Гендерная идентификация пингвинов Гумбольдта на основе морфометрических признаков
- Авторы: Сабуцкая М.А.1,2
-
Учреждения:
- Приморский океанариум – филиал Национального научного центра морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН
- Дальневосточный федеральный университет
- Выпуск: Том 11, № 4 (2022)
- Страницы: 110-114
- Раздел: Биологические науки
- URL: https://snv63.ru/2309-4370/article/view/321447
- DOI: https://doi.org/10.55355/snv2022114116
- ID: 321447
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В Приморском океанариуме содержится популяция пингвинов Гумбольдта, насчитывающая 32 особи. На данный момент перед сотрудниками отдела орнитологии стоит проблема определения пола 18 появившихся в океанариуме птенцов. Самки и самцы половозрелых пингвинов Гумбольдта не имеют значительных различий в окраске перьев, поэтому достоверная гендерная идентификация методом прямого наблюдения невозможна. Наиболее достоверные ультразвуковой и генетический методы являются затруднительными, поскольку требуют не только специального оборудования, реактивов и квалифицированных специалистов, но и способны спровоцировать стресс, опасный для здоровья птиц. Определение пола по морфометрическим показателям для птиц, содержащихся в неволе, является более предпочтительным, поскольку эта процедура не инвазивная, не несет необходимости использования специального оборудования и не требует особых навыков специалиста. В нашей работе проведен статистический анализ данных измерений длины клюва в 3-х вариациях и длины дорсальной части крыла и веса у самок и самцов исследуемой группы пингвинов Гумбольдта, содержащихся в Приморском океанариуме. Впервые нами в анализ была добавлена длина клюва от ноздри, которую ранее не учитывали. Выявлено, что применение одновременно 4-х признаков в анализе не демонстрирует достоверной корреляции с полом птицы, а значит, не подходит для гендерной идентификации пингвинов. Наиболее состоятельными для корреляционного анализа признаками оказались длина клюва и длина крыла. При сопоставлении этих морфометрических характеристик наблюдалась максимальная группировка птиц по полу внутри исследуемой группы.
Полный текст
Пингвин Гумбольдта (Spheniscus gumboldti, Meyen, 1834) – нелетающая птица из рода очковых пингвинов, гнездится на побережьях Чили и Перу от 8° до 34° ю.ш., там, где проходит холодное Перуанское течение. Мировая популяция насчитывает около 12 тыс. пар, большинство которых гнездится в Перу [1]. Пингвин Гумбольдта внесен в Красную книгу МСОП (Международный союз охраны природы) в статусе «уязвимый вид», а также включен в Международную конвенцию СИТЕС (Конвенция о международной торговле видами дикой фауны и флоры, находящимися под угрозой исчезновения).
Птицы этого вида достаточно неприхотливы в содержании и имеют более устойчивый иммунитет в сравнении с субантарктическими видами, что делает их привлекательным объектом экспонирования в зоопарках и океанариумах. В России пингвины Гумбольдта представлены в экспозициях нескольких крупных зоопарков и океанариумов: в Московском зоопарке (г. Москва), в Городском парке флоры и фауны «Роев ручей» (г. Красноярск), в Парке «Воробьи» (Калужская область, с. Совхоз Победа), в Океанариуме г. Самары, в Большом Сочинском дельфинарии (г. Сочи), а также в Приморском океанариуме (г. Владивосток).
Пингвины Гумбольдта прибыли в Приморский океанариум в 2018–2019 годах из Чешской Республики в количестве 14 особей (7 самок и 7 самцов). На период карантина птицы были размещены в пингвинарии НАК, где общая площадь вольера (59 м²) меньше, чем в помещении главного комплекса Приморского океанариума (158,48 м²). Сразу после прибытия птицы были взвешены и на крылья для облегчения идентификации были надеты хомуты разных цветов. После периода адаптации идентификация птиц производилась по индивидуальному рисунку черных перьев на животе.
К 2020 г. сформировалось 6 пар, успешно вырастивших 8 птенцов в период 2020/2021 гг. и 10 птенцов в период 2021/2022 гг. На данный момент у 18 родившихся птенцов пол не определен.
Для идентификации пола у птиц применяют анализ поведенческой активности [2; 3], анализ морфометрических данных [1; 4–13], радиоиммунный анализ плазматических стероидов [14], лапароскопию, клоакоскопию [15; 16], ультразвуковое исследование [1; 17], а также генетические методы (по ДНК и хромосомам) [18–21]. Последние 3 упомянутые способа являются наиболее достоверными. Все перечисленные методы требуют специального оборудования, реактивов, а также привлечения квалифицированных специалистов [15]. Кроме того, сам процесс отбора биоматериала для таких анализов чаще всего характеризуется потенциально опасным стрессовым воздействием на здоровье пингвинов.
Гендерная идентификация по морфометрическим показателям для содержания птиц в неволе является более предпочтительной, поскольку эта процедура не инвазивная, не требует сложного оборудования и не затратная. Несмотря на не 100% точность, определение пола по морфометрическим характеристикам было сделано для нескольких видов пингвинов [1; 6–13]. Все эти виды не имеют явного полового диморфизма.
Наша задача в этом исследование – выявить морфометрические характеристики, анализируя которые возможно достоверно определять пол у пингвинов Гумбольдта.
Материалы и методы
Измерения проводились у 14 половозрелых (7 самок и 7 самцов) особей пингвина Гумбольдта, содержащихся в Приморском океанариуме и условно обозначенных Sph1–Sph14. Были осуществлены измерения длины клюва (дкл) от границы оперенной и неоперенной части головы до кончика; глубины клюва на уровне ноздри (гкл); длины клюва от ноздри до кончика (нкл); длина дорсальной части крыла (дкр) от стыка с торакальной частью до кончика, когда крыло вытянуто перпендикулярно сагиттальной оси тела пингвина. Также были использованы данные по среднему за 2 года весу каждой птицы в месяц вне линьки и насиживания или кормления птенцов (рис. 1).
Рисунок 1 – Морфометрические параметры для гендерной идентификации пингвинов Гумбольдта. А – промеры клюва, Б – промер крыла
Статистический анализ был проведен с помощью программного обеспечения на Microsoft Office Excel, корреляционный анализ – программным пакетом сайта https://microbiomeanalyst.ca.
Результаты
Полученные значения по описанным измерениям отражены в таблице 1. Применение всех 4-х морфометрических признаков одновременно в анализе не выявило корреляции между ними. Так, анализ корреляций по множеству признаков оказался несостоятельным, и p-критерий составил 0,294, а R² – 0,10332.
Таблица 1 – Результаты морфометрических измерений у пингвинов Гумбольдта
№ | Sph1 | Sph2 | Sph3 | Sph4 | Sph5 | Sph6 | Sph7 | Sph8 | Sph9 | Sph10 | Sph11 | Sph12 | Sph13 | Sph14 |
Пол | ♀ | ♂ | ♂ | ♂ | ♀ | ♂ | ♂ | ♀ | ♀ | ♀ | ♂ | ♀ | ♀ | ♂ |
дкл, мм | 57,26 | 66,50 | 65,82 | 66,53 | 62,80 | 66,01 | 66,29 | 53,24 | 64,80 | 56,61 | 64,18 | 58,16 | 56,97 | 68,80 |
гкл, мм | 34,10 | 34,20 | 29,35 | 28,02 | 30,87 | 28,63 | 31,19 | 24,89 | 26,10 | 23,36 | 26,22 | 25,94 | 31,12 | 27,93 |
нкл, мм | 44,71 | 34,67 | 35,67 | 37,48 | 29,74 | 38,78 | 31,85 | 31,63 | 34,78 | 30,99 | 34,98 | 31,62 | 37,72 | 36,77 |
дкр, мм | 20,10 | 20,60 | 21,60 | 20,40 | 20,65 | 21,20 | 21,30 | 18,91 | 20,30 | 19,80 | 21,30 | 20,00 | 21,60 | 21,30 |
В результате группировки признаков по 2 или 3 корреляция зафиксирована только в паре признаков дкл/дкр. Анализ по α-распределению демонстрирует достаточную однородность группы дкл/дкр, p-критерий составляет 0,0114 (рис. 2: А).
Рисунок 2 – α-распределение (А) и β-распределение (Б) по длине клюва и длине крыла. Р-критерий = 0,0114 (А); p-критерий = 0,009 (Б), R² = 0,45691
Анализ по β-разнообразию показал, что самки и самцы по длине клюва и крыла формируют статистически различимые группы. Так, p-критерий составил 0,009, а R² – 0,45691 (рис. 2: Б). Самцы более плотно располагаются в своей группе, что говорит о том, что вариабельность по описанным признакам у самцов ниже. Самки находятся в более разрозненной группе, что связано с большей вариабельностью по длине крыла и длине клюва. Так, среднее значение длины клюва у самок 58,55 ± 1,49 мм, у самцов 65,33 ± 0,51 мм; длины крыла у самок 20,19 ± 0,31 мм, у самцов 21,10 ± 0,16 мм.
Анализ по β-распределению по длине клюва и длине крыла выявил двух самок (Sph5 и Sph9), выбивающихся из общей группы анализа (рис. 2: Б). При отбрасывании этих значений как крайних значения p-критерий = 0,002 и R² = 0,75719 демонстрируют большую степень достоверности (рис. 3: Б).
Рисунок 3 – α-распределение (А) и β-распределение (Б) по длине клюва и длине крыла без учета измерений пингвинов Sph5 и Sph9. Р-критерий = 0,0014 (А), p-критерий = 0,002 (Б), R² = 0,75719
Самцы в среднем за 2021/2022 гг. набирали вес и весили больше самок. Так, средний вес самцов в 2021 году составил 4316,58 ± 194,76 г, в 2022 году – 4736,43 ± 195,97 г. Средний вес самок в 2021 г. составил 4316,43 ± 185,01 г, в 2022 году – 4291,42 ± 79,36 г.
Обсуждение
Наиболее доступными методами для определения пола у пингвинов считаются морфометрический и этологический [1, p. 448; 8, p. 50; 10, p. 479; 11, p. 779; 15, p. 84–85]. Этологический метод был тщательно описан в работе Меррита и Кинга [2]. Авторы показали, что для пингвинов Гумбольдта описан эксперимент, в котором для распределения птиц по полу анализировали несколько паттернов поведения, включающие отдых, поведение в паре, локомоцию, уход за собой и др. Несмотря на то, что за 10-месячный период наблюдений статистически достоверно разделить птиц по полу не получилось, авторы обращают внимание на пользу использования данных о поведении в паре для гендерной идентификации пингвинов [2, p. 129]. В других работах, исследующих возможность определения пола по морфометрическим показателям, авторы расходятся во мнениях о том, какие признаки у пингвинов наиболее применимы. Так, в исследовании Уолласа и соавторов указывается, что оценка данных длины и глубины клюва наиболее предпочтительна [1, p. 451]. В другой работе показана 97% точность при предсказании пола по длине и глубине клюва у хохлатого (Eudyptes chrysocome), магелланова (Spheniscus magellanicus) и малого синего (Eudyptes minor) пингвинов [6; 7; 10]. Другие авторы указывают на нежелательность использования данных о промерах клюва у птиц, содержащихся в неволе, поскольку есть данные, что у таких птиц клюв претерпевает гиперкератинизацию и его глубина увеличивается на 18% по сравнению с дикими пингвинами [1, p. 451; 9]. Для желтоглазого пингвина (Megadyptes antipodes, Hombron, Jacquinot, 1841) показано, что точность предсказания пола по данным измерений головы и ступни приближается к 93% [22]. Для поиска параметров, подходящих для достоверного определения пола у пингвинов, кроме промеров клюва были проанализированы и другие признаки. Так, данные измерений длины и ширины головы оказались несостоятельными в гендерном анализе [9]. В этой же работе авторы указывают, что длина крыла – самый вариабельный признак, и в анализ его включать не советуют. В настоящем исследовании был проведен анализ применимости таких морфометрических показателей, как длина клюва в 2-х измерениях, глубина клюва и длина крыла, для определения пола пингвинов Гумбольдта. Эти параметры были выбраны для анализа, поскольку они минимально подвержены изменениям в течение года, в том числе в периоды линьки и насиживания яиц [1]. Нами показано, что для гендерной идентификации пингвинов Гумбольдта длина клюва и длина крыла являются наиболее применимыми и показали достоверную корреляцию, в то время как группировка по длине и глубине клюва оказалась недостоверной.
Многие авторы отмечают, что самцы пингвинов крупнее самок [5; 7–9; 10; 20; 21]. Однако достоверно определить пол только по весу невозможно, поскольку этот признак высоко вариабелен в течение года [1; 9; 13; 12; 22]. Самцы пингвинов нашей группы исследования были несколько тяжелее самок и больше набрали вес, однако достоверной корреляции веса и пола не выявлялось.
Заключение
В нашей работе впервые показано, что для гендерной идентификации пингвинов Гумбольдта посредством корреляционного анализа возможно использовать такие морфологические характеристики, как длина клюва и длина крыла. На данный момент не разработана модель для определения пола у неполовозрелых особей пингвинов. Нами запланировано продолжение работы по проверке уже полученных данных и поиску других подходящих морфометрических параметров для определения пола пингвинов, не достигших половой зрелости.
Благодарности
Автор выражает искреннюю благодарность сотрудникам отдела орнитологии Приморского океанариума Д.А. Рогашевской, И.К. Кузора, В.А. Крещеновской и О.А. Чернышовой за помощь в планировании эксперимента и проведении измерений птиц, а также сотрудникам лаборатории фармакологии ННЦМБ ДВО РАН за помощь, ценные замечания и советы для написания данной статьи. Данная работа выполнена на базе ЦКП Приморского океанариума.
Об авторах
Мирослава Алексеевна Сабуцкая
Приморский океанариум – филиал Национального научного центра морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН; Дальневосточный федеральный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: sabutskaya89@mail.ru
ведущий специалист отдела орнитологии, магистрант института наук о жизни и биомедицины
Россия, Владивосток; ВладивостокСписок литературы
- Wallace R.S., Dubach J., Michaels M.G., Keuler N.S., Diebold E.D., Grzybowski K., Teare J.A., Willis M.J. Morphometric determination of gender in adult Humboldt penguins (Spheniscus humboldti) // Waterbirds. 2008. Vol. 31, iss. 3. P. 448–453. doi: 10.1675/1524-4695-31.3.448.
- Merritt K., King Nancy E. Behavioral sex differences and activity patterns of captive Humboldt penguins (Spheniscus humboldti) // Zoo Biology. 1987. Vol. 6, iss. 2. P. 129–138.
- Scholten C.J. Breeding biology of the Humboldt penguin Spheniscus humboldti at Emmen Zoo // International Zoo Yearbook. 1987. Vol. 26, iss. 1. P. 198–204. doi: 10.1111/j.1748-1090.1987.tb03158.x.
- Romanov M.N., Betuel A.M., Chemnick L.G., Ryder O.A., Kulibaba R.O., Tereshchenko O.V., Payne W.S., Delekta Ph.C., Dodgson J.B., Tuttle E.M., Gonser R.A. Widely applicable PCR-markers for sex identification in birds // Russian Journal of Genetics. 2019. Vol. 55, iss. 2. P. 220–231. doi: 10.1134/s1022795419020121.
- Dubach J. Gender determination in captive and wild species of penguin // Penguin Conservation. 1996. Vol. 9. P. 14–16.
- Hull C.L. Morphometric indices for sexing adult Royal Eudyptes schlegeli and Rockhopper E. chrysocome penguins at Macquarie Island // Marine Ornithology. 1996. Vol. 24. P. 23–27.
- Renner M., Davis L.S. Sexing little penguins Eudyptula minor from Cook Strait, New Zealand using discriminant function analysis // Emu – Austral Ornithology. 1999. Vol. 99, iss. 1. P. 74–79. doi: 10.1071/mu99009c.
- Scolaro J.A. Sexing fledglings and yearlings of Magellanic penguins by discriminant analysis of morphometric measurements // Colonial Waterbirds. 1987. Vol. 10, iss. 1. P. 50–54. doi: 10.2307/1521230.
- Zavalaga C.B., Paredes R. Sex determination of adult Humboldt penguins using morphometric characters // Journal of Field Ornithology. 1997. Vol. 68, iss. 1. P. 102–112.
- Bertellotti M., Tella J.L., Godoy J.A., Blanco G., Forero M.G., Donazar J.A., Ceballos O. Determining sex of Magellanic penguins using molecular procedures and discriminant functions // Waterbirds. 2002. Vol. 25, iss. 4. P. 479–484. doi: 10.1675/1524-4695(2002)025[0479:dsompu]2.0.co;2.
- Boersma P.D., Davies E.M. Sexing monomorphic birds by vent measurements // Auk. 1987. Vol. 104. P. 779–783.
- Scolaro J.A., Hall M.A., Ximenez I.M. The Magellanic penguin (Spheniscus magellanicus): sexing adults by discriminant analysis of morphometric characters // Auk. 1983. Vol. 100. P. 221–224.
- Gales R.P. Sexing adult Blue penguins by external measurements // Notornis. 1988. № 35. P. 71–75.
- Pennington V. The use of radioimmunoassays to determine gender in Humboldt penguins Spheniscus humboldti // Penguin Conservation. 1996. Vol. 9. P. 16–18.
- Samour H.J., Stevenson M., Knight J.A., Lawrie A.J. Sexing penguins by cloacal examination // Veterinary Record. 1983. Vol. 113, iss. 4. P. 84–85. doi: 10.1136/vr.113.4.84.
- McDonald S. Surgical sexing of birds by laparoscopy // California Veterinarian. 1982. Vol. 5. P. 16–22.
- Hildebrandt T., Pitra C., Sommer P., Pinkowski M. Sex identification in birds of prey by ultrasonography // Journal of Zoo and Wildlife Medicine. 1995. Vol. 26, № 3. P. 367–376.
- Griffiths R., Double M.C., Orr K., Dawson R.J.Q. A DNA test to sex most birds // Molecular Ecology. 1998. Vol. 7. P. 1071–1075.
- Purwaningrum M., Nugroho A., Asvan M., Karyanti K., Alviyanto B., Kusuma R., Haryanto A. Molecular techniques for sex identification of captive birds // Veterinary World № 12 (9). P. 1506–1513. doi: 10.14202/vetworld.2019.1506-1513.
- Forero M.G., Tella J.L., Donazar J.A., Blanco G., Bertellotti M., Ceballos O. Phenotypic assortative mating and within-pair sexual dimorphism and its influence on breeding success and offspring quality in Magellanic penguins // Canadian Journal of Zoology. 2001. Vol. 79, iss. 8. P. 1414–1422. doi: 10.1139/z01-088.
- Agnew D.J., Kerry K.R. Sexual dimorphism in penguins // The penguins / eds P.N.I. Normar, P. Reilly. Surrey: Beatty and Sons, 1995. P. 299–318.
- Alvin N.S., Darby J.T., Lambert D.M. The use of morphometric measurements to sex Yellow-eyed penguins // Waterbirds. 2004. Vol. 27, iss. 1. P. 96–101.
Дополнительные файлы
