медицинских наук, главный врач Городского противотуберкулезного диспансера; e-mail: gptd@mail.wplus.net Иванова Татьяна Сослановна, научный сотрудник кафедры ихтиологии и гидробиологии биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: tut2000@gmail.com Климов Николай Анатольевич, ведущий научный сотрудник лаборатории № 8 Гос. НИИ ОЧБ; e-mail: contact@biomed.spb.ru Козлов Андрей Петрович, доктор биологических наук, профессор кафедры биохимии Санкт-Петербургского государственного университета; директор ННИУ «Биомедицинский центр»; e-mail: contact@biomed.spb.ru Королёва Татьяна Викторовна, инженер кафедры цитологии и гистологии биологопочвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: berchet@mail.ru Кузнецов Павел Алексеевич, кандидат технических наук, заместитель начальника отдела ФГУП центрального научно-исследовательского института конструкционных материалов «Прометей»; e-mail: prometey_35otdel@mail.ru Куранова Мирья Леонидовна, студентка пятого курса физико-медицинского факультета СПбГПУ; e-mail: mirya_san@mail.ru Лайус Дмитрий Людвигович, кандидат биологических наук, доцент кафедры ихтиологии и гидробиологии биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: dlajus@gmail.com Лянгузов Андрей Юрьевич, кандидат биологических наук, доцент кафедры биохимии биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: andy_l@lya.spb.ru Максимович Николай Владимирович, доктор биологических наук, заведующий кафедрой ихтиологии и гидробиологии биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: nikmax1950@mail.ru 135 Матвеева Наталья Георгиевна, заведующая клинико-диагностической лабораторией Городского противотуберкулезного диспансера; e-mail: gptd@mail.wplus.net Михайлова Наталья Аркадьевна, кандидат биологических наук, ЦИН РАН; e-mail: natmik@mail.ru Мовчан Екатерина Анатольевна, магистр биологии, ассистент кафедры ихтиологии и гидробиологии биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: movchan_ekaterin@mail.ru Назарова София Александровна, магистр биологии, аспирант кафедры ихтиологии и гидробиологии биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: sophia.nazarova@gmail.com Никулин Алексей Дмитриевич, студент кафедры зоологии позвоночных биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: Nidus@inbox.ru Обухов Дмитрий Константинович, доктор биологических наук, профессор кафедры цитологии и гистологии биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: dkobukhov@yandex.ru Обухова Евгения Владимировна, ассистент кафедры цитологии и гистологии биологопочвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: evobukhova@mail.ru Павлов Александр Евгеньевич, аспирант кафедры биохимии биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: ae.pavlov@gmail.com Паутов Анатолий Александрович, доктор биологических наук, заведующий кафедрой ботаники биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: irapautova@mail.ru, pautov@bio.pu.ru Пестова Наталья Евгеньевна, старший лаборант ННИУ «Биомедицинский центр»; e-mail: kaktus8585@mail.ru Петрова Татьяна Александровна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник кафедры биохимии биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: tatianap@mail.com Полякова Наталия Владимировна, ассистент кафедры ихтиологии и гидробиологии биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: nvpnataly@yandex.ru Пущина Евгения Владиславовна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории цитофизиологии института биологии моря ДВО РАН (Владивосток); e-mail: epushhina@yandex.ru Спивак Ирина Михайловна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института цитологии РАН, преподаватель биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: irina_spivak@hotmail.com Старков Алексей Иванович, магистр биологии, инженер кафедры ихтиологии и гидробиологии биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: aist606@gmail.com Старунова Зинаида Игоревна, аспирант кафедры зоологии беспозвоночных биологопочвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; е-mail: z.loskutova@gmail.com Стефанов Василий Евгеньевич, кандидат биологических наук, заведующий кафедрой биохимии биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: vastef@mail.ru Стогов Игорь Арсениевич, кандидат биологических наук, доцент кафедры ихтиологии и гидробиологии биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: igor_stogov@yahoo.com Сурма Сергей Викторович, кандидат технических наук, научный сотрудник Института физиологии им. И. П. Павлова РАН; e-mail: svs-infran@yandex.ru 136 Фатеев Даниил Андреевич, студент кафедры ихтиологии и гидробиологии биологопочвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: d_fateev@mail.ru Черняева Екатерина Николаевна, аспирант кафедры биохимии Санкт-Петербургского государственного университета; научный сотрудник ННИУ «Биомедицинский центр»; e-mail: echernya@gmail.com Чистяков Дмитрий Владимирович, соискатель, научный сотрудник кафедры зоологии позвоночных биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: batsnwr@mail.ru Чужекова Татьяна Александровна, студентка кафедры ихтиологии и гидробиологии биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: chuzhekova@rambler.ru Шатских Елена Викторовна, студентка кафедры ихтиологии и гидробиологии биологопочвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета; e-mail: onebat@yandex.ru Щеголев Борис Федорович, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института физиологии им. И. П. Павлова РАН; e-mail: shcheg@mail.ru ПЕРЕЧЕНЬ СТАТЕЙ, ОПУБЛИКОВАННЫХ В ЖУРНАЛЕ «ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА» в 2010 году СЕРИЯ 3: БИОЛОГИЯ Ботаника Бондаренко С. В. Анализ флоры Кабардино-Балкарского государственного высокогорного заповедника (Центральный Кавказ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Власов Д. Ю., Ростова Н. С. Сравнительный анализ микобиот природных и искусственных каменистых субстратов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Гагарина Л. В., Гимельбрант Д. Е. Интересная находка Gyalecta derivata (Nyl.) H. Olivier на Северо-Западе Европейской России . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Кучеров И. Б., Головина Е. О., Гимельбрант Д. Е., Чепинога В. В. Лишайниковые и лишайниково-зеленомошные сосновые леса и редколесья Керетского Беломорья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Лисовская О. А., Никитина В. Н. Разнообразие водорослей прибрежного макрофитобентоса южной части российского побережья Черного моря . . . . . . . . . . . . . Паутов А. А., Арбичева А. И., Яковлева О. В. Корреляции признаков строения листа Agathis brownii Lem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Паутов А. А., Арбичева А. И. Возрастные изменения древесины Agathis brownii Lem. (Araucariaceae) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Паутов А. А., Мельникова А. Н., Яковлева О. В. Два направления эволюции листа акаций в аридных условиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Романова М. А., Науменко А. Н., Евкайкина А. И. Особенности апикального морфогенеза в разных таксонах несеменных растений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Сорокина И. А., Бубырева В. А., Чиркова (Виноградова) Г. А. Интересные ботанические находки во флоре бассейна среднего течения реки Свири (Ленинградская область, Подпорожский район) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Сумина О. И., Власов Д. Ю., Долгова Л. Л., Сафронова Е. В. Особенности формирования сообществ микромицетов в зарастающих песчаных карьерах севера Западной Сибири . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Тиходеева М. Ю., Лебедева В. Х., Ипатов В. С. Оценка влияния древостоя на развитие кроны дерева . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Чемерис Е. В., Филиппов Д. А. Batrachospermum turfosum (Batrachospermaceae, Rhodophyta) в водоемах верховых болот Вологодской области . . . . . . . . . . . . . Вып. Стр. 4 81–89 1 22–35 4 78–80 1 44–54 1 36–43 3 21–28 4 71–77 2 91–99 3 29–41 3 42–48 2 84–90 1 15–21 3 49–53 2 3–6 2 20–25 2 7–12 2 39–46 2 13–19 По материалам Десятой научной сессии Морской биологической станции Санкт-Петербургского государственного университета Раилкин А. И., Чунаев А. С. Научные исследования на Морской биологической станции Санкт-Петербургского государственного университета (к 10-летию проведения научных сессий МБС). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Зоология Алексеева Н. В. Пространственная реконструкция основных элементов нервной системы Nymphon rubrum (Pantopoda) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Обухов Д. К., Обухова Е. В., Пущина Е. В. Сравнительный анализ структурнофункциональной организации головного мозга лососевых рыб. Сообщение I. Атлантический лосось Salmo salar L. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Раилкин А. И., Чикадзе С. З., Попов В. А., Сафина Д. А. Прикрепление морских бентосных организмов при пониженном содержании кальция в воде . . . . . . Старунов В. В., Лаврова О. Б., Тихомиров И. А. Первичная гетерономность сегментов у полихет и рост Nereis virens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Фатеев А. Э., Никулинский Д. А. К вопросу о ресурсодобывающем поведении полихет-фабрициин (Sabellidae, Fabriciinae) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 26–38 2 55–62 2 47–54 2 2 68–74 63–67 2 75–81 2 82–83 4 3–12 1 3–14 4 35–43 4 13–22 4 23–34 4 44–51 4 52–60 4 61–70 2 100–106 Ихтиология и гидробиология Ершов П. Н. О многолетних изменениях в составе пищи европейского керчака Myoxocephalus scorpius (Linnaeus, 1758) в Кандалакшском заливе Белого моря . . Примаков И. М., Кутчева И. П., Кузнецова Е. А., Чернова Е. Н. Жизненные циклы Pseudocalanus minutus и Calanus glacialis в Кандалакшском заливе Белого моря . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Биохимия Комлев А. В., Шамова О. В., Андреева Ю. В., Кокряков В. Н. Изучение физико-химических и функциональных свойств антимикробных пептидов сцифоидной медузы Cyanea capillata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Кулёва Н. В. Биохимические маркеры в водной экотоксикологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Физиология растений Тараховская Е. Р., Маслов Ю. И. Специфика усвоения маннита у Fucus vesiculosus L. и Ascophyllum nodosum (L.) Le Jolis (Phaeophyta) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Резолюция Десятой научной сессии Морской биологической станции Санкт-Петербургского государственного университета . . . . . . . . . . . . . Зоология Никулин А. Д., Чистяков Д. В. Экология рукокрылых (Chiroptera, Vespertilionidae) Себежского национального парка (Псковская область) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Пчелинцев В. Г., Бабушкин М. В., Кузнецов А. В. Распределение и численность орлана-белохвоста (Haliaeetus albicilla) и скопы (Pandion haliaetus) на северозападе России . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . По материалам Одиннадцатой научной сессии Морской биологической станции Санкт-Петербургского государственного университета Назарова С. А., Генельт-Яновский Е. А., Максимович Н. В. Линейный рост Macoma balthica в осушной зоне Мурманского побережья Баренцева моря . . . Обухов Д. К., Обухова Е. В., Пущина Е. В., Королева Т. В. Сравнительный анализ структурно-функциональной организации головного мозга лососевых рыб. Сообщение II. Строение и развитие головного мозга симы Oncorhynchus masu Brev. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Старунова З. И., Михайлова Н. А., Гранович А. И. Анализ межпопуляционных и внутрипопуляционных различий формы раковины у представителей видового комплекса «saxatilis» (Mollusca: Caenogastropoda) методами геометрической морфометрии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Стогов И. А., Полякова Н. В., Старков А. И., Мовчан Е. А. Планктонные коловратки и ракообразные водоемов в районе МБС СПбГУ (о. Средний, Керетский архипелаг, Кандалакшский залив Белого моря) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Чужекова Т. А., Фатеев Д. А., Стогов И. А. Структурно-функциональные характеристики макрозообентоса нижнего течения реки Летняя (Карельский берег Белого моря) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Шатских Е. В., Лайус Д. Л., Иванова Т. С. Биотопическая приуроченность молоди трехиглой колюшки Gasterosteus aculeatus L. в естественных и экспериментальных условиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Физиология, биофизика, биохимия Бутакова С. С., Ноздрачев А. Д. Физиологические механизмы секреции кальцитонина при инсулиновой гипогликемии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 Ворожцова Е. В., Духовлинов И. В., Климов Н. А., Козлов А. П. Усиление иммуногенности плазмидной ДНК, экспрессирующей белок Gag вируса иммунодефицита человека, при ко-трансфекции плазмидой, несущей ген дефенсина-2β . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Кашин Р. Ю., Ноздрачев А. Д., Циркин В. И. Модуляция сократительных ответов гладких мышц почечной артерии коровы на адренергические, холинергические и деполяризующие воздействия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Куранова М. Л., Павлов А. Е., Спивак И. М., Сурма С. В., Щеголев Б. Ф., Кузнецов П. А., Стефанов В. Е. Воздействие гипомагнитного поля на живые системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Матюшичев В. Б., Шамратова В. Г. Влияние концентрации эритроцитов и ретикулоцитов на электрофоретическую подвижность эритроцитов . . . . . . . . . . . . . . Матюшичев В. Б., Шамратова В. Г. Возрастные и половые особенности взаимосвязей параметров объема эритроцитов и тромбоцитов крови человека . . . . . . . Матюшкин Д. П. К вопросу о физиологическом механизме мышления . . . . . . . . . . . . . Митрофанова А. В. Особенности гемодинамики при реализации нырятельной реакции у человека . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Оксман А. Я., Доброгорская М. В., Климова М. С., Сакута Г. А., Морозов В. И. Цитопротекторное действие нестероидного противовоспалительного препарата глюкурал (водорастворимый комплекс N-метил-D-глюкозамина с 6-метилурацилом) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Петрова Т. А., Лянгузов А. Ю., Стефанов В. Е. Энзимологическая школа кафедры биохимии Санкт-Петербургского государственного университета: традиции и современность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Прокофьев А. В., Разговорова И. А., Кравцова В. В., Кривой И. И. Исследование хронического действия никотина на m. soleus крысы при помощи силиконовых имплантатов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Филиппова Л. В., Ноздрачев А. Д. Бронхолегочный нервнорецепторный аппарат . . . Черняева Е. Н., Добрынин П. В., Пестова Н. Е., Матвеева Н. Г., Жемков В. Ф., Козлов А. П. Обнаружение мутаций, ассоциированных с устойчивостью к офлоксацину в генах gyrA и gyrB, и молекулярно-генетический анализ офлоксацин-устойчивых изолятов M. tuberculosis, выявленных в Санкт-Петербурге в 2008 г. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Шерешков В. И., Шумилова Т. Е., Январева И. Н. Видовые особенности хронотропной реакции сердца у водоплавающих птиц при погружении в воду . . . . . . . 4 108–116 1 55–71 4 99–107 1 99–102 3 1 78–83 103–107 1 89–98 1 80–88 4 90–98 1 3 72–79 54–77 4 117–125 2 107–113 3 93–98 3 84–92 1 108–119 1 120–126 3 99–109 3 110–124 3 125–133 2 114–128 Физиология растений Баринова К. В., Щипарев С. М., Шаварда А. Л., Власов Д. Ю. Влияние карбоната кальция на ацидофицирующую активность микромицетов . . . . . . . . . . . . . . . . Билова Т. Е., Шарова Е. И. Влияние оксидаз клеточных стенок на содержание Н2 О2 в апопласте проростков кукурузы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Липчинский А. А. Модель функционирования экспансинов путем активации солитонных возмущений в микрофибриллах целлюлозы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Петропавловский А. А., Никитина В. Н. Видовой состав термофильных цианобактерий некоторых источников Паужетского геотермального месторождения (п-ов Камчатка) и особенности их культивирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Почвоведение Абакумов Е. В., Сапега В. Ф. Минералогический состав илистых фракций некоторых Антарктических почв . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Апарин Б. Ф., Новокрещенных Т. А., Сухачева Е. Ю. Почвенный покров котловины озера Беле республики Хакасия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Балашов Е. В., Бурова А. В., Банкина Т. А. Сезонная динамика водопрочных агрегатов в зависимости от содержания соединений углерода и биологической активности почвы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Безносиков В. А., Лодыгин Е. Д., Чуков С. Н. Ландшафтно-геохимическая оценка фонового содержания тяжелых металлов в почвах таежной зоны . . . . . . . . . 140 Зоология, энтомология Кнышов А. А., Намятова А. А. Дополнение к фауне полужесткокрылых (Heteroptera) Государственного природного заповедника «Тигирекский» Алтайского края . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Чистяков Д. В., Богдарина С. В. Новые находки зимовок рукокрылых (Chiroptera, Vespertilionidae) на Северо-Западе России . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9–20 3 3–8 1 127–128 Хроника Памяти профессора Е. Г. Скворцевича . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CONTENTS Zoology Nickulin A. D., Chistyakov D. V. Ecology of bats (Chiroptera, Vespertilionidae) in Sebezhskiy national park (Pskov region) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Based on proceedings of the eleventh scientific session of the Marine Biological Station of Saint Petersburg State University Obukhov D. K., Obukhova E. V., Pushchina E. V., Koroleva T. V. Comparative analysis of Structure Functional Organization of Salmon Brain. Report 2. Structure and development of Oncorhynchus masu Brev. brain. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Starunova Z. I., Mikhailova N. A., Granovitch A. I. The analysis of interpopulation and intrapopulation differences of shell shape by geometric morphometric methods in «saxatilis» species complex (Mollusca: Caenogastropoda) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nazarova S. A., Genelt-Yanovskiy E. A., Maksimovich N. V. Linear growth of Macoma balthica in the Murmansk tidal zone (the Barents Sea). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stogov I. A., Polyakova N. V., Starkov A. I., Movchan E. A. Planktonic Rotifera and Crustacea of reservoirs near Marine Biostation of St. Petersburg State University (an Island Sredniy, Keretsky archipelago, Kandalaksha bay White sea) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chuzhekova T. A., Fateev D. A., Stogov I. A. Structural and functional charcteristics of benthic macroinvertebrates in downstream of the Letnyaya river (Karelian Coast of the White Sea) Shatskikh E. V., Lajus D. L., Ivanova T. S. Habitat preference of juvenile three spine stickleback Gasterosteus aculeatus L. in natural and experimental conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 23 35 44 52 61 Botany Pautov A. A., Arbicheva A. I. Age-specific changes of Agathis brownii Lem. (Araucariaceae) wood . Gagarina L. V., Himelbrant D. E. Interesting record of Gyalecta derivata (Nyl.) H. Olivier in the North-Western European Russia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bondarenko S. V. The analysis of flora of the Kabardino-Balkar state high-mountainous reservation (the Central Caucasus) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 78 81 Physiology, Biophysics, Biochemistry Petrova T. A., Lyanguzov A. Yu., Stefanov V. E. Enzymology school of the Biochemistry department of St. Petersburg State university: traditions and current state . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kuranova M. L., Pavlov A. E., Spivak I. M., Surma S. V., Shchegolev B. F., Kuznetsov P. A., Stefanov V. E. Effect of the hypomagnetic field on living systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vorozhtsova E. V., Dukhovlinov I. V., Klimov N. A., Kozlov A. P. Increase of plasmid DNA immunogenicity encoded gene gag of HIV in case of co-transfection with plasmid, encoded defensine-2-beta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chernyaeva E. N., Dobrynin P. V., Pestova N. E., Matveeva N. G., Zhemkov V. F., Kozlov A. P. Evaluation of mutations in gyrA and gyrB genes associated with ofloxacin-resistance and molecular-genetic characteristic of ofloxacin-resistant M. tuberculosis isolates revealed in St. Petersburg in 2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 99 108 117 Abstracts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Authors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 List of the articles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
