Samara Journal of ScienceSamara Journal of ScienceСамарский научный вестник2309-43702782-3016Samara State University of Social Sciences and Education67699310.55355/snv2024134103Biological SciencesБиологические наукиResearch ArticleIsotopic composition of carbon (ẟ¹³C) and nitrogen (ẟ¹⁵N) in the hair of the order Rodentia of the Vologda RegionИзотопный состав углерода (ẟ¹³C) и азота (ẟ¹⁵N) шерсти грызунов Вологодской областиEltsovaLiubov SergeevnaЕльцоваЛюбовь Сергеевна
Russian Federation

researcher of Biology Department

научный сотрудник кафедры биологии

lskhabarova@chsu.ruDuryaginaOlga VasilyevnaДурягинаОльга Васильевна
Russian Federation

student of Faculty of Biology and Human Health

студент факультета биологии и здоровья человека

ovduriagina@chsu.ruKuznetsovaLiudmila VictorovnaКузнецоваЛюдмила Викторовна
Russian Federation

head of Environmental Management and Science Department

начальник отдела организации природопользования и науки

priroda.russever@mail.ruIvanovaElena SergeevnaИвановаЕлена Сергеевна
Russian Federation

candidate of biological sciences, leading researcher, head of Ecological and Analytical Laboratory of Biology Department

кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, руководитель эколого-аналитической лаборатории кафедры биологии

stepinaelena@yandex.ruCherepovets State UniversityЧереповецкий государственный университетRussian North National ParkНациональный парк «Русский Север»0112202413420251003202510032025Copyright ©; 2024, Eltsova L.S., Duryagina O.V., Kuznetsova L.V., Ivanova E.S.Copyright ©; 2024, Ельцова Л.С., Дурягина О.В., Кузнецова Л.В., Иванова Е.С.2024Eltsova L.S., Duryagina O.V., Kuznetsova L.V., Ivanova E.S.Ельцова Л.С., Дурягина О.В., Кузнецова Л.В., Иванова Е.С.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://snv63.ru/2309-4370/article/view/676993

The study is devoted to the analysis of the ratio of stable carbon isotopes (ẟ¹³C) and stable nitrogen isotopes (ẟ¹⁵N) in the hair of mammals of the Rodentia order (Eurasian beaver – Castor fiber Linnaeus, 1758; Ural field mouse – Apodemus uralensis Pallas, 1811; European water vole – Arvicola amphibius (Linnaeus, 1758); Muskrat – Ondatra zibethicus Linnaeus, 1766; Siberian chipmunk – Eutamias sibiricus (Laxmann, 1769); Siberian flying squirrel – Pteromys volans Linnaeus, 1758; Red squirrel – Sciurus vulgaris Linnaeus, 1758) in the Vologda Region. The isotopic composition of carbon in the hair of the studied animals varies from −28,2‰ to −17,9‰, nitrogen – from 0,4‰ to 10,6‰. The values of ẟ¹³C in the hair of mammals of the Rodentia order are higher, and ẟ¹⁵N is lower than in the hair of mammals of the Carnivora order, previously studied in the Vologda Region. The ratio of heavy carbon and nitrogen isotopes in the hair of animals captured in different regions of the Vologda Region does not differ significantly statistically. It has been established that the hair of aquatic organisms is less enriched in heavy carbon isotope and more enriched in heavy nitrogen isotope than the hair of terrestrial representatives of the Rodentia order. The hair of omnivores is more enriched in a heavy nitrogen isotope than the hair of herbivores. The overlap of isotopic niches in certain species of the Rodentia order has been revealed. A statistically significant decrease in the δ¹³C content in Muskrat hair by 2,7‰ over 50 years has been established.

Исследование посвящено анализу соотношения стабильных изотопов углерода (ẟ¹³C) и азота (ẟ¹⁵N) в шерсти млекопитающих отряда Грызуны (обыкновенный бобр – Castor fiber Linnaeus, 1758; лесная мышь – Apodemus uralensis Pallas, 1811; водяная крыса – Arvicola amphibius Linnaeus, 1758; ондатра – Ondatra zibethicus Linnaeus, 1766; азиатский бурундук – Eutamias sibiricus (Laxmann, 1769); обыкновенная летяга – Pteromys volans Linnaeus, 1758; обыкновенная белка – Sciurus vulgaris Linnaeus, 1758) на территории Вологодской области. Изотопный состав углерода в шерсти исследованных животных варьирует от −28,2‰ до −17,9‰, азота – от 0,4‰ до 10,6‰. Значения ẟ¹³C в шерсти млекопитающих отряда Грызуны выше, а ẟ¹⁵N ниже, чем в шерсти млекопитающих отряда Хищные, исследованных ранее на территории Вологодской области. Соотношение тяжелых изотопов углерода и азота в шерсти животных, отловленных в разных районах Вологодской области, статистически значимо не различается. Установлено, что шерсть гидробионтов менее обогащена тяжелым изотопом углерода и более обогащена тяжелым изотопом азота, чем шерсть наземных представителей отряда Грызуны. Шерсть всеядных грызунов более обогащена тяжелым изотопом азота, чем шерсть фитофагов. Выявлено перекрытие изотопных ниш у отдельных видов грызунов. Установлено статистически значимое снижение тяжелого изотопа углерода в шерсти ондатры на 2,7‰ за 50 лет.

isotopic ecologyδ¹³Cδ¹⁵NwoolrodentsVologda Regiontrophic levelisotope nichesmuseum collectionsisotope mass spectrometerCastor fiberApodemus uralensisArvicola amphibiusOndatra zibethicusEutamias sibiricusPteromys volansSciurus vulgarisизотопная экологияδ¹³Cδ¹⁵NшерстьгрызуныВологодская областьтрофический уровеньизотопные нишимузейные коллекцииизотопный масс-спектрометрCastor fiberApodemus uralensisArvicola amphibiusOndatra zibethicusEutamias sibiricusPteromys volansSciurus vulgarisMcCutchan J.H., Lewis W.M., Kendall С., McGrath C.C. Variation in trophic shift for stable isotope ratios of carbon, nitrogen, and sulfur // Oikos. 2003. Vol. 102, iss. 2. P. 378–390. DOI: 10.1034/j.1600-0706.2003.12098.x.Тиунов А.В. Стабильные изотопы углерода и азота в почвенно-экологических исследованиях // Известия Российской академии наук. Серия биологическая. 2007. № 4. С. 475–489.Del Rio C.M., Wolf N., Carleton S.A., Gannes L.Z. Isotopic ecology ten years after a call for more laboratory experiments // Biological reviews of the Cambridge Philosophical Society. 2009. Vol. 84, iss. 1. P. 91–111. DOI: 10. 1111/j.1469-185x.2008.00064.x.Karmanova T.N., Feoktistova N.Y., Tiunov A.V. High δ¹³C values in red squirrels Sciurus vulgaris explained by a reliance on conifer seeds // Isotopes in Environmental and Health Studies. 2023. Vol. 59, iss. 2. P. 180–191. DOI: 10. 1080/10256016.2023.2179045.Scheu S., Folger M. Single and mixed diets in Collembola: effects on reproduction and stable isotope fractionation // Functional Ecology. 2004. Vol. 18, iss. 1. P. 94–102. DOI: 10.1046/j.0269-8463.2004.00807.x.Neilson R., Boag B., Smith M. Earthworm δ¹³C and δ¹⁵N analyses suggest that putative functional classifications of earthworms are site-specific and may also indicate habitat diversity // Soil Biology and Biochemistry. 2000. Vol. 32, iss. 8–9. P. 1053–1061. DOI: 10.1016/s0038-0717(00)00013-4.McNabb D.M., Halaj J., Wise D.H. Inferring trophic positions of generalist predators and their linkage to the detrital food web in agroecosystems: a stable isotope analysis // Pedobiologia. 2001. Vol. 45, iss. 4. P. 289–297. DOI: 10.1078/ 0031-4056-00087.Post D.M. Using stable isotopes to estimate trophic position: models, methods, and assumptions // Ecology. 2002. Vol. 83, iss. 3. P. 703–718. DOI: 10.1890/0012-9658(2002) 083[0703:usitet]2.0.co;2.Bluthgen N., Gebauer G., Fiedler K. Disentangling a rainforest food web using stable isotopes: dietary diversity in a species-rich ant community // Oecologia. 2003. Vol. 137, iss. 3. P. 426–435. DOI: 10.1007/s00442-003-1347-8.Halaj J., Peck R.W., Niwa C.G. Trophic structure of a macroarthropod litter food web in managed coniferous forest stands: a stable isotope analysis with δ¹⁵N and δ¹³C // Pedobiologia. 2005. Vol. 49, iss. 2. P. 109–118. DOI: 10. 1016/j.pedobi.2004.09.002.Koch P.L. Isotopic study of the biology of modern and fossil vertebrates // Stable Isotopes in Ecology and Environmental Science. Second edition / eds. R. Michener, K. Lajtha. 2007. P. 99–154. DOI: 10.1002/9780470691854.ch5.Ben-David M., Flaherty E.A. Stable isotopes in mammalian research: a beginner's guide // Journal of Mammalogy. 2012. Vol. 93, iss. 2. P. 312–328. DOI: 10.1644/11-mamm-s-166.1.Shipley O.N., Matich P. Studying animal niches using bulk stable isotope ratios: an updated synthesis // Oecologia. 2020. Vol. 193, iss. 1. P. 27–51. DOI: 10.1007/s00442-020-04654-4.Rosengren E., Magnell O. Ungulate niche partitioning and behavioural plasticity of aurochs in Early Holocene southern Scandinavia revealed by stable isotope analysis of bone collagen // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2024. Vol. 648, iss. 4. DOI: 10.1016/j.palaeo.2024. 112257.Newsome S.D., Del Rio C.M., Bearhop S., Phillips D.L. A niche for isotopic ecology // Frontiers in Ecology and the Environment. 2007. Vol. 5, iss. 8. P. 429–436. DOI: 10.1890/ 060150.1.Li Y., Shipley B., Price J.N., Dantas V.L., Tamme R., et al. Habitat filtering determines the functional niche occupancy of plant communities worldwide // Journal of Ecology. 2018. Vol. 106, iss. 3. P. 1001–1009. DOI: 10. 1111/1365-2745.12802.Warsen S.A., Frair J.L., Teece M.A. Isotopic investigation of niche partitioning among native carnivores and the non-native coyote (Canis latrans) // Isotopes in Environmental and Health Studies. 2014. Vol. 50, iss. 3. P. 414–424. DOI: 10.1080/10256016.2014.897946.O'Connell T.C., Hedges R.E.M., Healey M.A., Simpson A.H.R.W. Isotopic comparison of hair, nail and bone: modern analyses // Journal of Archaeological Science. 2001. Vol. 28, iss. 11. P. 1247–1255. DOI: 10.1006/jasc.2001.0698.Eltsova L., Ivanova E., Komov V., Mizgireva I., Kopylov D., Kuznetsova L., Barinova M., Platonova E., Rumiantseva O., Savkova I., Poddubnaya N. Isotope signatures of Carnivorans hair in the North-West of Russia: the role of diet, behavior and metabolism // European Journal of Wildlife Research. 2024. Vol. 70, iss. 5. DOI: 10.1007/s10344-024-01851-x.Ельцова Л.С., Иванова Е.С., Комов В.Т., Мизгирева И.Ю., Кузнецова Л.В., Баринова М.С., Савкова И.С., Платонова Е.В. Изотопная подпись хищных млекопитающих Северо-Запада России // Эволюционные и экологические аспекты изучения живой материи: мат-лы II всерос. науч. конф. с междунар. участием (Череповец, 26–27 октября 2023 г.) / отв. ред. В.В. Петрова. Череповец; Вологда: Сад-огород, 2023. С. 57–61.Marshall J.D., Brooks J.R., Lajtha K. Sources of variation in the stable isotopic composition of plants // Stable Isotopes in Ecology and Environmental Science. Second edition / eds. R. Michener, K. Lajtha. 2007. P. 22–60. DOI: 10.1002/9780470691854.ch2.Громов И.М., Ербаева М.А. Млекопитающие фауны России и сопредельных территорий. Зайцеобразные и грызуны. СПб., 1995. 522 с.Fan R., Morozumi T., Maximov T.C., Sugimoto A. Effect of floods on the δ¹³C values in plant leaves: a study of willows in Northeastern Siberia // PeerJ. 2018. DOI: 10. 7717/peerj.5374.Коновалов А.Ф. Млекопитающие Вологодской области (справочник-определитель): учеб. пособие. Вологда: ВГПУ; Русь, 2005. 160 с.Виноградов Б.С., Громов И.М. Грызуны фауны СССР. М.–Л.: Изд-во АН СССР, 1952. 298 с.Cloern J.E., Canuel E.A., Harris D. Stable carbon and nitrogen isotope composition of aquatic and terrestrial plants of the San Francisco Bay estuarine system // Limnology and Oceanography. 2002. Vol. 47, iss. 3. P. 713–729. DOI: 10. 4319/lo.2002.47.3.0713.Bocherens H., Drucker D. Trophic level isotopic enrichment of carbon and nitrogen in bone collagen: case studies from recent and ancient terrestrial ecosystems // International Journal of Osteoarchaeology. 2003. Vol. 13, iss. 1‐2. P. 46–53. DOI: 10.1002/oa.662.Keeling R.F., Graven H.D., Welp L.R., Resplandy L., Bi J., Piper S.C., Sun Y., Bollenbacher A., Meijer H.A.J. Atmospheric evidence for a global secular increase in carbon isotopic discrimination of land photosynthesis // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2017. Vol. 114, iss. 39. P. 10361–10366. DOI: 10. 1073/pnas.1619240114.