Eastern-Urals radioactive trace as a source of genetic diversity in rodents populations at adjacent territories

Толық мәтін

Проблема биологической эффективности воздействия малых доз ионизирующих излучений остается одной из актуальных проблем радиобиологии и радиоэкологии. Восточно-Уральский радиоактивный след – ВУРС (Южный Урал, Челябинская обл.) сформировался в результате Кыштымской радиационной аварии 1957 г. Дополнительное загрязнение территории (¹³⁷Cs) произошло в 1967 г. в результате переноса ила и песка с берегов оз. Карачай, которое использовалось в качестве открытого хранилища радиоактивных отходов [1]. Основными поллютантами в зоне ВУРС являются β-излучатели ⁹⁰Sr (95%) и дочерний ⁹⁰Y. Имея длительный период полураспада (28.79 лет), ⁹⁰Sr накапливается в скелете позвоночных и является источником облучения организма, поэтому может рассматриваться как пожизненный маркер принадлежности животных к зоне загрязнения. Однако до настоящего времени неизвестно время пребывания особи на импактной территории, необходимое для регистрации радиометрируемого количества ⁹⁰Sr в организме.

Зона ВУРС отличается большой протяженностью при узком поперечном сечении с резко падающим градиентом загрязнения. Специфика конфигурации благоприятствует свободному перемещению мелких млекопитающих в обоих направлениях. Углубленное исследование миграций путем группового мечения животного населения тетрациклином выявило активные перемещения зверьков фоновых видов не только по территории радиационного заповедника, но и далеко за его пределами [2]. Миграции животных в зоне ВУРС рассматривались нами в качестве экологической характеристики, напрямую ассоциированной с адаптацией популяций вагильных и оседлых видов [3]. В настоящем исследовании эта же исходная посылка легла в основу предположения о влиянии дальних миграций грызунов на генетическое разнообразие в популяциях на сопредельных территориях.

В настоящее время для оценки миграций мы используем краситель родамин В, который обладает рядом существенных преимуществ. Избирательно накапливаясь в кератинсодержащих структурах (волосы, когти, вибриссы) [4], он долго сохраняется, передается детенышам с молоком матери, а также легко детектируется в полевых условиях [5]. Однократное поедание приманки с родамином позволяет идентифицировать животных на любом удалении от площадки мечения, а также отследить расселение молодых зверьков из природных популяций с молочной меткой.

При изучении кумулятивного радиационного воздействия на природные популяции животных очевидным преимуществом обладают молекулярно-генетические маркеры, способные предоставить ценную информацию, часто недосягаемую при использовании других подходов [6–10]. При этом высокую эффективность демонстрируют разные методы оценки ДНК-полиморфизма, в частности, анализ изменчивости митохондриальной ДНК (мтДНК) [8–10]. МтДНК и сами митохондрии рассматривают как чувствительные мишени для воздействия ионизирующей радиации и других повреждающих агентов из-за повышенного уровня индуцируемых повреждений и низкой эффективности систем репарации ДНК в митохондриях [11]. Однако об эффектах хронического, пролонгированного низкодозового радиационного воздействия на митохондриальный геном у мелких млекопитающих из зон радиоактивного загрязнения известно крайне мало [12, 13]. В зоне Кыштымской аварии подобных исследований не проводили вовсе, несмотря на длительную историю существования радиоактивного полигона.

Цели работы: 1) изучение уровня полиморфизма фрагмента (866 пн) гена цитохрома b (сytb) мтДНК в популяциях красных полевок (Myodes rutilus Pallas, 1779) из зоны ВУРС, сопредельной и географически удаленной от фоновых территорий; 2) оценка миграционной/нерезидентной активности M. rutilus по результатам метода группового мечения мелких млекопитающих родамином B.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА

Объект исследования – красные полевки – массовый широко распространенный вид мелких грызунов, приспособленный к различным климатическим условиям. Для проведения молекулярно-генетических исследований животные одного функционального статуса (неразмножающиеся сеголетки) были отловлены живоловками на трех участках: импактный (Бердениш), сопредельный фоновый (Метлино) и референтный (Шигаево) (рис. 1). Участок Бердениш находится в зоне ВУРС в окрестностях оз. Бердениш (55°46′ с. ш., 60°53′ в. д.) в 13 км от эпицентра аварии (рис. 1, а). По современным оценкам [14] запас ⁹⁰Sr в почве составляет 9.7 МБк/м² (5.5–15.0); ¹³⁷Cs – 315 МБк/м² (173.6–429.1); ^{239, 240}Pu – 29.1 МБк/м² (25.0–33.2). Сопредельный фоновый участок – Метлино (55°48′ с.ш., 61°00′ в.д.) расположен на расстоянии 9–10 км от импактного в окрестностях оз. Кожакуль (рис. 1, б), плотность загрязнения почвы ⁹⁰Sr – 44 кБк/м². Референтная группа животных (внешний контроль) доставлена из окрестностей с. Шигаево (Свердловская обл., 57°20′ с.ш. и 58°40′ в.д.), удаленного от двух других участков на расстояние 220 км, уровень загрязнения находится в пределах региональной нормы (рис. 1). Существенные различия в уровне радиоактивного загрязнения трех экспериментальных участков являются исходными предпосылками для проверки гипотезы о радиационной обусловленности наблюдаемых биологических эффектов.

Для проведения молекулярно-генетического анализа были получены образцы мышечной ткани от 30 особей. Тотальную ДНК выделяли из мышечной ткани, зафиксированной в 96%-ном этаноле, методом солевой экстракции [15] с некоторыми модификациями [16]. Фрагмент митохондриального гена cytb амплифицировали с использованием прямого UCBU (5’CCA TCA AAC ATC TCA TCC TGA TGA AA 3’) и обратного LM (5’CAA TTA TGC CGT CTA TTG GTA TG 3’) праймеров [17] в 25 мкл реакционной смеси (состав смеси: 2 мкл ДНК (50–100 нг), 1 ммоль/л каждого праймера, 0.25 мМ dNTPs, 2.5 ммоль/л MgCl2, 10х ПЦР буфер (0.01 моль/л Tris Cl, 0.05M KCl, 0.1% Triton X–100; pH 9.0) и 0.2–0.3 ед/мкл Taq-полимеразы (Сибэнзим)). ПЦР проводили в амплификаторе T100 Thermal Cycler (BioRad) по следующей схеме: начальная денатурация 5 мин при 95 °С, затем 30 циклов: 30 с при 94 °С, 30 с при 55 °С, 1 мин при 72 °С и конечная элонгация 5 мин при 72 °С. Выделение и очистку ПЦР продуктов из агарозного геля осуществляли при помощи набора PureLink™ Quick (Invitrogen). Секвенирование проводили в обе стороны на автоматическом секвенаторе ABI 3130 (Applied Biosystems) с использованием набора BigDye v.3.1. и тех же праймеров (UCBU и LM) (что использовались для амплификации). Полученные нуклеотидные последовательности редактировались вручную в программе BioEdit 7.2.5 [18], с дальнейшим выравниванием в программе MEGA v.5.1. [19]. Межпопуляционную генетическую дифференциацию, оцениваемую на основании дисперсии частот гаплотипов мтДНК (AMOVA, Fst), и показатели генетической изменчивости (гаплотипическое (h) и нуклеотидное (p) разнообразие, среднее число парных различий между гаплотипами (k) и др.) рассчитывали с помощью программы Arlequin v. 3.5 [20].

Материалом для оценки нерезидентной активности грызунов в зоне влияния ВУРС послужили данные группового мечения животного населения родамином в период 2017 г. – апрель 2023 г. Мечение проводили ежегодно, в некоторые годы – дважды (в мае и в августе–сентябре) в сухую погоду. Дизайн и протокол экспериментов сходен, но в разные годы площадка мечения размером 1 га, на которой раскладывали приманку с RB (5 кг), располагалась либо на импактном участке (Бердениш) (рис. 1, а), либо на сопредельном фоновом – Метлино (рис. 1, б). Заметим, что участки отловов грызунов располагались в разных направлениях [2]. Однако направление Бердениш – Метлино нас интересовало в максимальной степени для оценки перемещения зверьков на дальние дистанции и возможности преодоления ими ландшафтных препятствий. На пути следования, помимо дороги шириной 8 м с интенсивным двусторонним трафиком, предстояло пересечь окраину населенного пункта и поле сельскохозяйственного назначения.

 

Рис. 1. Карта-схема расположения участков исследований: 1 – Шигаево (Свердловская обл.) – референтная территория; 2 – зона влияния ВУРС (Челябинская обл.). На врезке участки мечения и отлова мелких млекопитающих, дистанция 9300‒9500 м (а – зона ВУРС, б – контроль).

Fig. 1. Study area map: 1 – Shigaevo (Sverdlovsk oblast) ‒ reference territory; 2 – Eastern-Urals radioactive trace zone (Chelyabinsk oblast). The highlighted fragment of the map shows of small mammals’ marking and trapping plots, distance is 9300‒9500 m (a – EURT zone, b – control).

 

Приготовление приманки и выявление метки по желтой флуоресценции выполнены согласно [5]. Контрольные отловы проведены в разные после мечения сроки на постоянных ловчих линиях как на площадках мечения (для оценки доли резидентов), так и на фоновом участке (для оценки доли дальних мигрантов). Выбор участков был основан на результатах предыдущего мечения тетрациклином [2], которые показали наиболее эффективные направления с учетом имеющихся в районе исследования ландшафтных препятствий – озер (рис. 1), локально увеличивающих плотность зверьков и шансы поимки меченых особей. Ловчая линия состояла из 40 крючковых давилок, установленных на расстоянии 10 м на 1 сут. Продолжительность отлова обусловлена особенностями размера и конфигурации загрязненной территории, единой схемой многолетних (2002–2023) исследований, а также сходным промысловым усилием [2]. Для каждого животного зафиксирована информация о видовой и половой принадлежности, морфофизиологических параметрах. Репродуктивный статус оценен по состоянию генеративных органов. Возраст полевок определен по регистрирующим структурам зуба согласно [21]. Число животных, отловленных в период 2017–апрель 2023 гг., составило 36 особей.

Все процедуры, выполненные в исследованиях с участием животных, соответствовали этическим стандартам, утвержденным правовыми актами РФ, и принципам Базельской декларации. Проведение исследований разрешено Комитетом по биоэтике Института экологии растений и животных УрО РАН (г. Екатеринбург), протокол № 9 от 4 июня 2021 г.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Полиморфизм фрагмента гена цитохрома b (сytb) мтДНК M. rutilus

Показатели генетического разнообразия M. rutilus с анализируемых участков, полученных на основании анализа полиморфизма фрагмента (866 пн) гена cytb мтДНК животных, представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. Генетический полиморфизм фрагмента гена цитохрома b (866 пн) мтДНК красной полевки (M. rutilus) из зоны ВУРС, сопредельной фоновой (Метлино) и референтной (Шигаево) территорий

Table 1. Genetic polymorphism of gene cytochrome b’(cytb) fragment of mitochondrial DNA (mtDNA) of M. rutilus from EURT zone, adjacent background (Metlino) and referenсe (Shigaevo) territories

Участки	Число образцов	Число гаплотипов	h ± SD	π (×100) ± SD	k ± SD
Бердениш (ВУРС)	9	9	0.913 ± 0.111	0.398 ± 0.337	3.232 ± 2.122
Метлино (контроль)	13	9	0.936 ± 0.051	0.456 ± 0.274	3.949 ± 2.114
Шигаево (референтная территория)	8	5	0.786 ± 0.151	0.392 ± 0.255	3.393 ± 1.939

Примечание. h – гаплотипическое разнообразие; π – нуклеотидное разнообразие; k – среднее число парных различий между гаплотипами; SD – стандартное отклонение.

 

Выявлено более высокое гаплотипическое разнообразие по фрагменту гена cytb у животных из зоны ВУРС по сравнению с референтной выборкой. Аналогичная картина по индексу гаплотипического разнообразия фрагмента гена cytb мтДНК отмечена между выборками с сопредельного участка (Метлино) и референтной территории. Обращает на себя внимание более высокое значение этого индекса у зверьков из Метлино. Нуклеотидное разнообразие и среднее число парных различий между гаплотипами оказались также наиболее высокими в выборке полевок из Метлино, где уровень радиоактивного загрязнения соответствует фоновым величинам. При сравнении выборок из зоны ВУРС и референтной (Шигаево) эти показатели оказались близкими по значениям. По предварительным оценкам обнаружен достаточно высокий уровень межпопуляционной генетической дифференциации (Fst = 0.112), рассчитанной на основе дисперсии частот гаплотипов мтДНК; определяемая ею доля дисперсии составила 11.20% (Р = 0.018). В итоге, наиболее высокие значения всех трех индексов генетического разнообразия наблюдались на двух участках: в выборках из зоны ВУРС (Бердениш) и с сопредельной территории, удаленной на 9–10 км.

Миграционная/нерезидентная активность M. rutilus

В ходе проведения исследований с использованием методики мечения животного населения родамином было отловлено 36 красных полевок: 19 самцов и 17 самок. Восемь особей (22%) оказались с меткой (шесть самцов и две самки) (табл. 2). Согласно протоколу, системная метка (фиксированная в ткани) хорошо видна в вибриссах, когтях, волосяном покрове вентральной поверхности тела [5].

Пять из 36 особей с меткой (14%) были добыты в разные сроки (43–210 дн.) на площадке мечения (контроль), т. е. они сохранили связь с территорией и могут рассматриваться как оседлые (табл. 2, № 1–4). Возраст животных по одонтологическим критериям подтверждает резидентность по крайней мере четырех зверьков: двух сеголеток и двух зимовавших.

 

Таблица 2. Характеристика меченых красных полевок (M. rutilus), срок сохранения и локализация метки, дистанция перемещения мигрантов

Table 2. Characteristic of marking red-backed voles (M. rutilus), retention time and localization of label, dispersion’ distance

№	Дата отлова	Пол	Вес, г Возраст, дни	Функциональный статус, показатели генеративного состояния (масса семенника, мг, состояние матки)	Миграционный cтатус, дистанция, м	Локализация метки	Срок метки, дни
1	09.2019	♂	15.0, 100	Неполовозрелый сеголеток 6.0	Резидент	Когти, вибриссы, шерсть	53
2	08.2020	♀	23.0 200	Половозрелый сеголеток; 3 группы плацентарных пятен	Резидент	Когти, вибриссы, шерсть	43
3	07.2021	♂	19.0 40	Половозрелый сеголеток 116.0	Резидент	Нос, рот, когти задних лап, живот, хвост	43
4	12.04.2023	♂	19.0 290	Зимовавший 125.0	Резидент	Щеки, шея, вентральная сторона тела, лапы, хвост	210
5		♂	19.0 250	Зимовавший 102.0	Резидент	Щеки, шея, вентральная сторона тела, лапы, хвост, спина	210
6	08.2019	♀	34.0 100	Половозрелый сеголеток, подсосные пятна, 8 эмбрионов, масса 1 эмбриона 270.0	Дальний мигрант – ВУРС-К, 9300	Двойная метка в вибриссах, шерсть на морде, ушах, хвосте, вокруг лап, когти	78
7	05.2022	♂	25.0 360	Зимовавший 178.0	Дальний мигрант/ транзиент ВУРС-К + 200, 9500	Голова, шея, два симметричных пятна на животе	251
8	09.2022	♂	14.0 55	Неполовозрелый сеголеток 8.0	Экскурсант, 200	Частицы красителя на морде, передних и задних лапах	14 час

 

Три из 36 меченых зверьков (8%) можно с уверенностью отнести к нерезидентам, причем два из них являются мигрантами на дальние дистанции. Среди них – самка-сеголетка (табл. 2, № 6) пометилась в конце мая 2019 г. на площадке в зоне ВУРС (рис. 1, а), отловлена в августе на контроле (рис. 1, б). Системная метка в вибриссах, когтях, в волосяном покрове разных участков тела иллюстрирует факт поступления приманки с кормом (рис. 2, a, б). В вибриссах обнаружена двойная метка, указывающая на поедание приманки дважды (рис. 2, a). Продолжительность сохранения биомаркера в вибриссах не превышает 2 мес. [22]. В нашем случае, она обнаружена спустя 78 дней после мечения. Возраст зверька (100 дней) указывает на дату и место рождения (середина апреля, зона ВУРС). В середине мая самка вышла из гнезда, прожила на площадке мечения в зоне радиоактивного загрязнения около месяца, получив биомаркер дважды. За этот период созрела, вступила в размножение и переселилась (breeding dispersal) [23] на контрольный участок. На момент отлова была беременной.

 

Рис. 2. Родаминовые метки (желтая флуоресценция) у дальних мигрантов красных полевок (M. rutilus Pallas, 1779) при поедании приманки с красителем: а – двойная метка в вибриссе и б – метка в когтях самки-сеголетки через 78 дней после раскладывания приманки с родамином В; в – метка на шее зимовавшего самца спустя 251 день после мечения.

Fig. 2. Rhodamine labels (yellow fluorescence) in long-distance migrants of red-backed voles (M. rutilus Pallas, 1779) at eating of bait with dye: a – double label in vibrissae and б ‒ label in claws of underyearling female through 78 days after exposure to bait with marker; в – label on neck of the overwintering male through 251 days after marking.

 

Второй интересный результат касается двух самцов-мигрантов, пойманных в 2022 г. Один из них – зимовавший половозрелый (табл. 2, № 7) пометился в зоне ВУРС (рис. 1, а) в сентябре 2021 г., оказался в улове из Метлино (контроль) (рис. 1, б) в мае 2022 г. (спустя 251 день). Системная метка обнаружена на шерсти головы, шеи, живота (рис. 2, в). Во время перемещения он преодолел ряд ландшафтных препятствий, отловлен в березовом лесу в прибрежной зоне оз. Кожакуль, через дорогу в 200 м от контрольного участка (рис. 1, б), где и попался. Совокупное расстояние после посещения площадки мечения в зоне загрязнения составляет 9500 м. На самом деле, возможно, оно больше! Ясно, что приманку с красителем он ел осенью, на что указывают метки на разных участках шерсти и их отсутствие в когтях и вибриссах животного. Важно, что перемещение на столь внушительную дистанцию произошло в осенне-зимний период. Этого зверька следует рассматривать как дальнего мигранта, возможно, транзитного, прошедшего сквозь площадку мечения либо при расселении (natal dispersal) – перемещении особи от места рождения до места возможного размножения [24], либо при переселении (breeding dispersal) [23]. Обращает на себя внимание факт максимального значения сохранности достаточно яркой метки на разных участках тела зверька через 251 день после мечения. Это наибольшая длительность сохранения метки у лесных полевок из природной популяции, а также максимальная из известных дистанций для вида. Ранее описанные сроки сохранности метки у млекопитающих насчитывают 225 дней [25], у лабораторных мышей – 423 дня [5].

Второй неполовозрелый самец с меткой (табл. 2, № 8) (возраст – 55 дней) также попался в березовом лесу у оз. Кожакуль в сентябре 2022 г. через 14 ч после раскладывания приманки на контрольной стационарной площадке Метлино (рис. 1, б). Участок отлова находился у озера, через дорогу на расстоянии 200 м от площадки мечения. Несистемная метка (ярко флуоресцирующие частицы в местах контакта с красителем) – результат случайного соприкосновения с приманкой. Не исключено, что в данном случае мы имеем дело с краткосрочной экскурсией: либо с кочевым образом жизни, либо со сдвигом участка. Указанные типы поведения (по [26]), тесно связаны с расселением и названы «псевдорасселением» (quasi-dispersal). Эта сборная группа характеризуется непредсказуемостью посещения той или иной точки пространства. Таких животных предложено объединять в категорию нерезидентов [27].

ОБСУЖДЕНИЕ

Несмотря на то, что с момента образования радиоактивного следа прошло 67 лет (более двух периодов полураспада ⁹⁰Sr), до настоящего времени значительная часть зоны ВУРС сохраняет высокие концентрации радионуклида во всех компонентах среды. Мощность дозы на красный костный мозг мышеобразных, населяющих импактную территорию, достигает 300 мкГр/ч [28]. Эти значения выше дозового порога в 100 мкГр/ч, установленного НКДАР ООН [29], что может приводить к радиационно-индуцированным биологическим эффектам. У грызунов из зоны ВУРС зарегистрированы изменения в гемопоэтической и иммунной системах [30], выявлен повышенный уровень хромосомной нестабильности в клетках костного мозга [31].

Результаты настоящего исследования показывают, что выборки грызунов из зоны ВУРС и из географически удаленного (200 км) референтного участка различаются по уровню гаплотипического и нуклеотидного разнообразия фрагмента гена cyt b мтДНК. Из этого следует, что актуальные дозовые нагрузки, получаемые мелкими млекопитающими в головной части зоны ВУРС, могут быть причиной полиморфизма мтДНК у животных, обитающих на импактной территории. Показана высокая чувствительность мтДНК к действию эндогенных активных форм кислорода и экзогенных повреждающих агентов по сравнению с ядерной ДНК (яДНК) [11]. По мнению авторов, уязвимость мтДНК взаимосвязана с рядом особенностей. Во-первых, со спецификой ее укладки в митохондриях и агрессивным окислительным микроокружением. Во-вторых, более низкой скоростью и меньшей эффективностью функционирования механизмов репарации ДНК в митохондриях, обусловленной недостаточным поступлением белков в митохондрии. Поэтому значительное количество повреждений мтДНК реализуется в мутации и делеции. Установлено, что при облучении клеток ионизирующей радиацией частота возникновения щелочно-лабильных сайтов и одно-двунитевых разрывов в мтДНК в 2 раза больше, чем в яДНК [32]. При γ-облучении крыс в дозе 3 Гр, наряду с возникновением митохондриальной дисфункции в печени животных, отмечено снижение количества мтДНК на 50% в отличие от яДНК из расчета на единицу веса сырой ткани [33].

В литературе ощущается дефицит информации об эффектах хронического, пролонгированного радиационного воздействия на митохондриальный геном животных. Имеются данные, указывающие на значимость миграционного фактора в формировании генетического разнообразия, оцениваемого по молекулярным маркерам, в популяционных группировках кенгуровых крыс (Dipodomis merriami), населяющих радиоактивно загрязненные и сопредельные участки в Неваде (США) [12]. Обнаружено отсутствие четкой географической приуроченности распределения гаплотипов контрольного региона мтДНК к радиоактивно загрязненным и референтным участкам. Вместе с тем топологию филогенетического дерева и направление перемещений крыс оказалось возможным объяснить исключительно на основе миграционных процессов. Дифференцированный анализ особей по мтДНК позволил рассчитать долю мигрантов в разных направлениях, где наибольший процент (57%) пришелся на перемещения с контрольных участков на «грязные». Сделан вывод, что дисперсии маскируют генотоксичесие эффекты радиационного воздействия у резидентов на радиоактивно загрязненных участках, а также снижают у них частоту уникальных аллелей, что является эффективным индикатором генетического обмена [12].

В другом исследовании впервые продемонстрировано увеличение митохондриального разнообразия у рыжих полевок (Myodes glareolus) с радиоактивно загрязненных участков в зоне Чернобыльской аварии в сравнении с животными, доставленными с референтных территорий [13]. Пробы, полученные от полевок с «грязных» участков, показали значительно более высокое число гаплотипов и полиморфных локусов, а также более высокое среднее число замен на локус, использованных для оценки генетического разнообразия. Авторы объясняют полученные данные возрастанием скорости мутационного процесса при непрерывном низкодозовом радиационном воздействии в течение 25 лет после аварии на Чернобыльской АЭС, за которые у грызунов сменилось 50 поколений.

В зоне Кыштымской аварии с 1957 г. у мышевидных грызунов сменилось более 130 поколений, но наши результаты демонстрируют интенсивность мутационного процесса у животных, что важно для понимания и оценки последствий низкодозового радиационного воздействия. Наибольшие значения индексов генетического разнообразия наблюдались на участках, взаимосвязанных миграционными отношениями (Бердениш и Метлино). Особый интерес представляет повышенный уровень нуклеотидного разнообразия и среднего числа парных различий между гаплотипами на прилежащем к зоне ВУРС участке (Метлино), где уровень радиоактивного загрязнения соответствует фоновым величинам.

Ранее впервые на основе совместного использования экологических (миграции) и генетических маркеров (изменчивость микросателлитных локусов) у M. rutilus, отловленных на этих же экспериментальных участках, нами были обнаружены существенные различия по параметрам генетического разнообразия у особей из зоны ВУРС и референтной выборки (Шигаево) [34]. Среднее значение удельной активности ⁹⁰Sr, депонированного в костной ткани грызунов зоны ВУРС, составляло 105.5 ± 92.1 Бк/г. Максимальная и минимальная величины различались в 41 раз (329 Бк/г и 7.94 Бк/г). Удельная активность ⁹⁰Sr в организме полевок из Шигаево и Метлино не превышала 0.5 Бк/г, что соответствует фоновому уровню содержания радионуклида у мелких млекопитающих на чистых территориях. Было выявлено возрастание некоторых показателей генетического разнообразия (число уникальных аллелей и индекс аллельного разнообразия (allelic richness)), учитывающего размеры выборок у животных на сопредельной территории (Метлино). Логично предположить, что наблюдаемая картина по показателям генетического разнообразия, оцениваемого по обоим молекулярным маркерам (изменчивости микросателлитной и мтДНК), может быть ассоциирована с локальностью зоны загрязнения и миграциями животных, которые приводят к отсутствию пространственной изоляции населения между анализируемыми участками. При этом существенные различия в уровне радиоактивного загрязнения ключевых участков подтверждают нашу гипотезу о радиационной обусловленности наблюдаемых биологических эффектов.

С радиобиологической точки зрения интерес представляют миграции грызунов из зоны ВУРС на прилежащие территории. Результаты мечения родамином выявили миграции полевок разного функционального статуса на сопредельный фоновый участок. В совокупности с ранее опубликованными данными по мечению тетрациклином [2] новые материалы по мечению родамином пополняют информацию о миграционной/нерезидентной активности грызунов как в зоне загрязнения, так и за ее пределами в разные сезоны года. Отсюда следует, что в зоне ВУРС проживает население грызунов с меняющимся составом за счет иммигрантов с сопредельных территорий и эмигрантов из зоны загрязнения, что имеет принципиальное значение. Следствием миграционных событий является поток генов между популяциями и перенос радиационно-индуцированных эффектов на сопредельные территории, что приводит к увеличению параметров генетического разнообразия. Представленные результаты удовлетворительно соотносятся с данными, полученными ранее при изучении хромосомной нестабильности в клетках костного мозга обыкновенных полевок (Microtus arvalis) из зоны ВУРС, а также лесных (Sylvaemus uralensis) и полевых (Apodemus agrarius) мышей, отловленных за пределами радиационного заповедника [31, 35]. Заметим, что подход, предполагающий совместное использование экологических и генетических маркеров, впоследствии был рекомендован [10] для анализа популяционной структуры вида, связанного с изучением факторов адаптации популяций к среде обитания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате пилотного исследования изменчивости фрагмента гена сytb мтДНК красных полевок в зоне влияния ВУРС показано, что внутрипопуляционное разнообразие на импактном и прилежащем фоновом участках выше такового у животных с удаленной референтной территории. Наиболее высокие значения индексов генетического разнообразия наблюдались в зоне ВУРС и сопредельном участке, взаимосвязанных миграционными отношениями. Генетическая дифференциация исследуемых группировок в значительной степени обусловлена хроническим радиационным воздействием, которое можно рассматривать в качестве экологического фактора, способного повлиять на генетическое разнообразие населения мелких млекопитающих. Из полученных результатов также следует, что мтДНК можно использовать в качестве чувствительного маркера радиационного воздействия у мышевидных грызунов.

Получены уникальные данные о дальних миграциях M. rutilus на 9300–9500 м, что является наибольшими из известных на данный момент дистанций. Зверьки обоих полов разного функционального статуса преодолевали пространства, кратно перекрывающие поперечные размеры узкой и протяженной территории ВУРС. Зарегистрированные случаи касаются перемещений из зоны ВУРС на прилежащие территории, что свидетельствует об отсутствии пространственной изоляции между популяционными группировками. Очевидно, нерезидентные особи (мигранты) постоянно присутствуют в популяции красных полевок, которая стабильно существует за счет генетического обмена особей между группировками импактной и сопредельных территорий, чему способствует широкая распространенность и высокая подвижность вида. Пребывание животных в зоне ВУРС может иметь последствия для геномного профиля организма. При эффективном расселении, т. е. перемещении, имеющем генетические последствия [36], следствием дальних миграций является поток генов и сопряженная с ним транcгенерационная передача индуцированных радиацией биологических эффектов, что влияет на формирование генетического разнообразия у животных на сопредельных территориях. Таким образом, даже спустя 67 лет после Кыштымской аварии у грызунов, обитающих в зоне радиоактивного загрязнения, наблюдается высокий уровень мутационной изменчивости. Зона ВУРС может служить донором генетического разнообразия для популяционных группировок грызунов, обитающих за пределами радиационного заповедника, и предоставляет возможность в естественных условиях исследовать долговременные биологические последствия радиационного воздействия. Логическая взаимосвязь между параметрами генетического разнообразия и миграциями животных из зоны загрязнения доказывает перспективность данного подхода – совместного использования экологических и молекулярно-генетических маркеров для целей биомониторинга при оценке эффектов техногенного/радиационного воздействия в зонах локального загрязнения.

БЛАГОДАРНОСТИ

Благодарим канд. биол. наук О.В. Толкачева за выявление метки и фотографии.

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Настоящая работа финансировалась за счет средств бюджета Института экологии растений и животных УрО РАН (№№ 122021000077–6, 122021000085–1). Дополнительных грантов на проведение или руководство данным конкретным исследованием получено не было.

ВКЛАД АВТОРОВ

Все авторы внесли эквивалентный вклад в подготовку публикации. Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией статьи.

The authors declare no conflicts of interests.

Авторлар туралы

Elena Grigorkina

Institute of Plant and Animal Ecology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: grigorkina@ipae.uran.ru
ORCID iD: 0000-0002-8797-6211
Ресей, Ekaterinburg

Sergey Rakitin

Institute of Plant and Animal Ecology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: grigorkina@ipae.uran.ru
ORCID iD: 0000-0002-5575-4681
Ресей, Ekaterinburg

Grigory Olenev

Institute of Plant and Animal Ecology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: olenev@ipae.uran.ru
ORCID iD: 0000-0002-8896-7915
Ресей, Ekaterinburg

Әдебиет тізімі

Қосымша файлдар