Основы методологии и методы исследования аномалий и патологий амфибий

Министерство образования и науки Российской Федерации
Уральский федеральный университет 
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина 
В. Л. ВЕРШИНИН
ОСНОВЫ МЕТОДОЛОГИИ  
И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 
АНОМАЛИЙ И ПАТОЛОГИЙ  
АМФИБИЙ
Рекомендовано в качестве учебного пособия для студентов,  
обучающихся по программам бакалавриата и магистратуры  
по направлениям подготовки 060301 «Биология», 
060401 «Биология», 050306 «Экология», 
050406 «Экология».
2-е издание, стереотипное
Москва
Издательство «ФЛИНТА»
Издательство Уральского университета
2017

УДК 597.6:591.4.068.1
В 37
Рецензенты:
Филинкова Т. Н., кандидат биологических наук, доцент кафедры  
биологии, экологии и методики их преподавания УрГПУ;
Жигальский О. А., доктор биологических наук, профессор,  
заведующий лабораторией ИЭРиЖ УрО РАН.
Вершинин В. Л. 
Вершинин, В. Л.
В 37
Основы методологии и методы исследования аномалий и патологий 
амфибий [Электронный ресурс] : [учеб. пособие] / В. Л. Вершинин — 
2-е изд., стер. — М. : ФЛИНТА : Изд-во Урал. ун-та, 2017. — 80 c.
Основы методологии и методы исследования аномалий и 
патологий амфибий : [учеб пособие] / В. Л. Вершинин. - Екатеринбург 
: Изд-во Урал. ун-та, 2015. - 80 с.
ISBN 978-5-9765-3063-8 (ФЛИНТА)
 (Изд-во Урал. ун-та) 
ISBN 978-5-7996-1420-1
Учебное пособие составлено на основе литературных и авторских 
материалов 3 7-летней практики мониторинга аномалий земноводных. Цель 
издания - 
 
 координация исследований для получения сравнимых результатов на 
основе единых методик. Обозначены методологические подходы, приведены 
классификации аномалий, примеры структуры баз данных, методы сбора, 
обработки, каче-ственного и количественного анализа. 
Книга адресована зоологам и экологам, специалистам, работающим в 
 
 
области морфогенеза, экологического мониторинга, преподавателям, студентам- 
биологам.
УДК 597.6:591.4.068.1
ISBN 978-5-9765-3063-8  (ФЛИНТА)
          ‹ Вершинин В. Л., 2015
 (Изд-во Урал. ун-та) 
ISBN 978-5-7996-1420-1 
 

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ. ОСНОВЫ МЕТОДОЛОГИИ  
. . . . . . . . . . . . . . . . .5 
Глава 1. ПРОФИЛИРОВАНИЕ МОРФООБЛИКА  
И СТРУКТУР ОРГАНИЗМА  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
Глава 2. ПЛАНИРОВАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ  
И СБОР ПЕРВИЧНОГО МАТЕРИАЛА  . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Рандомизация  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Репрезентативность выборок  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
Выборочные методы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
Использование таблиц случайных чисел  
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
Независимость  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
Объем выборки  
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24
Оценка ошибок  
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
Соглашение о пяти процентах  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
Мощность, величина эффекта и объем выборки  . . . . . . . . . . . . .28
Статистическая значимость и реальная достоверность  . . . . . . . .33
Глава 3. СТРУКТУРЫ БАЗ ДАННЫХ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
Глава 4. КЛАССИФИКАЦИИ АНОМАЛИЙ  . . . . . . . . . . . . . .40
Принципы классификации аномалий  
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
Аномалии икры и кладок амфибий  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
Патологии развития эмбрионов остромордой лягушки,  
Rana arvalis  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
Аномалии личинок амфибий  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
Классификация внешних морфологических аномалий  
бесхвостых амфибий  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
Классификация девиантных форм скелета бесхвостых  
амфибий  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54
3

Варианты внешних морфологических аномалий  
хвостатых амфибий  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58
Классификация инфекций и инвазий амфибий  
. . . . . . . . . . . . . . .61
Патологии печени и других органов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61
Глава 5. МЕТОДИКИ ПРОСВЕТЛЕНИЯ  
МЯГКИХ ТКАНЕЙ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63
Метод Даусона  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63
Приготовление и применение бинарного красителя . . . . . . . . . . .64
Методика изготовления и применения бинарного  
красителя  
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65
Протокол по просветлению и окраске хрящевых  
и костных структур для исследования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66
Глава 6. СХЕМА РАСЧЕТНЫХ ПАРАМЕТРОВ  
ПОЛУЧЕННЫХ ПЕРВИЧНЫХ ДАННЫХ  . . . . . . . . . . . . . . .68
Простые показатели  
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68
Расчетные показатели  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69
Интерпретация результатов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70
Глава 7. БИОИНДИКАЦИОННОЕ ЗНА
ЧЕНИЕ  
АНОМАЛИЙ  
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72
Биоиндикационные параметры  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74
4

ВВЕДЕНИЕ.  
ОСНОВЫ МЕТОДОЛОГИИ
От того, что мы будем знать, зависит то, чем мы станем...
Жан Ростан
Любой признак обладает генетической основой, определяющей пределы реализации его формообразовательной потенции. 
Дефинитивный облик складывается в ходе онтогенеза в результате 
интеграции носителя генотипа в конкретные условия среды.
По современным представлениям [Инге-Вечтомов, 2010], изменчивость формируется на основе сложного взаимодействия реплицируемого генотипа и экспрессии регуляторов морфогенеза, в 
котором условия среды играют роль медиатора.
Формирование в ходе онтогенеза любых фенотипических признаков как структурных (например, пятипалая конечность), так и 
окрасочных (характерный для вида рисунок) происходит при внутригеномных взаимодействиях систем генов-регуляторов [Kondo, 
Mura, 2010; Hox Genes, 2012] по принципу реакционно-диффузионной модели А. Тьюинга [Turing, 1952]. От уровня экспрессии 
генов-интеграторов морфогенеза в конкретных условиях среды зависит дефинитивный облик особи.
Исследования, ограниченные рамками морфологической «нормы» (в пределах модальных классов кривой нормального распределения), связаны главным образом с изучением внутривидового разнообразия, определяющегося гомеостатированием популяций вида 
в условиях разнообразной в пределах ареала среды [Вавилов, 1967]. 
Эти сведения связаны не столько с незавершенностью процессов эволюции, сколько с различной адаптированностью популяций, слагающих вид. Поэтому такой подход закрывает возможность к получению 
информации именно об эволюционных преобразованиях (трендах), 
так как крайние, наиболее уклоняющиеся (варианты по Ч. Дарвину) 
значения являются членами того же множества [Вершинин, 2009]. 
Эволюционный процесс, проявляющийся в постоянной трансформации генетических систем, в определенном смысле «не различает» видов как таковых (что созвучно номиналистским пред5

ставлениям Ж.-Б. Ламарка о виде как о формальной категории, существующей только в человеческом сознании) и направлен на их 
разрушение (дестабилизацию) или преобразование [Ламарк, 1935].
Известно, что девиантные или аномальные формы одних видов встречаются у близких видов того же таксона в качестве нормы [Evolution, 1988]. У генетически близких форм - видов одного 
рода могут быть гомологичные гены и проявляющие одинаковую 
изменчивость [Вавилов, 1967]. В соответствии с законом гомологических рядов, в близких таксонах многие признаки проявляются 
параллельно. Исследование гомологических рядов показывает, что 
они наиболее отчетливо прослеживаются на уровне родов [Розанов, 1973]. Гомологические ряды - отражение блочного модульного принципа структуры биологических систем, подразумевающего, что эволюционные преобразования одноименных структур 
связаны с перераспределением функциональных блоков близких 
или идентичных у различных организмов [Уголев, 1990].
Как эволюционные инновации, так и морфозы (аномалии) далеко выходят за пределы модальной части распределения. Кроме 
того, что закономерности формирования морфозов и эволюционных преобразований обладают «единой логикой», так как и те и 
другие базируются на одной материальной основе, определенным 
образом их канализирующей, поскольку, в соответствии с принципом блочности, «все ныне сущее возникло за счет комбинаторики исходно возникшего небольшого числа неких инвариантных 
доменов, которые далее комбинировались в разных сочетаниях» 
[Инге-Вечтомов, 2004]. Эволюция действует путем «перелицовки 
старого» [Jacob, 1977], так как ее возможности лежат в пределах 
биохимических особенностей вида (варианты, для формирования 
которых нет никакой наследственной основы для возникновения, 
не появятся) [Тимофеев-Ресовский и др., 1973].
Одним из важнейших следствий основ и механизмов морфогенеза является единство закономерностей на молекулярном и 
морфологическом уровнях, подчиняющихся принципу блочности 
биологических структур и их преобразования (тандемные дупликации, полимеризация, дивергенция, олигомеризация, редукция, 
новообразование) [Догель, 1954; Северцов, 1939; Ohno, 1970; 
Britten, Davidson, 1971].
6

Как феномен тераты с давних времен привлекали внимание человечества, что имеет множество документальных подтверждений 
[Леруа, 2011]. Однако сами по себе важные коллекционные материалы (своеобразные «кунсткамеры») еще не обеспечивают понимания. Необходим перевод накопленной информации об аномалиях в 
область рационального знания. Путь этот в первую очередь лежит 
в направлении понимания их эволюционного значения, молекулярных механизмов морфогенеза вкупе с экологической и регуляторной составляющими, на основе знаний о которых становится возможным переход к оценке здоровья среды (биоиндикации).
Первый шаг в нужном направлении был сделан в XVIII в. 
 
В. Гете [Goethe, 1790] на растениях, а позднее Жоффруа СентИлером [Saint-Hilaire, 1822] в XIX в. на животных и человеке. 
Изучение аномалий в строении растений способствовало появлению книги В. Гете «Метаморфоз растений» [Goethe, 1790] с изложением гипотезы о происхождении органов высших растений. 
 
Ж. Сент-Илер [Saint-Hilaire, 1822] использовал сведения по тератологии для подкрепления своих трансформистских взглядов. Нельзя не вспомнить, что именно пелории льнянки навели К. Линннея 
 
(в 1776 г.) на мысль о возможности появления новых видов.
Для каждого вида характерно наличие специфического спектра и частот морфологических аномалий, это «функция способа 
морфогенеза» пока данный вид существует [Коваленко, 2003].
Соотношение потенциального и реализованного спектров 
аномалий определенным образом характеризует среду, в которой 
существует популяция. Можно сказать, что условия, в которых экспрессируют Hox-гены (регуляторы и координаторы морфогенеза), 
«профилируют» морфооблик популяции, в том числе и спектр аномалий.
Библиографические ссылки
Вавилов Н. И. Закон гомологичных рядов в наследственной изменчивости: Линнеевский вид как система. Л.: Наука, 1967. С. 1-92.
Вершинин В. Л. Девиантные формы морфологической изменчивости 
амфибий как метод исследования микроэволюционных процессов // Эко7

логия в высшей школе: синтез науки и образования : материалы Всерос. 
науч.-практ. конф. 30 марта - 1 апреля 2009 г. Ч. 1. Челябинск: Изд-во 
Челяб. гос. пед. ун-та, 2009. С. 13-19.
Догель В. А. Олигомеризация гомологичных органов как один из 
главных путей эволюции животных. Л.: Изд. ЛГУ
, 1954. С. 338.
Инге-Вечтомов С. Г. Блочный принцип в теории эволюции. Перспективы и парадоксы // Фундаментальные зоологические исследования. 
Теория и методы. М. - СПб.: Т-во научных изданий КМК, 2004. С. 74-87.
Инге-Вечтомов С. Г. Изменчивость, матричный принцип и теория 
эволюции // Чарльз Дарвин и современная биология : труды Международ. 
науч. конф. «Чарльз Дарвин и современная биология» (21-23 сентября 
2009 г., Санкт-Петербург). СПб.: Нестор-История, 2010. С. 49-60.
Коваленко Е. Е. Эффект нормы признака и его теоретическое значение // Эволюционная биология: история и теория. СПб., 2003. Вып. 2. 
 
С. 66-87.
Ламарк Ж.-Б. Философия зоологии. Т. 1. Л.-М.: Биомедгиз, 1935. 330 с.
Леруа А. М. Мутанты. М.: Астрель: CORPUS, 2011. 560 с.
Розанов А. Ю. Закономерности морфологической эволюции археоциат и вопросы ярусного расчленения нижнего кембрия. М.: Наука, 1973. 
164 с.
Северцов А. Н. Морфологические закономерности эволюции. М. 
 
Л.: Изд-во АН СССР, 1939. 610 с.
Тимофеев-Ресовский Н. В., Яблоков А. В., Глотов Н. В. Очерк учения 
о популяции. М.: Наука, 1973. 278 с.
Уголев А. М. Концепция универсальных функциональных блоков 
и дальнейшее развитие учений о биосфере, экосистемах и биологических адаптациях // Эволюция биохимии и физиологии. 1990. Т. 26, № 4. 
 
С. 441-454.
Britten R., Davidson E. Repetitive and Non-repetitive DNA Sequences 
and a Speculation on the Origin of Evolutionary Novelty // Quart. Rev. Biol. 
1971. V. 46. P. 111-138.
Evolution and morphogenetic rules: the shape of the vertebrate limb in 
ontogeny and phylogeny / G. F. Oster, N. Shubin, J. D. Murray, P. Alberch // 
Evolution. 1988. V. 42, № 5. P. 862-884.
Goethe J. W. Versuch die Metamorphose der PÀanzen zu erkllren. Gotha: 
C. W. Ettinger, 1790. 86 S.
Hox Genes Regulate Digit Patterning by Controlling the Wavelength of 
a Turing-Type Mechanism / R. Sheth, L. Marcon, M. F. Bastida, M. Junco, 
L. Quintana, R. Dahn, M. Kmita, J. Sharpe, M. A. Ros // Science. 2012. 
 
V. 338. P. 1476-1980.
8