Орнитология – наука о птицах. Орнитология является ветвью зоологии и изучает эмбриологию птиц, их морфологию, физиологию, экологию, систематику и географическое распространение.
Орнитологическая экспертиза – это экспертиза, позволяющая определить, относится ли исследуемый объект анализа к птицам и если относится, то детально описывает объект исследования.
Объектом исследования орнитологической экспертизы являются:
- Птичий пух
- Перья
- Продукты выделения (помет и погадки)
- Мертвые тушки птиц
- Кровь
- Кости
- Другие части и ткани тел птиц
Другими словами, объектом орнитологической экспертизы является материал, принадлежащий птицам.
При обращении к данному виду экспертизы и предоставлении биологического материала перед экспертами возможно поставить следующие вопросы:
- Принадлежит ли предоставленный материал к частям или органам птиц;
- Если эти объекты представляют собой части тела птиц, то к какому именно виду птиц они принадлежали, т.е. можно определить таксономическую принадлежность (вид, род, семейство, отряд);
- Половая принадлежность птицы;
- Принадлежит ли весь предоставленный биоматериал одной птице или нескольким;
- Подвергались ли биологические материалы, переданные на исследование, каким либо физическим, механическим, биологическим и химическим факторам;
- Каков механизм (способ) отчленения данного орнитологического объекта от тела (отрезан, оторван, выпал и т.д.);
- Определение генетической гетерогенности, а также структуры и дифференциации популяции какого-либо вида птиц по данным ДНК-фингерпринтинга и в связи с решением некоторых демографических, этологических и экологических проблем, что часто необходимо для принятия эффективных мер по сохранению редких видов птиц;
- Определение степени родства двух индивидов.
В зависимости от биологического объекта и цели, эксперты выбирают определённый метод исследования. Причем иногда возможно привлечение экспертов других специальностей (биохимиков, физиологов, генетиков и т.д.).
Например, необходимо по помету и погадкам установить, к какой птице они принадлежали.
Фекалии птиц представляют собой каловые массы, смешанные с мочой. Это смешение происходит в расширенной конечной части задней кишки, куда впадают выделительные и половые протоки мочеполовой системы - клоаки. Белый цвет птичьих экскрементов обусловлен наличием в выделениях мочевой кислоты, которая является конечным продуктом белкового обмена (у людей конечный продукт белкового обмена – аммиак, который выводится с мочой). Исследованию подвергается либо фекалии птиц, либо гуано – высохшие экскременты птиц. Исследуя экскременты, орнитологи пытаются найти непереваренные остатки пищи и установить рацион птицы, а на основании рациона - вид птицы. Например, в ботанике даже существует специальный термин «эндозоохория», т.е. перенос плодов или семян растений в пищеварительном тракте животного. Орнитохория (частный случай эндозоохории) - перенос семян и плодов птицами. Исследования на дроздах показали, что 88% семян, прошедших пищеварительный тракт, сохраняют всхожесть. Крупные семена и косточки отрыгиваются из зоба с погадкой и полностью сохраняют свою всхожесть.
Погадки – это спрессованные непереваренные остатки пищи животного происхождения, например кости, шерсть, перья, хитин насекомых и т. п., отрыгиваемые некоторыми хищными, врановыми и чайковыми птицами в виде округлого комка. Функция погадки, по-видимому, состоит в выведении из пищеварительного тракта шерсти и перьев жертвы. К этому способу прибегают птицы различных систематических групп, когда необходимо удалить из желудка трудно перевариваемые остатки корма. Погадки часто скапливаются под гнездами птиц и дают орнитологам точное представление о рационе птицы.
Орнитологи знают, какой корм употребляют в своем рационе разные птицы и, следовательно, какое содержимое и какого примерно размера погадки. С другой стороны, известно, что практически вся шерсть, полученная птицей вместе с кормом, выделяется из организма в виде погадок. На этом основании, вычислив массу шерсти, находящуюся в погадках, можно оценить массу съеденного корма. Таким образом, продукты выделения птиц могут многое «рассказать» орнитологам о производившей их птице. Зная состав корма, массу съеденного в день корма и многое другое по этим выделениям, эксперты-орнитологи устанавливают вид птицы.
Представим другой пример орнитологической-экспертизы: необходимо определить пол птицы, обладая лишь какой-нибудь частью тела, принадлежащей этой птице, например имея перо, каплю крови и т.д.
Порой, даже имея живую птицу, не представляется возможным определить пол птицы, вследствие того, что у многих представителей класса птиц не выражен половой диморфизм, другими словами, по внешнему виду невозможно определить пол птиц. Существует много методов определения пола птиц по тем или иным признакам (морфологические, поведенческие, лапароскопический и др.), однако большая часть из них не дает гарантированного ответа, особенно для молодых неполовозрелых птиц.
В 1998 году Гриффитсом с соавторами (1) была разработана методика определения пола, основанная на методе полимеразной цепной реакции (ПЦР). Ими был найден ген хромохеликазы ДНК, расположенный на Z- и W- хромосомах. Здесь стоит заметить, что в отличие от людей, мужские особи птиц являются гомогамным полом (половые хромосомы ZZ), в то время как женские особи гетерогамны (половые хромосомы ZW). Ген хромохеликазы имеется как на Z- так и на W- хромосомах, но длина (количество нуклеотидов) копий гена на Z- и W- хромосоме разная. Таким образом, у самок копии этого гена разные по длине на разных половых хромосомах (ZW), а у самцов копии гена одинаковые по размерам на одинаковых хромосомах (ZZ). Такая разница в длинах гена обнаруживается при электрофоретическом разделении продуктов ПЦР-реакции (Рис. 1).
Рисунок 1. Результат определение пола птиц, по методу разработанному Гриффитсом. 1- Маркер молекулярного веса. Две полосы свидетельствуют о женской особи, тогда как одна полоса подтверждает мужскую особь птицы.
Биологический материал, подлежащий такому виду анализу, проходит три этапа: 1) Выделение ДНК из полученного образца. 2) Постановка ПЦР-реакции. 3) Проведение электрофоретического фракционирования продуктов ПЦР-реакции.
Орнитологическоя экспертиза позволяет определить отцовство в популяции птиц или установить, кто является биологическим отцом птенцов в домашней клетке с большим количеством самцов птиц.
Поскольку репродуктивное (половое) поведение связано с эффективностью воспроизводства, проблема определении родства является актуальной у видов птиц с изменчивыми системами половых отношений. Так Бурке и соавт. (Burke et. al., 1989) изучили большую популяцию (80 особей) лесной завирушки (Prunella modularis). Эти птицы характеризуются изменчивой системой половых отношений: на разных территориях выявлены моногамные и полигамные семьи. Сопоставление данные по ДНК-фингерпринтингу этих семей с данными по эффективности размножения, поведению при выкармливании птенцов, с определением времени контакта самцов и самок в период спаривания показали, что в моногамных семьях имеются случаи ложного отцовства, но они довольно редки. При этом в 15 изученных моногамных семьях птенцы вскармливались обоими родителями; в 30 случаях полиандрии и полигинии-полиандрии во всех 30 гнездах самка вскармливала птенцов сама, в половине случаев ей помогали оба самца, а в других случаях – один их самцов. Суммарные результаты, сделанные орнитологами, свидетельствовали, что самки извлекают выгоду от скрещивания с разными самцами, получая помощь при вскармливании потомства. В то же время с помощью ДНК-фингерпринтинга удалось достоверно показать, что самцы не различают при кормлении собственных и чужих птенцов в одном гнезде.
Орнитологическая экспертиза на сегодняшний день весьма актуальна в программах исторически недавних процессов генетической дифференциации популяций, а также в программах по искусственному разведению животных, в том числе редких исчезающих птиц.
Генетическая дифференциация популяции. В работе Токарской и соавт. (Tokarskaya, 1994) ДНК-фингерпринтинг с последующим многомерным факторным анализом использован для характеристики гетерогенности небольшой, искусственно подобранной группы очень редких птиц – сибирских журавлей или стерхов (Grus leucogernus). Группа включала пять журавлей – представителей двух географически изолированных популяций, два межпопуляционных гибридных потомка, одну особь канадского журавля (Grus cfnfdensis pratensis) и один межвидовой гибридный потомок. Сначала в ходе работы по данным ДНК-фингерпринтинга были точно установлены прямые родственники в группе, затем построили калибровочные кривые взаимозависимости степени родства и генетического сходства, которые хорошо коррелируют. Наконец, с помощью факторного анализа показано, что индивидуальные особи распределяются в пространстве точно в соответствии с их популяционной и видовой принадлежностью.
Редкие виды и проблема сохранения генетических ресурсов. Вскоре после появления технологии ДНК-фингерпринтинга этот и многие другие методы стали использоваться для решения демографических проблем и многочисленных задач в программах, связанных с оценкой, рациональным использованием и консервацией генетических ресурсов. Особенно это является важным для выработки научно обоснованных рекомендаций по сохранению и поддержанию редких и исчезающих видов. Так в программе по восстановлению пуэрториканского попугая (Amazona vittata) (Brock, White, 1992). Среди птиц этот вид находится в наибольшей опасности исчезновения (их число уменьшилось от 1 миллиона до примерно 2000 к 1937 г. и до 13 к 1975 г.). Для разведения было отловлено несколько особей, но скрещивание в неволе оказалось малопродуктивным. Именно поэтому был применен ДНК-фингрепринтинг пойманных птиц и проведена оценка их генетического родства. Оказалось, что по степени сходства ДНК фингерпринтных профилей исследованные попугаи соответствуют двоюродным родственникам. В качестве контрольных использовали соответствующие значения сходства и родства близкого вида попугаев. Этот прием получения конспецифичной (относящейся к близкому виду) информации представляется очень важным для подобных исследований редких видов птиц. Оказалось, что пары, успешно дающие потомство, имеют наименьшие показатели ДНК-фингерпринтного сходства. Авторы данной работы впервые предложили использовать молекулярно-генетические методы (ДНК-фингерпринтинг) в подобных программах для подбора при скрещивании пар.
Благодарим за помощь в подготовке материала к.б.н. Бабушкина М.В., орнитолога-эколога, заместителя директора по научной работе Дарвинского государственного заповедника.
Литература:
- Brock M.K., White B.N. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1992. V. 89. P. 11121-11125.
- Burke T., Davies N.B., Bruford M.W., Hatchwell B.J. // Nature. 1989. V. 338. P. 249-251.
- Tokarskaya O.N., Kalnin V.V., Panchenko V.G., Ryskov A.P. // Mol. Gen. Genet. 1994. V. 245. P. 658-660.
