В этом разделе на нескольких примерах мы покажем путь выделения фенов на зоологическом материале. Приводимые примеры касаются выделения морфологических фенов — самых распространенных типов фенов, применяемых в современных популяционных исследованиях.
Прежде чем приступить к непосредственной работе по выделению фенов на конкретном материале, полезно ознакомиться с результатами исследований генетики филогенетически близких форм. По правилу гомологических рядов в наследственной изменчивости у изучаемого вида можно найти генетические вариации признаков, подобные уже обнаруженным у близких видов. Например, чтобы проанализировать окраску рыжей полевки Clethrionomys glareolus, надо познакомиться с работами по генетике окраски других грызунов (домовой мыши, крыс, хомяков). За цвет покровов у млекопитающих отвечают шесть основных и ряд дополнительных генов, за рисунок — не менее 10 генов. Наличие основных гомологичных генов окраски позволяет вести фенетический анализ окраски практически у всех видов млекопитающих. Таким образом, уже на предварительном этапе исследования можно составить общее представление о возможных направлениях поиска дискретных, маркирующих генотипы вариаций тех или иных морфологических признаков.
Именно среди подобных признаков и придется в первую очередь искать фены при дальнейшем анализе собственного материала. Конечно, сказанное не означает рекомендации искать фены только среди хорошо генетически изученных систем органов (всегда неправильно ограничиваться поиском лишь в рамках уже известного).
После предварительного знакомства с результатами генетических исследований по близким группам видов целесообразно соблюдать определенную последовательность в работе над конкретным фактическим материалом.
Первый этап. Выявление спектра дискретной изменчивости по отдельным комплексам признаков или свойств (окраске, рисунку, форме отдельных частей тела, вариациям строения органов и систем и т. д.). При этом желательно обращать внимание на признаки, относящиеся к разным системам органов.
Второй этап. Выявление связи предварительно выбранных признаков с возрастом и полом. Признаки (и их вариации), не зависящие от возраста и пола животного, позволяют легче выявлять общие черты популяционных особенностей. В дальнейшем анализе, однако, могут использоваться и дискретные вариации признаков, связанных с полом или характеризующих отдельные стадии онтогенеза. Например, у мышей бугорки на коренных зубах стираются с возрастом, и строение жевательной поверхности (признак, четко детерминированный генетически) может быть с успехом использовано только для изучения группы молодых и, частично, полувзрослых зверьков, у которых стирание зубов не зашло далеко.
Третий этап. Собственно выделение и описание дискретных вариаций признаков. На этом этапе выделенные вариации проверяются на дальнейшую делимость (дробимость, подразделяемость) без потери качества. Поясним сказанное. Предположим, изучаются такие особенности окраски, как рисунок и цвет. Дискретность в цветовой изменчивости можно искать лишь в цветовой гамме, а не в микроскопически определяемых характеристиках пигмента или микроструктуре поверхности органа, вызывающего цветовые эффекты (как у чешуекрылых). Равным образом было бы неправильно пытаться свести анализ вариаций рисунка (полос и пятен у той же ящерицы) к изучению, например, гистологии кожного покрова. И в том и в другом случаях исследователь потеряет качество изучаемой группы признаков и перейдет к изучению совсем другой группы признаков и свойств (среди которых, конечно, тоже можно искать качественные, альтернативные признаки). Часто удобным приемом проверки правильности описания выделяемых вариаций может служить контрольный анализ изучаемой выборки другим исследователем, не знакомым предварительно с материалом и руководствующимся лишь письменным описанием признаков.
Четвертый этап. Проверка выделения фенов на природном материале. Обычно удачно выделенные фены на достаточно разнообразном материале из природных популяций показывают определенные тенденции в распространении их в пространстве или во времени. Так, например, различная частота встречаемости мелких вставочных (шовных) костей в черепе у рыси Lynx lynx в разных участках ареала вида показывает, что феном, маркирующим отдельные географические группы популяций, является присутствие вставочных костей, а не форма или детали их расположения. Возможно, что эти мелкие особенности окажутся фенами другого масштаба, например, маркирующими определенные семьи или демы.
В редком исследовании бывают необходимы фены всех масштабов — от индивидуальных до видовых. Поэтому исследователя не должно смущать, что частоты многих из выделенных фенов не покажут определенных тенденций в масштабе имеющегося материала: это обстоятельство не свидетельствует о неправильности выделения фенов, а говорит лишь о том, что в данном масштабе выделенные признаки «не работают».
Кратко проиллюстрируем описанный алгоритм выделения фенов на двух примерах исследований, проведенных в лаборатории постнатального онтогенеза Института биологии развития им. Н. К. Кольцова АН СССР.
В первом случае целью исследования являлся анализ внутривидовой изменчивости окраски (цвета) покровов прыткой ящерицы для выяснения особенностей протекания процесса микроэволюции на уровне-отдельной популяции, групп популяций и всего вида в целом. Таким образом, представляли интерес вариации признаков от самого мелкого до самого крупного масштабов. Имеющиеся данные по наследованию вариаций окраски у прыткой ящерицы касаются менделевского характера наследования кирпичнокрасной окраски спины. Данные по генетике окраски ящериц другого рода (Sceloporus graciosus) показали наследственную обусловленность песчано-красной окраски спины. Эти отрывочные данные доказали только один, но важный факт: цвет окраски может быть дискретной, альтернативной вариацией типа фена.
Первый этап. Сопоставление вариантов окраски по цвету покровов из нескольких природных популяций показало наличие широкого спектра серо-зеленых и желто-коричневых тонов в окраске спины, бело-голубовато-зеленых — в окраске брюха, беложелтых — в окраске горла.
Второй этап. Сопоставление окраски молодых и взрослых животных показало, что существует значительная возрастная изменчивость окраски: окраска спины молодых животных однородно коричнево-серая. Выяснилось также, что окраска брюха и горла изменяется с возрастом. Поэтому для дальнейшего межпопуляционного анализа были использованы лишь половозрелые особи, легко выделяемые по размерам тела. Сопоставление окраски самцов и самок показало сложную картину: в одних популяциях половой диморфизм в окраске спины был резким (самцы зеленые, самки коричневые), а в других — и среди самцов, и среди самок встречались коричневые и зеленые особи. Сложным оказался и признак окраски горла: как правило, самцы имели более ярко окрашенное горло (ярко-желтое или даже зеленое), но встречались и самки с желтым горлом. Окраска брюха у самцов оказалась более зеленой, чем у самок, но варьировала и у того, и у другого пола значительно.
Третий этап. Спектр выделяемых цветовых вариаций включал первоначально 8 цветовых оттенков для окраски спины (темно-зеленый, ярко-зеленый, светло-зеленый, желтый, светло-коричневый, красноватый, коричневый, темно-коричневый) и по 2—3 оттенка для окраски брюха и горла. Для проверки правильности отнесения той или иной особи к определенному классу окраски были составлены специальные цветовые таблицы. Однако практика применения таблиц показала существование больших индивидуальных различий между исследователями в отнесении конкретной особи к тому или иному классу. Это происходило как из-за субъективности восприятия разных участков выделенной первоначально цветовой гаммы, так и из-за сложности обеспечения стабильного освещения (утром, вечером и днем, а также в различном цветовом окружении, когда восприятие оттенков значительно варьирует). Безусловно совпадающим у всех исследователей оказалось лишь выделение «зеленого» и «коричневого» в окраске спины [впоследствии в качестве очень редких вариантов были найдены «красные» (кирпичного цвета) и черные особи]. Таким образом, в качестве дискретных признаков были выделены комплексы вариаций — зеленые и коричневые тона в окраске спинки, и пришлось полностью отказаться от учета окраски брюха и горла.
Четвертый этап. Анализ частот встречаемости зеленого и коричневого цвета в окраске спинки у самцов и самок порознь показал в целом определенную закономерность: на севере самцы и самки были окрашены в коричневый цвет, на юге практически все самцы имели зеленую окраску, тогда как среди самок встречались и коричневые, и зеленые особи. Таким образом, и для самцов и для самок была установлена клинальная изменчивость частоты встречаемости дискретных вариаций окраски (зеленой и коричневой), но характер клины отличался у самцов и самок. Популяции прыткой ящерицы на Украине маркировались редкой вариацией «красноватая окраска», на Алтае — редкой вариацией «черная окраска». Обнаружение единичных черноокрашенных молодых и взрослых особей в одних и тех же местообитаниях позволяет предполагать их семейное родство.
Таким образом, все полученные данные позволяют считать коричневую, зеленую, красноватую и черную вариации окраски фенами.
Второй пример касается анализа изменчивости швов черепа гренландского тюленя Pagophilus groenlandicus. Была предпринята попытка найти доказательства популяционной самостоятельности трех группировок этого вида в Северной Атлантике. Имевшийся материал включал около 150 черепов разного возраста (от 2 до 36 лет), добытых в местах обитания всех трех предполагаемых популяций. На черепах можно выделить несколько десятков признаков, которым свойственна дискретная изменчивость. Одну из групп таких признаков представляют межкостные соединения — швы черепа.
Анализ данных по генетике показал, что некоторые линии мышей различались по степени зарастания швов к моменту достижения половой зрелости (у всех особей мелких млекопитающих швы обычно зарастают с возрастом). Из антропологии были известны случаи сохранения несросшихся швов черепа в течение жизни. В литературе имеются отрывочные данные о нахождении несросшихся швов черепа у старых особей разных видов млекопитающих, в том числе у многих хищных, филогенетически близких к ластоногим. Все это позволяло предположить возможность использования характера зарастания швов как признака, отражающего какие-то особенности генотипа.
Первый этап. Сопоставление всей наблюдаемой изменчивости показало, что швы бывают полностью заросшими, без каких-либо следов соединения костей, хорошо заметными и разными по форме. Кроме того, встречались черепа, у которых на одной половине черепа швы были хорошо развиты, а на другой — отсутствовали (изучался шов между лобной и теменной костями).
Второй этап. По слоистости зубов у ластоногих можно определить возраст с точностью до года. Сравнение черепов разновозрастных особей показало, что заращение швов не жестко связано с возрастом — у самых старых животных были найдены хорошо выраженные швы, тогда как у молодых особей в некоторых случаях швы зарастали полностью. Полового диморфизма в развитии швов обнаружено не было. Все это позволило для дальнейшего
анализа оставить все первоначально выделенные признаки присутствия — отсутствия швов и их формы.
Третий этап. Присутствие или отсутствие швов оказалось дискретным признаком: не было найдено животных с промежуточным характером швов (видимо, окостенение происходит достаточно быстро, и звери с таким промежуточным состоянием швов обнаруживаются редко). По форме швов также были выделены дискретные варианты.
Четвертый этап. Статистический анализ частот встречаемости разных вариантов швов в трех местах размножения гренландского тюленя показал существование различий между районом Ньюфаундленда, с одной стороны, и районами Гренландского и Белого морей — с другой. Эти различия были получены при сравнении частот встречаемости незаросших швов, но не относились к форме швов. Признаки формы швов «не сработали» на межпопуляционном уровне. Вариация же присутствия швов оказалась маркером, позволяющим подтвердить самостоятельность одной из изученных группировок.
Итак, проведенный анализ показал возможность использовать в качестве фенов присутствие или отсутствие швов между лобной и теменной костями у гренландского тюленя. В форме швов, хотя и были выделены дискретные вариации, выделить фены пока не оказалось возможным.