Craniometrical variability in insular populations of brown bear (Ursus arctos, Carnivora) from Hokkaido, Sakhalin and South Kurils

G.F. Baryshnikov and A.Yu. Puzachenko

Proceedings of the Zoological Institute RAS, 2009, 313(2): 119–142 · https://doi.org/10.31610/trudyzin/2009.313.2.119

Full text

Abstract

The morphometrical analysis of 84 skulls of adult males of Ursus arctos from islands of the southern part of the Okhotsk Sea has revealed differences between brown bears from Hokkaido and South Kurils (U. a. yesoensis) and bears from Sakhalin, Shantar Islands and adjacent part of Asia (U. a. beringianus). The analysis has revealed craniometrical features of bears from three genetically different groups from Hokkaido and has shown similarity of bears from South Kurils (Iturup I., Kunashir I.) with bears of the eastern genetic group (B) from Hokkaido. The differentiation of bears into groups is mainly caused by the variation of width of the cerebral part and the basis of the skull and of the jaw height. Bears from Sakhalin are close to the continental ones, but have the smaller sizes and narrower skull in the postorbital area. The morphometrical data do not correlate with the supposed time of immigration of different groups of the brown bear to Hokkaido. Most likely, these data are defined by local adaptations of the studied populations. In our work, quantitative (informational) characteristics of the morphological (morphometrical) diversity of skulls of bears of different subspecies, important for comparative studies, are defined for the first time. Skull of U. a. yesoensis is characterized by a low variety in comparison with those of U. a. beringianus and other subspecies. The hypothesis about rather high morphological specialization of U. a. yesoensis, U. a. beringianus and U. a. piscator in comparison with U. a. arctos and U. a. collaris is formulated.

Key words

biodiversity, geographical variability, multidimensional scaling, south islands of Okhotsk Sea, ShannonWeaver entropy, Ursus arctos

Submitted February 24, 2009 · Accepted April 24, 2009 · Published June 25, 2009

References

Абрамов А.В. и Пузаченко А.Ю. 2006. Географическая изменчивость черепа и систематика палеарктических барсуков (Mustelidea, Meles). Зоологический журнал, 85(5): 641–655.

Айвазян С.А., Бухштабер В.М., Енюков И.С. и Мешалкин Л.Д. 1989. Прикладная статистика: классификация и снижение размерности. Финансы и статистика, Москва: 1–607.

Барышников Г.Ф. 2007. Медвежьи (Carnivora, Ursidae). Наука, Санкт-Петербург, 541 с.

Боескоров Г.Г. и Пузаченко А.Ю. 2001. Географическая изменчивость черепа и рогов лосей (Alces, Artiodactyla) Голарктики. Зоологический журнал, 80(1): 1–14.

Загребельный С.В. и Пузаченко А.Ю. 2006. Изменчивость черепа песцов беринговского (Alopex lagopus beringensis), медновского (A. l. semenovi) и материкового (A. l. lagopus) подвидов (Carnivora, Canidae). Зоологический журнал, 85(8): 1007–1023.

Куприянова И.Ф., Пузаченко А.Ю. и Агаджанян А.К. 2003. Временные и пространственные компоненты изменчивости черепа обыкновенной бурозубки, Sorex araneus (Insectivora). Зоологический журнал, 82(7): 839–851.

Лебедева Н.В. и Криволуцкий Д.А. 2003. Биологическое разнообразие и методы его оценки. В кн.: География и мониторинг биоразнообразия. НУМЦ, Москва: 8–75.

Левич А.П. 2007. Описание, происхождение и применение ранговых распределений в экологии сообществ. Общая и прикладная ценология, 5: 14–19.

Потапова Е.Г., Пузаченко А.Ю. и Бибиков Д.И. 1997. Морфологическая дифференциация серого сурка (Marmota baibacina) и тарбагана (M. sibirica) в южной Монголии. В кн.: Сурки Голарктики как фактор биоразнообразия. Тез. докл. III Международного Совещания по суркам. (25–29 августа 1997, Чебоксары). ABF, Москва: 80–81.

Пузаченко А.Ю., Раутиан Г.С., Сипко Т.П. и Киселева Е.Г. 1999. Дифференциация современных и вымерших форм рода Bison по признакам черепа. В кн.: А.А. Аристов (Ред.). Редкие виды млекопитающих России и сопредельных стран. Сборник статей, Москва: 330–338.

Пузаченко А.Ю. 2000. Применение многомерного шкалирования в анализе структуры. В кн.: И.Я. Павлинов (Ред.). Систематика и филогения грызунов и зайцеобразных, Москва: 137–140.

Пузаченко А.Ю. 2001. Внутрипопуляционная изменчивость черепа обыкновенного слепыша (Spalax microphthalmus, Spalacidae, Rodentia). 1. Методика анализа данных, невозрастная изменчивость самцов. Зоологический журнал, 80(3): 1–15.

Пузаченко А.Ю. 2003а. Структура изменчивости черепа слепышей рода Nannospalax (Rodentia, Spalacidea): дивергенция как редукция разнообразия. В кн.: А.О. Аверьянов и Н.И. Абрамсон (Ред.). Систематика, филогения и палеонтология мелких млекопитающих, Санкт-Петербург: 197–200.

Пузаченко А.Ю. 2003б. Энтропия как мера морфологического разнообразия. В кн.: Ф.Н. Голенищев и Г.И. Баранова (Ред.). Териологические исследования, 3. Санкт-Петербург: 60–81.

Пузаченко А.Ю. 2006. Изменчивость черепа у слепышей рода Nannospalax (Spalacidae, Rodentia). Зоологический журнал, 85(2): 235–253.

Пузаченко А.Ю. и Загребельный С.В. 2008. Изменчивость черепа песцов Alopex lagopus L. (Carnivora, Canidae) Евразии. Зоологический журнал, 87(9): 1106–1123.

Пузаченко Ю.Г. 2006. Глобальное биологическое разнообразие и его пространственно-временная изменчивость. В кн.: Н.С. Касимов и Р.К. Клиге (Ред.). Современные глобальные изменения природной среды. Т. 2. Научный мир, Москва: 306–376.

Пузаченко Ю.Г. 2007. Проблемы исследования биологического разнообразия горных территорий. В кн.: В.В. Рожнов и Ф.А. Темботова (Ред.). Млекопитающие горных территорий. Материалы международной конференции. Товарищество научных изданий КМК, Москва: 256–266.

Пузаченко Ю.Г., Пузаченко М.Ю., Козлов Д.Н. и Алещенко Г.М. 2004. Анализ строения почвенного профиля, на основе цифровой цветной фотографии. Почвоведение, 2: 133–146.

Раутиан Г.С., Немцев А.С. и Пузаченко А.Ю. 2003. Краниологическая характеристика зубров. В кн.: Г.С. Раутиан (Ред.). Зубр на Кавказе. Качество, Москва–Майкоп: 51–76.

Юдин В.Г. 1991. Особенности морфологии бурого медведя Дальнего Востока. В кн.: М.А. Вайсфельд и И.Е. Честин (Ред. ). Медведи в СССР. Наука, Новосибирск: 219–232.

Уиллиамс У.Т. и Ланс Д.Н. 1986. Методы иерархической классификации. В кн.: М.Б. Малютов (Ред.). Статистические методы для ЭВМ. Наука, Москва: 269–301.

Abramov A.V. and Puzachenko A.Yu. 2005. Sexual dimorphism of craniological characters in Eurasian badgers, Meles spp. (Carnivora, Mustelidae). Zoologischer Anzeiger, 244: 11–29. https://doi.org/10.1016/j.jcz.2004.12.002

Baryshnikov G.F., Mano T. and Masuda R. 2004. Taxonomic differentiation of Ursus arctos (Carnivora, Ursidae) from south Okhotsk Sea islands on the basis of morphometrical analysis of skull and teeth. Russian Journal of Theriology, 3(2): 77–88. https://doi.org/10.15298/rusjtheriol.03.2.05

Baryshnikov G.F., Puzachenko A.Yu. and Abramov A.V. 2003. New analysis of variability of check teeth in Eurasian badgers (Carnivora, Mustelidae, Meles). Russian Journal of Theriology, 1(2): 133–149. https://doi.org/10.15298/rusjtheriol.01.2.07

Kruskal J.B. 1964. Multidimensional scaling by optimizing goodness of fit to nonmetric hypothesis. Psychometrika, 29: 1–27. https://doi.org/10.1007/BF02289565

Kullbak S. and Leibler R.A. 1951. On information and sufficiency. Annals of Mathematical Statistics, 22: 79–86. https://doi.org/10.1214/aoms/1177729694

Mano T. 1994. Home range and habitat use of brown bears in the southwestern Oshima Peninsula, Hokkaido. International Conference of Bear Research and Management, 9(1): 319–325. https://doi.org/10.2307/3872717

Masuda R., Amano T. and Ono H. 2001. Ancient DNA Analysis of brown bear (Ursus arctos) remains from the archeological site of Rebun Island, Hokkaido, Japan. Zoological Science, 18(5): 741–751. https://doi.org/10.2108/zsj.18.741

Masuda R., Murata K., Aiurzaniin A. and Yoshida M.C. 1998. Phylogenetic status of brown bears Ursus arctos of Asia: A preliminary result inferred from mitochondrial DNA control region sequences. Hereditas, 128: 277–280. https://doi.org/10.1111/j.1601-5223.1998.00277.x

Matsuhashi T., Masuda R., Mano T., Murata K. and Aiurzaniin A. 2001. Phylogenetic relationships among worldwide populations of the brown bear Ursus arctos. Zoological Science, 18(8): 1137–1144. https://doi.org/10.2108/zsj.18.1137

Matsuhashi T., Masuda R., Mano T. and Yoshida M.C. 1999. Microevolution of the mitochondrial DNA control region in the Japanese brown bear (Ursus arctos) population. Molecular Biology and Evolution, 16(5): 676–684. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.molbev.a026150

Ohdachi S., Aoi T., Mano T. and Tsubota T. 1992. Growth, sexual dimorphism, and geographical variation of skull dimensions of the brown bear Ursus arctos in Hokkaido. Journal of Mammalian Society of Japan, 17(1): 27–47.

Sattath S. and Tversky A. 1977. Additive similarity trees. Psychometrika, 42: 319–345. https://doi.org/10.1007/BF02293654

Shepard B.N. 1962. The analysis of proximities: multidimensional scaling with unknown distance function. Psychometrika, 27(2): 125–140. https://doi.org/10.1007/BF02289630

Tsuruga H., Mano T. and Yamanaka M. 1994. Estimate of genetic variation in Hokkaido brown bears (Ursus arctos yesoensis) by DNA fingerprinting. The Japanese Journal of Veterinary Research, 42(3–4): 127–136.

Yoneda M. and Abe H. 1976. Sexual dimorphism and geographic variation in the skull of the Ezo brown hear (Ursus arctos yesoensis). Memoirs of Faculty of Agriculture Hokkaido University, 9: 265–276.