Раздел 4. БЕЛКОВЫЙ ПОЛИМОРФИЗМ ДОМОВОЙ МЫШИ

Род Mus выделяется среди грызунов обширным географическим и широким биотопическим распространением. Виды этого рода заселяют территорию Африки и Евразии, где они представлены во всех основных типах сред обитания – от тропических лесов до открытых пространств. Особое место занимает домовая мышь Mus musculus Linneus, 1758 – единственный представитель отряда грызунов, имеющий современное всесветное распространение. На основе сравнительного морфологического анализа животных различных регионов земного шара Э. и Г. Шварцы (1943) пришли к выводу, что домовая мышь – это единый политипический вид. Эти исследователи обратили внимание на тот факт, что домовые мыши различаются между собой по уровню их зависимости от человека. Если одни (дикие или аборигенные формы) обычны в природных биотопах, независимы от человека и лишь иногда проникают в его жилища, то другие (синантропные формы) связывают свое существование с человеком, обитают в его постройках и лишь иногда, при благоприятных условиях, выселяются в природные биотопы. Всех домовых мышей Э. и Г. Шварцы разделили на 4 группы. В каждую группу входят один дикий подвид и ряд синантропных, которые возникли в результате перехода данного дикого подвида к синантропизму.

Среди аборигенных подвидов М. m. spretus Lataste, 1883 известен только в «диком» состоянии, тогда как оставшиеся три, по представлениям Э. и Г. Шварцев, оказались родоначальниками синантропных форм. От М. m. spicilegus Petenyi, 1882 произошел М. т. musculus. От М. m. wagneri Eversmann, 1848 произошли две группы синантропов: восточная, включающая М. т. bactrianus, Blyth, 1846, М. m. castaneus Waterhouse, 1843, и западная (М. m. praetextus Brants, 1827, М. m. brevirostris Waterhouse, 1837, М. m. domesticus Rutty, 1772). Позже

М. m. domesticus и М. m. brevirostris были завезены в Северную и Южную Америку, а М. m. domesticus, кроме того, – в Австралию и Тасманию. От М. m. manchu Thomas, 1809 произошла М. m. molоssinus Temminck, 1845, заселившая Корею, Японию и Курилы. Эта номенклатура домовых мышей и система взглядов на расселение были общепризнанными до обнаружения белкового полиморфизма и разработки методов его исследования.
Глава 10. БИОХИМИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ДОМОВОЙ МЫШИ ЕВРОПЫ

Домовая мышь была одним из первых объектов, привлеченных для анализа биохимической изменчивости в природных популяциях. Исследование, выполненное для обитателей регионов Северной Америки (Selander, Yang, 1969), обнаружило высокий уровень белкового полиморфизма. Была выявлена демовая структура популяций, создающая значительные различия в частотах аллелей на микрогеографическом и отсутствие значимых различий на макрогеографическом уровнях. Затем пик интересов передвинулся в Европу, где к тому времени уже была известна гибридная зона морфологически высоко различающихся подвидов М. m. musculus и М. m. domesticus (Ursin, 1952). Оказалось, что эти подвиды различаются не только морфологически, но и качественным составом аллелей по 6 локусам. Данное открытие стимулировало поток работ по аллозимной идентификации европейских аборигенных и синантропных форм, обзор которых представлен в главе. В результате этих работ обнаружилось, что на территории Европы обитают 3 аборигенных вида домовых мышей: парапатрические виды-двойники М. spicilegus, M. maсedonicus Petrov and Rusic, 1983 и аллопатрический им М. spretus. Синантропные подвиды по уровню генетической дифференциации подразделяются на 2 группы. Различия между М. m. domesticus и М. m. brevirostris Западной Европы, а также Северной Америки имеют частотный характер, т.е. не превышают подвидового уровня. Другую группу представляет М. m. musculus. Учитывая достаточно значительные различия между этими группами и тот факт, что, несмотря на существование зоны гибридизации, не произошло перемешивания их генных пулов, исследователи пришли к выводу, что биохимические формы musculus и domesticus более правильно рассматривать в качестве полувидов, а не подвидов (Hunt, Selander, 1973; Bonhomme et al., 1983).

Данные анализа белков противоречат предположению Шварцев о происхождении М. m. musculus в результате развития способности к синантропному образу жизни у М. m. spicilegus.

М. m. musculus и М. spicilegus имеют раздельные генофонды. В то же время синантропные М. m. musculus и М. m. domesticus хотя и различаются достаточно сильно, репродуктивно не изолированы. Стало понятно, что предка формы musculus следует искать там же, где и родоначальника формы domesticus, т.е. в азиатской части континента. Это исследование было начато Ф. Бономом с соавторами (Bonhomme et al., 1984), которые провели биохимическое картирование 8 форм домовых мышей Евразии - 3 аборигенных (spretus из Испании, macedonicus из Греции, spicilegus из Румынии) и 5 синантропных: musculus из Румынии, domesticus из Израиля, bactrianus из Афганистана, castaneus из Индонезии, molossinus из Японии. Были выявлены разделяющие аллозимные маркеры и обозначены 5 биохимических групп евразийских синантропных домовых мышей: Mus1 − domesticus, Mus2A − musculus, Mus2B − mollosinus, Mus2C − castaneus, Mus5 − bactrianus. Отсутствие четких критериев для выделения таксонов азиатских домовых мышей, а также ясного представления о таксономической весомости предлагаемых маркеров оправдало обращение к понятию «биохимическая группа». Тем не менее обнаруженные дискриминирующие аллозимные маркеры определяли направление дальнейших исследований. Однако в этой работе рассматривались лишь представители западных и крайних восточных районов Евразии. Вся остальная территория Евразии являлась белым пятном на карте распространения и систематики подрода Mus.

Нашей задачей был анализ аллозимной изменчивости домовых мышей территории России и прилежащих стран для проведения ревизии систематики и рассмотрения истории расселения синантропных форм.

Районы круглогодичного обитания домовой мыши в природных биотопах России и прилежащих стран приурочены к южным и отчасти умеренным районам восточной Европы, Кавказу и Закавказью, республикам Средней Азии, Казахстану, южным районам Сибири (Прилуцкая, 1989). Именно здесь можно было надеяться обнаружить несколько видов Mus.

В начале главы приводятся результаты аллозимного исследования домовых мышей Молдавии. Обнаружено, что для идентификации синантропных и курганчиковых мышей этой территории перспективно рассматривать 6 белковых локусов: Es-D (арилэстераза), Idh-1, Sod-1, Es-1, Es-2 и Es-4 (Фрисман и др., 1989). Последние 5 описаны в качестве диагностических для разделения M. musculus и M. spicilegus Румынии (Bonhomme et al., 1984). Учитывая географическую и фаунистическую близость Молдавии и Румынии, мы предположили, что основные аллели белков M. musculus Молдавии идентичны обнаруженным Ф. Бономом с соавторами у Mus2A Румынии, а основные аллели белков курганчиковой мыши Молдавии идентичны таковым M. spicilegus Румынии. Таким образом обнаруженные маркерные белки позволили нам идентифицировать Mus территории бывшего СССР (Frisman et al., 1990).

Сравнительный анализ белков у зверьков из 113 пунктов от Молдавии и Эстонии до Дальнего Востока России показал, что среди 26 рассматриваемых локусов изменчивы 18: Idh-1, Sod-1, Aat-1, Pgd, Ldh-1, Ldh-2, Mod, Mor-1, Mor-2, Pgd, Hbb, Sdh, G6pd, Es-1, Es-2, Alb, Trf, Es-D.

Исследованные нами животные Украины, Эстонии, Московской обл., Нижнего Поволжья и Калмыкии оказались Mus2A – musculus.

Географическое положение и история миграций человека предполагают существование на территории Кавказа и Закавказья нескольких форм домовых мышей, как аборигенных, так и синантропных. Хотя в нашем распоряжении было только 5 малочисленных выборок из этого региона, даже этот материал подтверждает присутствие здесь представителей нескольких биохимических групп и таксономических форм домовой мыши. Спектр вариантов диагностических белков (Idh-1-a, Sod-1-a, Est-l-b и Alb-c) указывает на то, что белобрюхие и относительно короткохвостые мыши относятся к M. macedonicus. Выборки Северного Кавказа (г. Грозный) и п-ова Апшерон принадлежали Mus2А–musculus. Крупные, дымчатосерые длиннохвостые мыши имели маркерные варианты, типичные и для Mus1 (Idh-l-a, Est-l-b), и для Mus2А (ldh-1-b, Sod-1-b, Hbb-p), т.е. являлись гибридами этих двух форм. Присутствие характеристик domesticus и musculus в Закавказье показано и при исследовании мтДНК (Prager et al., 1996).

Неопределенность в описании таксономии домовых мышей стран Средней Азии обусловлена тем, что с севера сюда подходит ареал синантропного Mus2A – musculus, с юга –

Mus5 – bactrianus. С юго-запада, из-за Каспийского моря, подходит ареал аборигенного Mus macedonicus (Orsini el al., 1983). Большая часть исследованных нами выборок этого региона была за десятки километров от человеческого жилья. Однако, судя по вариантам маркерных белков, таким как Idh-1-b, Sod-I-a, Aat-I-a и Hbb-p, все животные принадлежат Mus 2А-musculus.

В некоторые районы юга Сибири заходят северные границы ареалов ряда видов монгольской фауны. В рассматриваемых выборках мышей севера Убсу-Нурской котловины (Тува) юга Бурятии и юга Читинской обл. спектр большинства маркеров, например, таких как Hbb, Es-2, Es-D, не отличался от типичных Mus2A − musculus территории бывшего СССР. Однако здесь были обнаружены Idh-1-b совместно с Idh-1-a, Sod-I-b совместно с Sod-I-a, вместе с Es-I-a появляется Est-I-b. Все эти варианты существуют как в гомозиготных, так и в гетерозиготных фенотипах. Несмотря на значительную морфологическую обособленность (Аргиропуло, 1940) и кариологическое своеобразие (Коробицына и др., 1990) M. m. raddei Kastschenko, 1910 не изолирован репродуктивно от своих северных соседей: Idh-1-a и Sod-I-а были обнаружены и в выборке из окрестностей г. Кызыл, которую по морфологическим характеристикам можно отнести к M. m. musculus.

Сопоставляя спектры вариантов маркерных белков у домовой мыши юга Дальнего Востока России с данными по встречаемости таких вариантов у Mus2А и у мышей юго-восточной Азии (Minezawa et al., 1980; Bonchomme et al., 1989), мы обнаружили в приморских популяциях маркеры как musculus, так и castaneus (Фрисман, Коробицына, 1990). У приморской домовой мыши обнаруживаются некоторые биохимические черты, общие с обитателями южно-сибирских степей.

Итак, анализ распространения аллозимных вариантов показал, что на территории России и прилежащих стран, в местах круглогодичного существования домовой мыши в природных биотопах, симпатрическое обитание одного из аборигенных (M. spicilegis либо M. macedonicus) и синантропного (M. musculus) видов домовых мышей обнаруживается лишь в западном регионе. М. spicilegus - в Молдавии и на Украине (Межжерин, 1988). Закавказье является северо-восточной оконечностью ареала M. macedonicus, точки отлова которого приурочены к долинам средних течений рек Аракс, Кура, Алазани (Милишников и др., 1989; Фрисман и др, 1990; Межжерин и др., 1994).

На всей территории бывшего СССР распространены мыши биохимической формы Mus2А-musculus. Однако на генотипическую структуру ее популяций значимое влияние оказывают обитатели более южных регионов Азии.

В главе приводится подробное описание геногеографии каждого из локусов для территории России и прилежащих стран. Привлечение литературных источников позволило рассмотреть геногеографию этих маркеров ядерного генома для надвида M. musculus по всей Евразии. Как известно, локус, контролирующий Idh-1, размещен на 1-й, гемоглобиновый гаплотип на 7-й (ICLAS Manual., 1984), Aat-1 на 10-й (Сreagan et al., 1973), а Sod-1 на 16–й (Francke and Taggart, 1979) хромосомах. Если геногеография каждого из локусов дает возможность представить эволюционную историю с позиций отдельного гена, то исследование всех пяти создает новое качество, благодаря которому можно рассмотреть эволюцию вида и его таксономическое подразделение. Объединенная геногеография 5 локусов позволяет выделить 4 географические группы популяций, различающиеся составом основных аллелей либо дополнительных аллелей. Синантропных домовых мышей западной Европы (Mus1) выделяет мономорфизм по Sod-1-а, двухвариантный набор гаплотипов гемоглобина (Нbb-s совместно с Нbb-d), преобладание частоты Idh-1-а на юге или мономорфизм этого аллеля на севере. Выделение обитателей юго-восточной части Евразии (Mus2C) определяет трехаллельный (a, b, c) полиморфизм Idh-1, двухаллельный полиморфизм Aat-1, Sod-1–а.. Мономорфизм по Sod-1-b, мономорфизм большинства популяций по Idh-1-b с появлением Idh-1-а в некоторых восточных популяциях характеризуют обитателей восточной Европы, центральной и северной Азии (Mus2A). Однако Mus2A, судя по географическому распространению исходных (Hbb-d либо Hbb-w1) и рекомбинантного (Hbb-р) гаплотипов, подразделяются на северную и центрально-азиатскую географические группы.

Анализ литературных данных о встречаемости аллельных вариантов у домовой мыши западных и крайних восточных районов Евразии (Bonhomme et al., 1984), восточных и центральных районов Азии (Minezawa et al., 1980) и собственные данные позволили предположить существование единого центра расселения синантропных форм, локализованного в районах Южной Азии (Фрисман, 1988). Рецентная фауна данного региона характеризуется наибольшим (в пределах Евразии) количеством видов рода Mus (Соколов, 1977; Ellerman, Morrison-Scott, 1951). Согласно предложенному Н.И. Вавиловым (1967) дифференциальному систематико-географическому методу определения центров формообразования, прежде всего именно здесь, нужно искать центр происхождения этого рода. Подтверждается такой вывод и палеонтологическими находками. Наиболее древние костные останки представителей рода Mus (Mus actor) известны из местонахождения Сиволак в Пакистане - возраст 7 млн лет, тогда как древнейшие находки Mus s. lat. в Африке имеют существенно меньший возраст: 2,5 млн. лет на северной части континента и 3 млн лет на территории южнее Сахары (Jakobs, 1985).

Результаты аллозимного исследования домовой мыши южной части континента (Din et al., 1996; Awasthi et al, 1998) показали экстремальную полиморфность популяций северной Индии. Здесь присутствуют как все аллели, характеризующие популяции различающихся частей Евразии, так и уникальные аллели, что позволяет с достаточной долей уверенности рассматривать предгорья Гималаев в качестве исходной точки расселения домовой мыши. Аналогичные данные обнаружены при исследовании мтДНК (Boursot et al., 1996). То есть, анализ географической изменчивости маркеров как ядерного, так и митохондриального геномов подтверждает нашу гипотезу (Фрисман, 1988) об общем центре происхождения синантропных форм, ограничивая его размеры предгорьями Гималаев.

Расселение домовых мышей из центра происхождения, по-видимому, осуществлялось по нескольким направлениям (рис. 5). Направление движения на запад, через Переднюю Азию в Африку и в Западную Европу, привело к формированию domesticus. На восток и ближайшие островные системы проникли предки castaneus. Географическое распределение гаплотипов гемоглобина позволяет предположить, что двигающаяся на север филетическая линия, формирующая musculus, по-видимому, на каком-то этапе разделилась на центральноазиатскую, где произошла гомозиготизация по w1 гаплотипу, и северную, изначально мономорфную по d гаплотипу. Последняя могла продвинуться до южных районов восточной Европы, где переживала неблагоприятные периоды в рефугиумах в составе местных фаун.

Большая часть территории России (северо-восток европейской России, практически вся Сибирь, Дальний Восток) непригодна для круглогодичного обитания домовой мыши в природных условиях, и по данной территории она расселилась вместе с человеком. Отсутствие корреляции между географическим расстоянием районов обитания и генетическими дистанциями аллозимных характеристик является отличительной характеристикой musculus российской территории (Frisman et al., 2003). Несомненно, на генетическое сходство пространственно разобщенных популяций оказывают влияние современные многосторонние миграционные потоки домовой мыши по всевозможным транспортным артериям, связывающим различные регионы российской территории. Однако с нашей точки зрения, более всего это сходство определяется быстрой экспансией с запада на восток по обширной территории, протянувшейся до Тихоокеанского побережья Азии.

Большой гибридной зоной musculus и castaneus является ареал M. m. mollosimus японского архипелага. На территории Дальнего Востока России аллозимные маркеры castaneus совместно с маркерами musculus обнаружены не только в Приморском крае, а также в популяциях более северных крупных портовых городов Тихоокеанского побережья России: Южно-Сахалинск, Магадан, Петропавловск-Камчатский. Находки Idh-1-с в популяциях Приморья, юга о-ва Сахалин, юга п-ова Камчатка, г. Магадан и отсутствие этого варианта в глубинных материковых популяциях северной Азии указывают на то, что по территории России castaneus продвигалась на север вдоль Тихоокеанского побережья. Это направление прослеживается и по полиморфизму сверхвариабельного отрезка Д петли мтДНК. Из наших сборов 1996-2000 гг. случайным образом было отобрано 178 образцов из 21 локальности на территории России. В этих выборках мыши с castaneus-типом мтДНК оказались распространены только на территории Дальнего Востока и не были обнаружены в иных регионах России и в Казахстане (Yonekawa et al., 2003).

Рис.5. Схема расселения домовой мыши по территории Евразии.

Обозначения: d- domesticus; c – castaneus; m – musculus; - зоны гибридизации
Географическое распределение гаплотипов гемоглобина показывает существование гибридной зоны между центрально-азиатской musculus и castaneus юго-восточного Китая в районе реки Янцзы. Гибридная зона musculus и castaneus, локализованная в окрестностях р. Янцзы, выявляется и на основе морфологических признаков (Marshall, 1998).

Гибридными оказались популяции домовой мыши юга Сибири. Более того, картина географического распределения Hbb вариантов показывает проникновение центрально-азиатского Hbb-w1 и рекомбинантного Hbb-p гаплотипов в популяции российской Азии и восточной Европы, при этом рекомбинантный гаплотип встречается здесь чаще, чем исходный центрально-азиатский Hbb-w1. Эти гаплотипы обнаружены в европейской части бывшего СССР, в Сибири, в Якутии и в Дальневосточном регионе, включая популяции п-ова Камчатка и о-ва Сахалин. Однако существует и обратный поток генов северной синантропной формы в центрально-азиатскую. На юг идет движение Hbb-d гаплотипа. Мы обнаружили вкрапления Hbb-d в городской популяции домовой мыши Казахстана, в популяциях нижнего Поволжья и в среднеазиатских популяциях домовой мыши. В популяциях короткохвостых белобрюхих домовых мышей юга Сибири этот гаплотип в большинстве локальностей является основным.

Несомненно, что центрально-азиатская форма домовой мыши гибридизуется с Mus1 –domesticus. Подтверждение тому − кавказская гибридная зона. Более того, исследования последних лет (Милишников и др., 2004) показали, что весьма неоднородный генофонд синантропных домовых мышей Закавказья не мог формироваться только путем вторичного контакта domesticus и musculus, а является результатом неоднократных разновременных напластований. О продвижении характеристик центрально-азиатской формы в ареал domesticus говорит обнаружение Hbb-р у синантропной домовой мыши, Ирана, Пакистана, Израиля.

Из всех евразийских гибридных зон домовой мыши только европейская − между musculus и domesticus - наиболее четко структурирована и только для ее основателей существуют сведения об элементах репродуктивной изоляции. В связи с этим особое внимание привлекают любые случаи появления гаплотипа Hbb-s (биохимического маркера domesticus) за пределами ареала этой формы. Появление этого варианта в выборках синантропных домовых мышей, отловленных нами вдоль западных границ бывшего СССР, вполне правдоподобно объясняется «просачиванием» через гибридную зону musculus − domesticus. Однако пассивное перемещение создает условия для domesticus включаться в геном musculus в географически отдаленных частях ареала последней. Этот гаплотип обнаруживается в популяциях вдали от ареала domesticus – в качестве редкого в Калмыкии и Иркутске, а в качестве распространенного в ограниченном регионе – на о-ве Чи-чи в Японии (Bonhomme et al., 1989), на северо-востоке Китая и в нескольких локальностях Приморья. Появление в приморских популяциях домовой мыши характеристик, типичных для domesticus, обнаружено и при исследовании мтДНК (Yonekawa et al., 2003). Все эти факты подтверждают незакрытость геномов musculus и domesticus в отношении друг друга на значительной части их ареалов. Складывается впечатление, что в настоящее время под давлением широких гибридных зон и локальных «засорений» происходит потеря различающейся целостности генных пулов аллопатрических частей ареала. Таким образом, результаты исследования характеристик ядерного и митохондриального геномов показывают, что синантропная домовая мышь Евразии, а значит и всего земного шара, представлена тремя географическими группами подвидов надвида M. musculus, а не тремя видами: M. domesticus M. musculus и M. castaneus, как это предполагает Д. Маршалл (Marshall, 1998).

А.И. Аргиропуло (1940), основываясь на различиях в экстернальной морфологии, выдвинул тезис о широтном характере различий популяций домовой мыши северных и южных регионов бывшего СССР с широкой переходной зоной между ними. Эти различия лежат в основе подвидового подразделения, применяемого в классических российских сводках. Однако в этих построениях подвидовая принадлежность домовой мыши территории Дальнего Востока была представлена достаточно умозрительно, главным образом, из-за отсутствия материала. Приведенная в диссертации статистическая оценка изменения величины хвостового индекса (ХИ - отношение длины хвоста к длине тела – одного из наиболее часто используемых в целях систематики домовой мыши признаков), подтвердила правдивость этого тезиса при включении большого объема материала дальневосточных территорий. Двухвыборочный t-тест для средних значений ХИ с различными дисперсиями показал, что обитатели северных территорий оказались менее изменчивы и дифференцированы, чем представители «южных» регионов. То же можно сказать по географической изменчивости цветовой гаммы окраски шкурки. Приведенная в диссертации статистическая оценка величин средних несмещенных генетических дистанций также подтвердила широтный характер аллозимной дифференциации. Эти данные объединяют в пределах «северной» группы синантропную домовую мышь от западных районов бывшего СССР до Камчатки и Сахалина и рассматривают 3 «южные» группы: 1) Средняя Азия, Нижнее Поволжье и Казахстан, 2) южные районы Сибири, 3) Приморье. И, наконец, геногеография гемоглобиновых локусов Нbb-b1 и Нbb-b2 предполагает а) таксономическое единство популяций домовой мыши восточной Европы и облигатно-синантропных популяций Сибири и Дальнего Востока; б) близость популяций Казахстана и Средней Азии с обитателями центрально-азиатских территорий и их отличие от популяций юга Сибири. Полученные результаты позволяют объединять популяции M. musculus от западных районов бывшего СССР до Камчатки и Сахалина в единый подвид M. m. musculus и рассматривать домовую мышь Средней Азии и Казахстана в рамках подвида M. m. wagneri. Такое подразделение согласуется с внутривидовой системой Mus musculus по Л. Лавренченко (Лавренченко, 1994). Домовая мышь юга Сибири, по-видимому, представляет собой переходную зону между M. m. musculus и M. m. gansuensis Satunin, 1903, а домовая мышь юга Дальнего Востока объединяет в своем геноме признаки M. m. musculus и M. m. castaneus.