Изменчивость окраски северного лесного муравья F. aquilonia

Изменчивость окраски северного лесного муравья Formica aquilonia Yarr.
(Hymenoptera, Formicidae) на Урале и Кузнецко-Салаирской горной области

Авторы: Блинова С.В., Гилев А.В.

Представлены результаты сравнительного изучения популяций северного лесного муравья F. aquilonia Среднего Урала и Кузнецко-Салаирской горной области. Обнаружено закономерное потемнение окраски муравьев в направлении с севера на юг. На территории Кузнецко-Салаирской горной области выявлено три группы популяций F. aquilonia. В целом на данной территории муравьи оказываются более разнообразны по сравнению с уральскими.

ВВЕДЕНИЕ

Северный лесной муравей F. aquilonia Yarr. – широко распространенный вид рыжих лесных муравьев, населяющий всю таежную область Евразии [ 1 ]. Как и все рыжие лесные муравьи, этот вид демонстрирует высокую изменчивость морфологических признаков. Однако до сих пор изменчивость этого вида в масштабах всего ареала не изучалась. Вместе с тем подобные работы позволяют детально изучить структуру ареала и историю расселения вида, оценить внутривидовое биоразнообразие, разработать научно обоснованные меры по охране и использованию биоресурсов.

Наша работа посвящена сравнительному анализу изменчивости окраски рабочих особей и структуры населения северного лесного муравья на территории Среднего Урала и Кузнецко- Салаирской горной области.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Материал для работы собран на Среднем Урале (Свердловская область) в 1995-1999 гг. и на территории Кузнецко-Салаирской горной области (Кемеровская область) в 1993-2006 гг. Учеты гнезд Formica проводились на маршрутах длиной до 1-3 км. На каждом маршруте учитывалось от 1 до 30, в среднем 7-10 гнезд муравьев. С каждого обнаруженного муравейника, с купола, были взяты пробы по 50-100 рабочих особей для определения видовой принадлежности и изучения изменчивости. Описание каждого гнезда проводили с учетом рекомендаций по стандартизации методик изучения экологии муравьев [ 2 ].

Изменчивость окраски муравьев проводили по предложенной ранее схеме [ 3 ]. У всех собранных муравьев изучалась окраска головы и груди (рис. 1). В качестве размерной характеристики был взят один из наиболее часто используемых в мирмекологии показателей – длина груди.

При исследовании изменчивости окраски муравьев учитывались следующие моменты. Во- первых, известно, что окраска рабочих муравьев зависит от их размеров - крупные муравьи в среднем окрашены светлее, чем мелкие. Во-вторых, у муравьев отмечена значительная внутригнездовая и межсемейная изменчивость. Поэтому для анализа географической изменчивости F. aquilonia были взяты только те пункты, из которых имелись выборки из нескольких (не менее 3) гнезд этого вида. Далее материал для исследования был подготовлен таким образом, чтобы в сравниваемых выборках рабочие разных размерных классов были представлены с одинаковой частотой. Все измерения проведены при помощи бинокуляра МБС-9.

Степень сходства между выборками по частотам вариантов окраски оценивали при помощи расстояния Кавалли-Сфорца [ 4 ]. Матрицы расстояния в дальнейшем обрабатывали методами кластерного анализа. Результаты представлены на рисунке 2. Все расчеты проведены с использованием программ Microsoft Ехсеl, 2002 и Statistica 6.0 (StatSoft, Inc, 2002).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Ранее на Среднем Урале было проведено детальное исследование популяционной структуры северного лесного муравья [3, 5]. Выборки муравьев с Урала (Урал-1 - Урал-3) взяты из соседних популяционных группировок, достаточно отчетливо различающихся по частотам вариаций окраски. Степень сходства этих группировок может служить своеобразной точкой отсчета для анализа структуры населения муравьев в других регионах.

Рис. 1. Варианты окраски голова и груди у рыжих лесных муравьев (по [ 3 ]).

На рисунке 2 приведены дендрограммы сходства изученных выборок F. aquilonia по двум наиболее информативным признакам – окраске пронотума и мезонотума. Хорошо видно, что уральские популяции всегда оказываются в одном кластере, образуя достаточно обособленную группу. Для уральских популяций характерна заметно более высокая частота более темных вариантов 4-5 пронотума и 4-5 мезонотума (рис. 1). По окраске пронотума к ним близки самые северные выборки Кузнецкой котловины (КК-1) и Кузнецкого Алатау (КА-1), также отличающиеся повышенной частотой вариантов 4-5. Они объединяются с уральскими в один кластер. Остальные выборки Кузнецко-Салаирской горной области формируют отдельный «южный» кластер.

По окраске мезонотума уральские популяции формируют отчетливо обособленный кластер. Наибольшее сходство с ними снова демонстрируют самые северные выборки Кузнецкой котловины (КК-1) и Кузнецкого Алатау (КА-1 и КА-2), которые также объединяются в отдельный кластер. В отдельные кластеры объединяются также географически близкие выборки муравьев юго-западной части Кемеровской области, юга Кузнецкой котловины (КК-3) и Салаирского кряжа (СК), а также южной части области, юга Кузнецкого Алатау (КА-3) и Горной Шории (ГШ). В этом же кластере оказывается также одна из выборок севера Кузнецкой котловины (КК-2).

Особо следует отметить, что различия между выборками муравьев Кемеровской области по частотам вариантов окраски всегда сопоставимы или заметно выше, чем между уральскими популяциями F. aquilonia. Это может свидетельствовать о том, что все эти выборки принадлежат к разным популяциям. Расстояния между пунктами взятия выборок – 100 км и более – также превышает характерный размер популяции рыжих лесных муравьев [ 5 ].

Рис. 2. Дендрограммы сходства популяций F. aquilonia Урала и Кузнецко-Салаирской горной области по признакам окраски пронотума (А) и мезонотума (Б). КА-1 – КА-3 – Кузнецкий Алатау, КК-1 – КК-3 – Кузнецкая котловина, СК – Салаирский кряж, ГШ – Горная Шория.

Таким образом, из представленных результатов можно сделать следующие выводы.

1. В изменчивости F. aquilonia выявляются отчетливые географические закономерности. Группа уральских популяций, расположенная гораздо севернее и удаленная географически, оказывается отчетливо обособленной. Это муравьи, отличающиеся наиболее темной окраской груди. Наибольшее сходство с ней демонстрируют популяции северной части Кузнецко- Салаирской горной области, также имеющие более темную окраску. Муравьи южной части Кузнецко-Салаирской горной области отличаются более светлой окраской груди. Таким образом, наблюдается потемнение окраски муравьев в направлении с юга на север.

2. На территории Кузнецко-Салаирской горной области выделяются три большие группы популяций F. aquilonia – северная, юго-западная и южная, отчетливо различающиеся по окраске рабочих особей.

3. Муравьи F. aquilonia Кузнецко-Салаирской горной области демонстрируют более высокое разнообразие популяций по частотам вариантов окраски по сравнению с уральскими, о чем свидетельствуют характер и степень различий. Это, в свою очередь, может свидетельствовать о более высокой степени разнообразия внешней среды Кузнецко-Салаирской горной области.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы выражают благодарность студентке 6 курса биологического факультета Кемеровского госуниверситета М.А. Бабичевой за помощь в сборе материала.

Литература

1. Длусский Г.М. Муравьи рода Формика. М.: Наука, 1967. 236 с.

2. Арнольди К.В. Изучение экологии муравьев // Арнольди К.В., Гримальский В.И., Демченко А.В., Дмитриенко В.К., Захаров А.А., Кипятков В.Е., Купянская А.Н., Резникова Ж.И. // Муравьи и защита леса. Тарту, 1979. С. 156-171.

3. Гилев А.В. Дискретные вариации окраски и некоторые закономерности изменчивости пигментации рабочих особей рыжих лесных муравьев подрода Formica (Hymenoptera, Formicidae) // Зоол. журн., 2002. Т. 81, № 3. С. 336-341.

4. Животовский Л.А. Популяционная биометрия. М.: Наука, 1991. 271 с.

5. Гилев А.В. Популяционная структура северного лесного муравья Formica aquilonia (Hymenoptera, Formicidae) на Среднем Урале // Успехи соврем. биол., 2003. Т. 123, № 3. С. 223-228.

VARIABILITY OF COLOR PATTERNS OF FORMICA AQUILONIA YARR.
(HYMENOPTERA, FORMICIDAE) IN URAL AND KUZNETSK-SALAIR MOUNTAIN AREA

Blinova S.V., Gilev A.V.

The results of comparative study of color pattern of F. aquilonia workers from Middle Ural and Kuznetsk- Salair Mountain Area are given. Northern ants are darker than southern. On Kuznetsk-Salair Mountain Area three group of populations F. aquilonia were found. These ants are demonstrated high degree of diversity than Urals F. aquilonia.

Рис. 1. Варианты окраски голова и груди у рыжих лесных муравьев (по [ 3 ]).

Рис. 2. Дендрограммы сходства популяций F. aquilonia Урала и Кузнецко-Салаирской горной области по признакам окраски пронотума (А) и мезонотума (Б). КА-1 – КА-3 – Кузнецкий Алатау, КК-1 – КК-3 – Кузнецкая котловина, СК – Салаирский кряж, ГШ – Горная Шория.