On the problem of specific identification in triploid (Bufotes baturae) and tetraploid (B. pewzowi) green toads (Amphibia, Anura, Bufonidae) of Central Asia by morphometric characteristics

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Центральноазиатский регион характеризуется высоким видовым разнообразием зелёных жаб рода Bufotes Rafinesque, 1815, которые представлены здесь диплоидными, триплоидными и тетраплоидными формами (Литвинчук и др., 2019). Традиционно считается (Ананьева и др., 1998; Кузьмин, 2012; Кондратова и др., 2020), что зелёные жабы разных видов трудноразличимы при использовании стандартных морфометрических признаков, а для их надежной идентификации необходимо применять молекулярно-генетические, цитогенетические и биохимические методы (Stöck et al., 2006; Dufresnes et al., 2019). Однако современные исследования показывают, что диплоидные и полиплоидные жабы имеют значимые различия, как в морфологии личинок (Кидов и др., 2022), так и животных после метаморфоза (Litvinchuk et al., 2021). При этом наилучшие результаты в детерминации разных видов демонстрируют относительные показатели – индексы (Кидов и др., 2022; Litvinchuk et al., 2021). С практической точки зрения особенно важно выявление диагностирующих признаков для форм, распространенных симпатрически или парапатрически.

Батурская жаба (B. baturae (Stöck, Schmid, Steinlein et Grosse 1999)) и жаба Певцова (B. pewzowi (Bedriaga, 1898)) (рис. 1) – гибридогенные полиплоиды, привлекающие к себе интерес исследователей не только своим происхождением, но и способностью выживать в условиях высокогорий – выше всех остальных амфибий Северной Евразии (до 4000 – 4200 м над ур. м.) (Литвинчук, Боркин, 2022). Считается, что важной адаптацией полиплоидных жаб к суровым условиям горных степей и пустынь является способность зимовать в непромерзающих до дна водоемах (Литвинчук, 2021; Litvinchuk et al., 2010; Liang et al., 2022), включая геотермальные (Литвинчук, Боркин, 2022; Litvinchuk et al., 2011). На Памире ареалы B. baturae и B. pewzowi соприкасаются (например , в долине р. Аличур (= Гунт)) (Литвинчук, Боркин, 2022), хотя точек совместного обитания этих видов выявлено не было.

 

Рис. 1. Самцы Bufotes baturae (кишлак Булункуль, Мургабский район, Горно-Бадахшанская автономная область, Республика Таджикистан) (а) и Bufotes pewzowi (пос. Шахритуc, Шахритусский район, Хатлонская область, Республика Таджикистан) (б)

 

Целью настоящего исследования являлись сравнительная оценка морфометрических признаков у батурской жабы и жабы Певцова и выявление диагностических характеристик для практического прижизненного определения этих видов.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Материалом для работы послужили взрослые живые особи B. baturae (24 самки и 17 самцов) c территории Таджикистана и B. pewzowi (14 самок и 24 самца) из Казахстана, Узбекистана и Таджикистана (табл. 1). Жаб отлавливали в природе в апреле – августе 2018 и 2019 гг., измеряли в месте отлова и тут же выпускали. Видовая принадлежность изученных животных была установлена цитогенетическими методами (Литвинчук и др., 2018; Кондратова и др., 2020).

 

Таблица 1. Локалитеты и количество исследованных особей

Table 1. Localities and number of the examined specimens

Страна / Country	Локалитет / Locality	Количество животных / Number of animals
		взрослые самки / adult females	взрослые самцы / adult males
Bufotes baturae
Таджикистан / Tajikistan	Булункуль / Bulunkul	24	17
Bufotes pewzowi
Казахстан / Kazakhstan	Конаев / Konaev	9	4
Узбекистан / Uzbekistan	Ташкент / Tashkent	4	2
Таджикистан / Tajikistan	Бохтар / Bokhtar	—	10
Таджикистан / Tajikistan	Шахритус / Shahritus	1	8

 

У жаб электронным штангенциркулем с погрешностью 0.01 мм прижизненно измеряли абсолютные величины тела по стандартным для бесхвостых амфибий методикам (Банников и др., 1977) с дополнениями, предложенными для настоящих жаб (Bufonidae) (Орлова, Туниев, 1989; Писанец, 2001, 2002). Перечень измеряемых показателей: L. – расстояние от кончика морды до центра клоакального отверстия, или длина тела; Lt.c. – максимальная ширина головы у основания нижних челюстей, или наибольшая ширина головы; Sp.c.r. – расстояние между передними краями D.r.o. – расстояние от переднего края глаза до кончика морды; D.n.o. – расстояние от переднего края глаза до ноздри; L.o. – наибольшая длина глазной щели; Sp.n. – расстояние между ноздрями; L.tym. – наибольшая длина барабанной перепонки; Lt.pr. – ширина паротиды; L.pt. – длина паротиды; F. – длина бедра от клоакального отверстия до наружного края сочленения (на согнутой конечности); T. – длина голени (на согнутой конечности); p. – длина первого внутреннего пальца задней конечности от дистального основания пяточного бугра до конца пальца; C.int. – наибольшая длина внутреннего пяточного бугра в его основании.

Все измерения были выполнены одним исследователем (Т. Э. Кондратова), одним измерительным прибором и только на живых жабах, чтобы избежать погрешностей, связанных с различными методами фиксации музейных экземпляров, и сделать результаты применимыми для практического определения животных в природе.

Для каждого признака рассчитывали среднее арифметическое (M), стандартное отклонение (SD) и размах (min – max). Гипотезы о нормальности и гомогенности распределения выборок проверяли критериями Лиллиефорса и Левена.

При сравнении B. baturae и B. pewzowi по комплексу морфометрических признаков мы разделили полученные абсолютные величины друг на друга для устранения эффекта мультиколлинеарности (n = 91, r = 0.52 – 0.97, p ≤ 0.05–у самок; n = 90, r = 0.32 – 0.94, p ≤ 0.05–у самцов). Полученные индексы пропорциональности тела (91 отношение) логарифмически преобразовывали для того, чтобы удовлетворять гипотезам о нормальности и гомогенности распределения выборок. Для сокращения числа анализируемых отношений и устранения статистического шума применяли метод главных компонент (Wang et al., 2007) (факторные нагрузки > |0.035| по первым двум компонентам (Litvinchuk et al., 2021) (50.11 и 17.04% дисперсии – для самок; 43.97 и 17.97% дисперсии – для самцов)). Кроме того, из анализа были исключены отношения тела, обладающие высокой корреляцией ( r ≥ 0.9) с остальными индексами. Затем мы использовали пошаговый дискриминантный анализ с оставшимися индексами пропорциональности тела в качестве переменных и видами в качестве группирующей для выявления наиболее значимых индексов (p ≤ 0.05) при идентификации видов. Статистическую значимость наблюдаемых различий по длине тела и выявленным индексам оценивали с помощью критерия Стьюдента.

Построение диаграмм рассеяния и графиков дискриминантных функций осуществляли в программе Past (version 4.03), а статистический анализ данных – в программе Statistica (version 8.0) (Statsoft Inc., USA).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Самки. Достоверно значимыми для видовой идентификации самок по результатам дискриминантного анализа были шесть индексов пропорциональности: D.r.o. / F. (F = 57.15, p ≤ 0.001), L.o. / L.pt. (F = 57.01, p ≤ 0.001), L. / D.n.o. (F = 25.13, p ≤ 0.001), Lt.c. / Sp.n. (F = 19.35, p ≤ 0.001), Sp.n. / T. (F = 8.22, p = 0.007) и L.o. / Sp.n. (F = 7.99, p = 0.008). Самки B. baturae и B. pewzowi в пространстве дискриминантной функции образовали отдельные неперекрывающиеся кластеры. Таким образом, уровень достоверной классификации составил 100% (рис. 2).

 

Рис. 2. Распределение самок (а) и самцов (б) Bufotes baturae и B. pewzowi по комплексу индексов пропорциональности в пространстве дискриминантной функции

 

Несмотря на некоторое перекрывание раз- маха значений полученных индексов пропорциональности у B. baturae и B. pewzowi, различия по ним были статистически значимы (p < 0.05). Эмпирическим путем нами были подобраны два мультипликативных индекса (МИ-1 и МИ-2), которые значительно упрощают идентификацию исследуемых жаб при использовании стандартных методов морфометрии (табл. 2).

 

Таблица 2. Длина тела и значимые индексы пропорциональности тела у самок и Bufotes baturae Bufotes pewzowi

Table 2. Body length and significant body proportionality indices of and females Bufotes baturae Bufotes pewzowi

Страна, локалитет / Country, locality	n	L.	L. / D.n.o.	Lt.c. / Sp.n.	D.r.o. / F.	L.o. / Sp.n.	L.o. / L.pt.	Sp.n. / T.	МИ-1 / Multiplicative index 1 (D.r.o. х Sp.n.)/ (F.xL.pt.)	МИ-2/ Multiplicative index 2 (L./D.n.o.y)х(Lt.c./ Sp.n.)/(Sp.n./T.)
Bufotes baturae
Таджикистан, Булункуль / Tajikistan, Bulunkul	24	57.44±6.035 41.89-69.97	13.98±1.204 10.77-16.03	4.88±0.324 4.12-5.54	0.37±0.017 0.34-0.40	1.65±0.142 1.42-2.00	0.68±0.067 0.56-0.83	0.20±0.012 0.17-0.22	0.15±0.019 0.12-0.19	348.28±61.127 227.43—69.91
Bufotes pewzowi
Казахстан, Конаев / Kazakhstan, Konaev	9	78.12±4.714 70.85-87.54	16.82±1.603 15.33-19.58	5.10±0.507 4.64-6.13	0.30±0.011 0.28-0.31	1.70±0.201 1.48-2.05	0.44±0.035 0.40-0.51	0.18±0.016 0.15-0.20	0.08±0.012 0.06-0.10	481.94±133.177 350.10-797.06
Узбекистан, Ташкент / Uzbekistan, Tashkent	4	68.42±6,307 59.04-72.47	13.72±0.461 13.09-14.11	5.72±0.833 4.90-6.83	0.33±0.012 0.32-0.35	1.98±0.23 1.71-2.20	0.50±0.050 0.44-0.56	0.16±0.023 0.13-0.18	0.09±0.013 0.07-0.10	521.9±168.418 369.40-760.84
Таджикистан Шахритус / Tajikistan, Shahritus	1	68.03	14.35	4.97	0.31	1.77	0.56	0.18	0.10	388.05
В целом для вида / General for the species	14	74.63±6.821 59.04—87.54	15.76±1.962 13.09-19.58	5.26±0.639 4.64-6.83	0.31±0.018 0.28-0.35	1.79±0.230 1.48-2.20	0.47±0.054 0.40-0.56	0.17±0.021 0.13-0.20	0.08±0.013 0.06-0.10	486.65±136.403 350.10-797.06

 

Уровень правильной классификации первого мультипликативного индекса (МИ-1 = D.r.o.×Sp.n. ⁄ F.×L.pt.) составил 100%. Так, диапазон значений этого индекса у самок B. baturae варьировал в пределах 0.12 – 0.19, B. Pewzowi – 0.06 – 0.10 ( F = 12.65, p < 0.001). С помощью второго мультипликативного индекса (МИ-2 = (L. ⁄ D.n.o.)×(Lt.c. ⁄ Sp.n.) ⁄ (Sp.n. ⁄ T.) были правильно идентифицированы 78.95% самок B. baturae (две особи были отнесены к B. Pewzowi и шесть особей – к B. baturae), а диапазон значений этого индекса изменялся в пределах 227.43 – 469.91 у B. Baturae и 350.10 – 797.06 – у B. Pewzowi, а различия также были статистически значимыми (t = 4.31, p < 0.001) (рис. 3).

 

Рис. 3. Диаграмма рассеяния самок (а) и самцов (б) Bufotes baturae и B. pewzowi по двум мультипликативным индексам

 

Самцы. Для достоверной идентификации самцов B. baturae и B. Pewzowi с помощью дискриминантного анализа было выявлено четыре значимых индекса пропорциональности тела: Sp.n. / F. (F = 23.75, p ≤ 0.001), L.o. / Sp.n. ( F = 19.98, p ≤ 0.001),  L. tym. / L.pt. (F = 11.29, p = 0.002) и D.r.o. / L.tym. (F = 7.98, p = 0.008). Кластеры двух видов в пространстве дискриминантной функции соприкасались, а уровень правильной классификации составил 97.56% (1 особь B. Pewzowi была отнесена к B. baturae) (см. рис. 2).

Кроме D.r.o. / L.tym., значения каждого из индексов пропорциональности тела достоверно различались ( < 0.05). Для самцов мы также выявили два мультипликативных индекса, при использовании которых возможна надежная идентификация исследуемых видов жаб, один из которых был общий с самками (МИ-1), а другой был специфичен для этой группы (МИ-3) (табл. 3). Диапазоны значений первого из них (МИ-1 = =D.r.o.×Sp.n. ⁄ F.×L.pt. у B. baturae и B. pewzowi соприкасались (индекс изменялся в диапазоне 0.14 – 0.22 B. baturae у и 0.06 – 0.14 у B. pewzowi), но различия были достоверными ( = 12.08, < 0.001), а уровень правильной классификации составил 100%. Несмотря на перекрытия диапазонов значений другого мультипликативного индекса ( МИ-3 = L.tym. / L.pt.×D.r.o. / L.tym. ⁄ L.o. / Sp.n. у двух видов жаб (0.44 – 0.78 у B. baturae и 0.23 – 0.50 у B. Pewzowi они также статистически значимо различались (t = 9.00, p < 0.001), при этом уровень верной классификации составил 90.24% (2 особи B. Baturae были отнесены к B. Pewzowi и 2 особи B. Pewzowi – к B. baturae) (см. рис. 3).

 

Таблица 3. Длина тела и значимые индексы пропорциональности тела у самцов B и ufotes baturae Bufotes pewzowi

Table 3. Body length and significant body proportionality indices of and males Bufotes baturae Bufotes pewzowi

Страна, локалитет / Country, locality

n

L.

D.r.o. / L.tym.

L.o. / Sp.n.

Sp.n. / F.

L.tym. / L.pt.

МИ-1 / Multiplicative index 1 (D.r.o. хSp.n.)/{F.^L.pt.}

МИ-3 / Multiplicative index 3 (L.tym. / L.pt.)х(D.r.o. / L.tym.)/(L.o. / Sp.n.)

Bufotes baturae

Таджикистан, Булункуль / Tajikistan, Bulunkul

17

54.8Ш.401 49.11-59.53

3.26±0.458 2.45-4.33

1.60±0.175 1.31-1.92

0.19±0.019 0.16-0.23

0.29±0.046 0.19-0.38

0.18±0.026 0.14-0.22

0.59±0.091 0.44-0.78

Bufotes pewzowi

Казахстан, Конаев / Kazakhstan, Konaev

4

75.15±4.601 70.68-79.79

2.41±0,283 2.17-2.77

1.76±0.236 1.45-1.97

0.15±0.015 0.14-0.17

0.22±0.035 0.17-0.25

0.08±0.012 0.06-0.09

0.30±0.049 0.25-0.36

Узбекистан, Ташкент / Uzbekistan, Tashkent

2

63.39±1.605 62.26-64.53

2.72±0.113 2.64-2.80

2.12±0.139 2.03-2.22

0.13±0.010 0.12-0.14

0.19±0.013 0.18-0.20

0.07±0.007 0.06-0.07

0.24±0.022 0.23-0.26

Таджикистан, Бохтар / Tajikistan, Bokhtar

10

69.73±9.066 47.64-80.65

3.06±0.356 2.55-3.62

1.8H0.242 1.48-2.17

0.14±0.016 0.12-0.17

0.20±0.033 0.15-0.26

0.09±0.018 0.07-0.13

0.35±0.077 0.26-0.50

Таджикистан Шахритус / Tajikistan, Shahritus

8

71.64±3.129 68.50-78.89

3.45±0.390 2.96-4.19

1.82±0.154 1.62-2.03

0.14±0.012 0.13-0.16

0.20±0.044 0.15-0.28

0.10±0.023 0.08-0.14

0.38±0.083 0.29-0.50

В целом для вида / General for the species

24

71.99±4.903 62.26-80.65

3.05±0.495 2.17—4.19

1.83±0.217 1.45-2.22

0.14±0.147 0.12-0.17

0.21±0.036 0.15-0.28

0.09±0.020 0.06-0.14

0.34±0.080 0.23-0.50

 

Таким образом, применение выявленных мультипликативных индексов показало эффективность при идентификации живых особей из нескольких популяций двух полиплоидных видов зелёных жаб Центральной Азии. В то же время очевидно, что полученные результаты носят предварительный характер, а исследование этого вопроса нуждается в продолжении, так как изученные выборки животных относительно небольшие и могут не отображать всей изменчивости морфометрических признаков B. baturae и B. Pewzowi в целом по ареалу.

About the authors

A. A. Kidov

Russian State Agrarian University – Timiryazev Moscow Agricultural Academy

Author for correspondence.
Email: kidov_a@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9328-2470
Russian Federation, 49 Timiryazevskaya St., Moscow 127550, Russia

R. A. Ivolga

Russian State Agrarian University – Timiryazev Moscow Agricultural Academy

Email: romanivolga@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2050-5279
Russian Federation, 49 Timiryazevskaya St., Moscow 127550, Russia

T. E. Kondratova

Russian State Agrarian University – Timiryazev Moscow Agricultural Academy

Email: t.kondratova@rgau-msha.ru
ORCID iD: 0000-0001-7533-7327
Russian Federation, 49 Timiryazevskaya St., Moscow 127550, Russia

A. A. Ivanov

Russian State Agrarian University – Timiryazev Moscow Agricultural Academy

Email: andrew.01121899@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3654-5411
Russian Federation, 49 Timiryazevskaya St., Moscow 127550, Russia

E. A. Kidova

Russian State Agrarian University – Timiryazev Moscow Agricultural Academy

Email: kidova_ea@rgau-msha.ru
ORCID iD: 0000-0003-3933-0499
Russian Federation, 49 Timiryazevskaya St., Moscow 127550, Russia

References

Supplementary files