Использование геометрической морфометрии и традиционных методов для анализа внутривидовой изменчивости первого нижнего моляра (m1) Alexandromys forti островных и континентальных популяций Приморья России

М.А. Винокурова, М.П. Тиунов и Ф.Н. Голенищев

Труды Зоологического института РАН, 2024, 328(1): 20–39 · https://doi.org/10.31610/trudyzin/2024.328.1.20

Резюме

Проведена оценка сложности строения зубной поверхности первого нижнего коренного зуба (m1) материковых и островных популяций восточной полевки Alexandromys fortis (Büchner, 1889) двумя методами. С помощью традиционного подхода и методов геометрической морфометрии (ГМ) была проанализирована морфологическая изменчивость антероконида m1 этого вида материковой части юга Приморского края и островов залива Петра Великого. Традиционный подход основывался на описании складчатости жевательной поверхности с использованием трех признаков: 1) складчатость лингвальной стороны передней непарной петли антероконида (AC); 2) форма лабиальной стороны AC; 3) форма четвертого лингвального входящего угла. На материковой части ареала вида наиболее высокую встречаемость показал морфотип III-C-a, который также преобладал в позднеплейстоценовых выборках вида в Приморье. В работе выявлено повышенное морфотипическое разнообразие в островных популяциях восточной полевки, что обусловлено, вероятно, фенотипическими и генотипическими особенностями основателей островных популяций, а также инбридингом, что может вызывать высвобождение скрытого разнообразия и увеличение числа редких морфотипов. Наиболее многочисленным морфотипом на островах Де-Ливрона – Дурново являлся II-C-a, редкий для материка. В целом наиболее усложненные формы присутствуют на островах. В рамках применения геометрической морфометрии, антероконид был разделен на две отдельно исследуемые структуры: передняя непарная петля антероконида (AC) и основание антероконида (AB). Распределение конфигураций AC в пространстве двух главных компонент приняло дугообразную форму, выявив «зону запрета». Основные изменения происходят с лингвальной стороны AC. Регрессионный анализ показал прямую зависимость длины контура с усложнением формы передней непарной петли. Основание антероконида (AB) также подвергается трансформации: он либо растягивается, либо сжимается, при этом, если передняя непарная петля антероконида (AC) более сложная, то наблюдается упрощение и сжатие его основания (отрицательная регрессия). Анализ результатов использования двух подходов (традиционного и с использованием методов ГМ в анализе изменчивости антероконидного отдела m1, A. fortis) показал крайний субъективизм в использовании первого и широкие возможности второго для выявления математическими методами разных аспектов трансформации зуба.

Ключевые слова

Alexandromys fortis, Arvicolinae, антероконид, геометрическая морфометрия, зубы, морфотип

Поступила в редакцию 10 ноября 2023 г. · Принята в печать 4 декабря 2023 г. · Опубликована 25 марта 2024 г.

Литература

Abramson N.I. and Lissovsky A.A. 2012. Subfamily Arvicolinae Gray 1821. In: I.Ya. Pavlinov and A.A. Lissovsky (Eds). The Mammals of Russia: a taxonomic and geographic reference. Archives of Zoological Museum of Moscow State University, 52: 220–276. [In Russian].

Alekseeva E.V. and Golenishchev F.N. 1986. Fossil remains of grey voles of genus Microtus from Cave Bliznetz (Southern Far East). Proceedings of the Zoological Institute of the Russian Academy of Sciences, 156: 134–142. [In Russian].

Angermann R. 1973. Homologous variability of molars in voles (Microtinae). Problems of evolution, 3: 104–118. [In Russian].

Bobrinskii N.A., Kuznetsov B.A. and Kuzyakin A.P. 1965. Keys to Mammals of the USSR 2nd ed. Prosveshcheenie, Moscow, 382 p. [In Russian].

Bolshakov V.N., Vasilyeva I.A. and Maleeva A.G. 1980. Morphotypical mutability of vole’s teeth. Nauka, Moscow, 140 p. [In Russian].

Chugunov Yu.D. and Katin I.O. 1984. Number and distribution of rodents among biotopes on the islands of the Far Eastern Marine Reserve. In: V.C. Levin (Ed.). Fauna of the Far Eastern Marine Reserve. Far Eastern Scientific Center of the Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok: 107–121.

Eremina I.V. 1974. Polymorphism of molar masticatory surface pattern in the common vole. In: Physiological and Population Ecology of Animals: Interdepartmental Collected Scientific Papers. Vol. 2(4). Saratov State University, Saratov: 77–91. [In Russian].

Frisman L.V., Kartavtseva I.V., Sheremetyeva I.N., Pavlenko M.V. and Korablev V.P. 2016. Allozyme differentiation and karyotype features of East-Asian voles in the Russian Far East. Bulletin of the North-East Scientific Center, Russian Academy of Sciences Far East Branch, 3: 93–103. [In Russian]. https://doi.org/10.1134/S1022795406060147

Geptner V.G. and Shvetsov Yu.G. 1960. Species identity of the reed vole (Microtus fortis B.) and the Ungur vole (M. maximoviczii Sch.). Izvestiya Irkutskogo Protivochumnogo Instituta Sibiri i Dalnego Vostoka, 23: 117–132. [In Russian].

Gromov I.M., Gureev A.A., Novikov G.A., Sokolov I.I., Strelkov P.P. and Chapskii K.K. 1963. Mammals of fauna of the USSR. Part 1. Izdatelstvo Akademii Nauk SSSR, Moscow, Leningrad, 638 p. [In Russian]. https://doi.org/10.2307/1377317

Gromov I.M. and Polyakov I.Ya. 1977. Fauna of the USSR, Voles (Microtinae): Mammals, 3(8). Izdatelstvo Nauka, Leningrad, 504 p. [In Russian]. https://doi.org/10.2307/1382413

Hammer Ø., Harper D.A.T. and Ryan P.D. 2001. PAST: Paleontological Statistics software package for and data analysis. Palaeontologia Electronica, 4(1): 1–9.

Kaneko Y. and Hasegawa Y. 1995. Some fossil arvicolid rodents from the Pinza-Abu Cave, Miyako Island, the Ryukyu Islands, Japan. Bulletin of the Biogeographical Society of Japan, 50(1): 23–37.

Katin I.O. 1989. Dynamics of Far Eastern vole populations under island conditions. In: V.A. Kostenko (Ed.). Theriological research in the south of the Far East: a collection of scientific articles. USSR Academy of Sciences, Far Eastern Department, Biological and Soil Institute, Vladivostok: 89–99. [In Russian].

Klinenberg C.P. 2009. Morphometric integration and modularity in configurations of landmarks: tools for evaluating a priori hypotheses. Evolution & Development, 11(4): 405–421. https://doi.org/10.1111/j.1525-142X.2009.00347.x

Klinenberg C.P. 2014. Studying morphological integration and modularity at multiple levels: concepts and analysis. Philosophical Transactions of the Royal Society (B), 365(1649): 1–9. https://doi.org/10.1098/rstb.2013.0249

Kostenko V.A. 2000. Rodents (Rodentia) of the Russian Far East. Dalnauka, Vladivostok, 210 p. [In Russian].

Kovalenko E.E. 2011. Properties of norm and variability. Ontogenez, 42(5): 363–377. [In Russian]. https://doi.org/10.1134/S1062360411020093

Krukover A.A. 1989. Structure and morphotypic variability of the chewing surface of the teeth of non-rooted voles. Institut geologii i geofiziki Sibirskogo otdeleniya AN SSSR, Novosibirsk, 38 p. [In Russian].

Kryštufek B. and Shenbrot G. 2022. Voles and Lemmings (Arvicolinae) of the Palaearctic Region. University of Maribor, University Press. 449 p. https://doi.org/10.18690/um.fnm.2.2022

Kuziakin A.P. 1963. To the systematics of Rodents of fauna of USSR. Trudy Moskovskogo Obshestva Ispytatelei Prirody, 10: 105–115. [In Russian].

Laffont R., Renvoisé E., Navarro N., Alibert P. and Montuire S. 2009. Morphological modularity and assessment of developmental processes within the vole dental row (Microtus arvalis, Arvicolinae, Rodentia). Evolution & Development, 11(3): 302–311. https://doi.org/10.1111/j.1525-142X.2009.00332.x

Lissovsky A.A., Petrova T.V., Yatsentyuk S.P., Golenishchev F.N., Putincev N.I., Kartavtseva I.V., Sheremetyeva I.N. and Abramson N.I. 2018. Multilocus phylogeny and taxonomy of East Asian voles Alexandromys (Rodentia, Arvicolinae). Zoologica Scripta, 47: 9–20. https://doi.org/10.1111/zsc.12261

Maleeva A.G. 1976. On the microtines (Microtinae) teeth variability. In: Rodents evolution and history of their recent fauna. Proceeding of the Zoological Institute of the Academy of Sciences of the USSR, 66: 48–57. [In Russian].

Markova E.A. 2013. Assessment of Tooth Complexity in Arvicolines (Rodentia): A Morphotype Ranking Approach. Zoologicheskiy Zhurnal, 92(8): 968–980. [In Russian]. https://doi.org/10.7868/S0044513413080126

Markova E.A., Bobretsov A.V., Borodin A.V., Rakitin S.B., Sibiriyakov P.A., Smirnov N.G., Yalkovskaya L.E. and Zykov S.V. 2020. The effects of population bottlenecks on dental phenotype in extant arvicoline rodents: Implications for studies of the quaternary fossil record. Quaternary Science Reviews, 228: 1–21. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2019.106045

McGuire J.L. 2010. Geometric morphometrics of vole (Microtus californicus) dentition as a new paleoclimate proxy: Shape change along geographic and climatic clines. Quaternary International, 212: 198–205. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2009.09.004

McGuire J.L. 2011. Identifying California Microtus species using geometric morphometrics documents Quaternary geographic range contractions. Journal of Mammalogy, 92(6): 1383–1394. https://doi.org/10.1644/10-MAMM-A-280.1

Meyer M.N. 1978. The systematics and intraspecific variability of the Far East voles (Rodentia, Cricetidae). Proceedings of the Zoological Institute of the Academy of Sciences of the USSR, 75: 3–62. [In Russian].

Meyer M.N., Golenishchev F.N., Radjably S.I. and Sablina O.V. 1996. The grey voles (subgenus Microtus) of Russia and adjacent territories. Proceedings of the Zoological Institute of the Russian Academy of Sciences, 232: 1–320. [In Russian].

Ognev S.I. 1950. The Mammals of USSR and adjacent countries (The mammals of Eastern Europe and Northern Asia). Vol. 5. Izdatelstvo Akademii Nauk SSSR, Moscow, Leningrad, 809 p. [In Russian]. https://doi.org/10.2307/1375796

Omelko V.E., Kuzmin Y.V., Tiunov M.P., Voyta L.L. and Burr G.S. 2020. Late Pleistocene and Holocen small mammal (Lipotyphla, Rodentia, Lagomorpha) remains from Medvezhyi Klyk Cave in the Southern Russian Far East. Proceedings of the Zoological Institute of the Russian Academy of Sciences, 324(1): 124–145. https://doi.org/10.31610/trudyzin/2020.324.1.124

Osipova E.M., Danukalova G.A. and Tiunov M.P. 2022. Late Pleistocene and Holocene malacological and theriological faunas from the Tetyukhinskaya Cave (South Far East, Russia) and their palaeoecological implications. Palaeoworld, 33(1): 241–256. https://doi.org/10.1016/j.palwor.2022.12.007

Panasenko V.E. and Tiunov M.P. 2010. The population of small mammals (Mammalia: Eulipotyphla, Rodentia, Lagomorpha) on the southern Sikhote-Alin in the Late Pleistocene and Holocene. Bulletin of Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, 6: 60–67. [In Russian].

Perez S.I., Bernal V. and Gonzales N. 2006. Differences between sliding semi-landmark methods in geometric morphometrics, with an application to human craniofacial and dental variation. Journal of Anatomy, 208: 769–78. https://doi.org/10.1111/j.1469-7580.2006.00576.x

Pozdnyakov A.A. 1993. Morphotypic variation in molar masticatory surface pattern in gray voles of the “maximowiczi” group (Rodentia, Arvicolidae): Experience in quantitative statistical analysis. Zoologicheskiy Zhurnal, 75(11): 114–12. [In Russian].

Pozdnyakov A.A. 2011. The structure of morphological variability (with the masticatory surface morphotypes of the lower first molar in voles as an example). Zhurnal obchchey biologii, 72(2): 127–139. [In Russian]. https://doi.org/10.1134/s2079086411050070

Pozdnyakov A.A. and Pavlinov I.Ya. 2023. Diversity of structural variants of the m1 anteroconid in the vole genera Stenocranius and Alexandromys (Arvicolini, Rodentia): qualitative and quantitative approaches. Zoologicheskiy Zhurnal, 102(7): 815–825. [In Russian]. https://doi.org/10.1134/S1062359023090315

Renvoisé E., Evans A.R., Jebrane A., Labruére C., Laffont R. and Montuire S. 2009. Evolution of mammal tooth patterns: new insight from a developmental prediction model. Evolution, 63(5): 1327–1340. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.2009.00639.x

Rohlf F.J. 2017a. TpsDig2, version 2.31. Department of Ecology and Evolution. State University of New York at Stony Brook, New York.

Rohlf F.J. 2017b. TpsRelw, version 1.75. Department of Ecology and Evolution. State University of New York at Stony Brook, New York.

Rörig G. and Börner C. 1905. Studien über das Gebiss mitteleuropäischer rezenter Mäuse. Arbeiten aus der Kaiserlichen Biologischen Anstalt für Land- und Forstwirtschaft, 5(2): 37–89.

Sheremetyev I.S. 2001. Terrestrial mammals of Peter the Great Bay islands (Sea of Japan). The North Pacific islands biological researches, 6: 1–14. [In Russian].

Timofeeva A.A. 1968. Small mammals on Sakhalin and the Kuril Islands in connection with the epidemiological significance of these animals. Abstract of the Doctor of Biological Sciences thesis. Irkutsk, 23 p. [In Russian].

Vasilyeva I.A. 1978. Comparative study of the variability of craniological characters of voles (Mikrotinae) during hybridization of forms of varying degrees of divergence. Abstract of the Doctor of Biological Sciences thesis. Sverdlovsk, 24 p. [In Russian].

Velizhanin A.G. 1976. Time of isolation of the North Pacific mainland islands. Doklady Akademii nauk SSSR, 231(1): 205–207. [In Russian].

Vinogradov B.S. and Gromov I.M. 1952. Rodent of fauna of the USSR. Izdatelstvo AN SSSR, Moscow, Leningrad, 298 p. [In Russian].