Diversity of the Red Blood Parameters System in the Pigmy Field Mouse and the House Mouse (Rodentia, Muridae) in the Elbrus Region: Multivariate and Information Analyses

M. M. Emkuzheva; Емкужева М. М.; A. Yu. Puzachenko; Пузаченко А. Ю.; F. A. Tembotova; Темботова Ф. А.; Z. Kh. Bottaeva; Боттаева З. Х.; Z. A. Bersekova; Берсекова З. А.; A. Kh. Chapaev; Чапаев А. Х.

doi:10.31857/S1026347023600681

Diversity of the Red Blood Parameters System in the Pigmy Field Mouse and the House Mouse (Rodentia, Muridae) in the Elbrus Region: Multivariate and Information Analyses

Authors: Emkuzheva M.M.¹, Puzachenko A.Y.¹^,2, Tembotova F.A.¹, Bottaeva Z.K.¹, Bersekova Z.A.¹, Chapaev A.K.¹
Affiliations:
1. Tembotov Institute of Ecology of Mountain Territories Russian Academy of Science
2. Institute of Geography Russian Academy of Science
Issue: No 8 (2023)
Pages: 69-83
Section: КОМПОНЕНТЫ БИОРАЗНООБРАЗИЯ
URL: https://kld-journal.fedlab.ru/1026-3470/article/view/647772
DOI: https://doi.org/10.31857/S1026347023600681
EDN: https://elibrary.ru/XPVDJM
ID: 647772

Cite item

Abstract

The variability and evenness (diversity) of the red blood parameters system was assessed for the first time using multivariate and information analysis methods in the synanthropic M. musculus and the hemisynanthropic A. (S.) uralensis in the Central Caucasus Mountains (Elbrus region). The paper introduces the concept of the actual “niche” of the red blood parameters system in the multidimensional space of the descriptive model. The niches of A. (S.) uralensis and M. musculus were clearly differentiated, and the niche volume of A. (S.) uralensis significantly exceeding that of M. musculus. Interspecific differences in the seasonal regulation of blood parameters were described, which in A. (S.) uralensis was more complex and clearly cyclical from “winter” to “autumn” season. The results obtained allowed us to conclude that, compared to M. musculus, A. (S.) uralensis realises a more flexible adaptation strategy to seasonal changes in the environment. The tested methodology of data analysis allows to consider the results of particular studies on mammalian haematopoietic regulation in the broader context of problems of biodiversity, dynamics and self-organisation of biological systems.

Keywords

Apodemus (Sylvaemus) uralensis, Mus musculus, Central Caucasus, red blood parameters system, erythropoiesis, diversity, entropy, self-organisation, adaptation

References

Амшокова А.Х., Темботова Ф.А., Кучинова Е.А. Генетическое разнообразие и географическое распределение гаплотипов митохондриальной ДНК криптических видов лесных мышей подрода Sylvaemus Западного Кавказа // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2015. Т. 17. № 4-2. С. 402–411.
Амшокова А.Х. Дифференциация популяций криптических видов лесных мышей подрода Sylvaemus в различных эколого-географических условиях Северного Кавказа // Экология. 2015. № 4. С. 283–289. https://doi.org/10.7868/S0367059716040041
Богданов А.С., Атопкин Д.М., Челомина Г.Н. Анализ генетической изменчивости и дифференциации малой лесной мыши Sylvaemus uralensis (Rodentia, Muridae) методом RAPD-PCR // Известия РАН. Серия биол. 2009. № 3. С. 276–292.
Бир С. Кибернетика и управление производством. М.: Физматгиз, 1963. 275 с.
Большаков В.Н. Пути приспособления мелких млекопитающих к горным условиям. М.: Наука, 1972. 199 с.
Волькенштейн М.В. Энтропия и информация. М.: Наука, 1986. 192 с.
Домовая мышь: Происхождение, распространение, систематика, поведение / Под ред. Е.В. Котенковой, Н.Ш. Булатовой. М.: Наука, 1996. 267 с.
Европейская Конвенция о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (Страсбург, 18 марта 1986 г.). Доступно по: https://rm.coe.int/168007a6a8. Ссылка активна на 10 сентября 2023 г.
Емкужева М.М., Темботова Ф.А., Темботова Э.Ж. Сезонная изменчивость показателей системы крови домовой мыши (Mus musculus L.) в условиях гор Центрального Кавказа // Изв. Росс. акад. наук. Сер. Биол. 2022. Т. 1. С. 93–101. https://doi.org/10.31857/S1026347021060056
Емкужева М.М., Темботова Ф.А., Берсекова З.А., Боттаева З.Х., Чапаев А.Х. Сезонная динамика системы красной крови малой лесной (Apodemus uralensis) в горах центрального Кавказа // Журн. эвол. биох. и физиол. 2021. Т. 57. № 5. С. 392–401. https://doi.org/10.31857/S0044452921040033
Калабухов Н.И. Периодические (сезонные и годичные) изменения в организме грызунов, их причины и последствия. Л.: Наука, Ленингр. отд., 1969. 249 с.
Карасева Е.В., Телицина А.В., Жигальский О.А. Методы изучения грызунов в полевых условиях. М.: Bз-во ЛКИ, 2008. 416 с.
Лебедева Н.В., Дроздов Н.Н., Криволуцкий Д.А. Биологическое разнообразие: Учеб. Пособие для студ. высш. учеб. Заведений. М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2004. 432 с.
Меньшиков В.В. Стандартизация аналитических технологий лабораторной медицины. М.: Лабора. 2012. 367 с.
Попов А.М. Применение теста Уэлча в однофакторном дисперсионном анализе // Пробл. совр. науки и образ. 2016. Т. 4. № 49. С. 59–62
Пузаченко Ю.Г. Биологическое разнообразие в биосфере: системологический и семантический анализ // Биосфера. 2009. Т. 1. № 1. С. 25–38.
Риган В., Сандерс Т., Деникола Д. Атлас ветеринарной гематологии. М.: ООО “Аквариум ЛТД”. 2000. 136 с.
Соколов В.Е., Темботов А.К. Млекопитающие Кавказа: Насекомоядные. М.: Наука, 1989. 548 с.
Стахеев В.В., Богданов А.С., Водолажский Д.И. Уточнение видового состава лесных мышей рода Sylvaemus на территории Ростовской области посредством кариологического, аллозимного и молекулярно-генетического анализов // Генетика. 2011. Т. 47. № 5. С. 660–670.
Тарахтий Э.А., Мухачева С.В. Химическое и радиационное загрязнение природной среды: эффекты в клетках системы крови мелких млекопитающих // Радиационная биология. Радиоэкология. 2018. Т. 58. № 3. С. 293–304. https://doi.org/10.7868/S0869803118030098
Тарахтий Э.А., Сумин М.Н., Давыдова Ю.А. Изменчивость показателей “красной” крови рыжей полевки (Clethrionomys glareolus) в зависимости от сезона и репродуктивного состояния // Усп. соврем. биол. 2009. Т. 129. С. 191–197.
Темботов А.К. География млекопитающих Северного Кавказа. Нальчик, 1972. 189 с.
Темботов А.К., Шхашамишев Х.Х. Животный мир Кабардино-Балкарии. Нальчик: Эльбрус. 1984, 191 с.
Темботов А.К., Темботова Э.Ж., Темботова Ф.А., Емкужева М.М. Изменчивость гематологических параметров домовой мыши (Mus musculus L.) в предгорьях Центрального Кавказа // Усп. совр. биол. 2009. Т. 129. № 4. С. 370–378.
Шварц С.С., Смирнов В.С., Добринский Л.Н. Метод морфофизиологических индикаторов в экологии наземных позвоночных. Свердловск: Акад. наук СССР, 1968. 388 с.
Тодоров И. Клинические лабораторные исследования в педиатрии. София: Медицина и физкультура. 1968. 874 с.
Campbell A.K. Save those molecules! Molecular biodiversity and life // J. Appl. Ecol. 2003. V. 40. P. 193–203.
Conant R.C., Ashby R.W. Every good regulator of a system must be a model of that system // Int. J. Sys. Sci. 1970. V. 1. № 2. P. 89–97.
Crump S.L. The Estimation of Variance Components in Analysis of Variance // Biometrics Bull. 1946. V. 2. № 1. P. 7.
Dzal Y.A., Jenkin S.E.M., Lague S.L., Reichert M.N., York J.M., Pamenter M.E. Oxygen in demand: How oxygen has shaped vertebrate physiology // Comp. Biochem. Physiol. Part A Mol. Integr. Physiol. 2015. V. 186. P. 4–26. https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2014.10.029
Dzal Y.A., Milsom W.K. Hypoxia alters the thermogenic response to cold in adult homeothermic and heterothermic rodents // J. of Physiology. 2019. V. 597. № 18. P. 4809–4829. https://doi.org/10.1113/JP277183
Emkuzheva M.M., Tembotova F.A., Bersekova Z.A., Bottaeva Z.Kh., Chapaev A.Kh. Seasonal dynamics of erythropoiesis in a pygmy wood mouse (Apodemus uralensis) of the Central Caucasus Mountains // J. Evol. Biochem. Physiol. 2021. V. 57. № 5. P. 1020–1030. https://doi.org/10.1134/S0022093021050045
Foerster H. von. On self-organizing systems and their environments// Self-Org. Sys. 1960. V. 50. P. 31–50.
Hammer Ø., Harper D.A.T., Ryan P.D. PAST: paleontological statistics software package for education and data analysis // Pal. Electr. 2001. V. 4. № 1. P. 1–9.
Harper J.L., Hawksworth D.L. Biodiversity: measurement and estimation. Preface // Philos. Trans. R. Soc. London. Ser. B Biol. Sci. 1994. V. 345. P. 5–12.
Hutchinson G.E. Concluding Remarks. Cold Spring Harb. Symp // Quant. Biol. 1957. V. 22. P. 415–427. https://doi.org/10.1101/sqb.1957.022.01.039
Holland R.A., Forster R.E. The effect of size of red cells on the kinetics of their oxygen uptake // J. Gen. Physiol. 1966. V. 49. № 4. P. 727–742.
Hutcheson K. A test for comparing diversities based on the Shannon formula // J. Theor. Biol. 1970. V. 29. № 1. P. 151–154.
Krebs Ch.J. Ecological methodology. 2-nd ed. N.Y.: Harper & Row, Publishers. 1998. 624 pp.
Li M., Pan D., Sun H., Zhang L., Cheng H., Shao T., Wang Z. The hypoxia adaptation of small mammals to plateau and underground burrow conditions // Anim. Models Exp. Med. 2021a. V. 4. № 4. P. 319–328. https://doi.org/10.1002/ame2.12183
Li F., Qiao Z., Duan Q., Nevo E. Adaptation of mammals to hypoxia // Anim. Model. Exp. Med. 2021b. V. 4. № 4. P. 311–318. https://doi.org/10.1002/ame2.12189
Petchey O.L., Gaston K.J. Functional diversity: back to basics and looking forward // Ecol. Lett. 2006. V. 9. № 6. P. 741–758.
Pianka E.R. Niche overlap and diffuse competition // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1974. V. 71. P. 2141–2145.
Puzachenko A.Y., Abramov A.V., Rozhnov V.V. Cranial variation and taxonomic content of the marbled polecat Vormela peregusna (Mustelidae, Carnivora) // Mam. Biol. 2017. V. 83. P. 10–20. https://doi.org/10.1016/j.mambio.2016.11.007
Puzachenko A.Yu. Basic limitations of self-organization by the example of high and low-Integrated very complex systems (mammalian skeleton elements and mammalian fossil assemblages): from empirical evidence to theory // Biol. Bull. 2023. V. 50. Suppl. 1. P. 34–47. https://doi.org/10.31857/S1026347023600176
Rasch D., Mašata O. Methods of variance component estimation// Czech J. Anim. Sci. 2006. V. 51. № 6. P. 227–235.
Renkonen O. Statisch-ökologische Untersuchungen über die terrestrische Käferwelt der finnischen Bruchmoore // Ann. Zool. Soc. Bot. Fenn. Vanamo. 1938. V. 6. P. 1–231.
Ruiz G., Rosenmann M., Cortes A. Thermal acclimation and seasonal variations of erythrocyte size in the Andean mouse Phyllotis xanthopygus rupestris // Comparative biochemistry and physiology a-molecular & integrative physiology. 2004. V. 139. № 4. P. 405–411. https://doi.org/10.1016/j.cbpb.2004.03.003
Sahney S., Benton M.J., Ferry P.A. Links between global taxonomic diversity, ecological diversity and the expansion of vertebrates on land // Biol. Lett. 2010. V. 6. № 4. P. 544–547. https://doi.org/10.1098 / rsbl.2009.1024
Shannon C.E. A Mathematical theory of communication// Bell Syst. Tech. J. 1948. V. 27. P. 379–423.
Soberon J., Arroyo-Peña B. Are fundamental niches larger than the realized? Testing a 50-year-old prediction by Hutchinson // PLoS One. 2017. V. 12. P. e0175138. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0175138
Spicer J.I., Morley S.A., Bozinovic F. Physiological diversity, biodiversity patterns and global climate change: testing key hypotheses involving temperature and oxygen // Philos. Trans. R. Soc. B Biol. Sci. 2019. V. 374. № 1778. https://doi.org/10.1098/rstb.2019.0032
Storz J.F. Hemoglobin function and physiological adaptation to hypoxia in high-altitude mammals // J. Mammal. 2007. V. 88. № 1. P. 24–31. https://doi.org/10.1644/06-MAMM-S-199R1.1
Storz J.F., Runck A.M., Sabatino S.J., Kelly J.K., Nuno F., Hideaki M., Weber R.E., Angela F. Evolutionary and functional insights into the mechanism underlying high-altitude adaptation of deer mouse hemoglobin // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2009. V. 106. № 34. P. 14450–14455. https://doi.org/10.1073/pnas.0905224106
Sturges H. The choice of a class-interval // J. Am. Stat. Assoc. 1926. V. 21. P. 65–66.
Welch B.L. 1951. On the Comparison of Several Mean Values: An Alternative Approach // Biometrika. 1951. V. 38. № 3–4. P. 330–336. https://doi.org/10.1093/biomet/38.3-4.330
Wilcox B.A. In situ conservation of genetic resources: determinants of minimum area requirements // National Parks: Conservation and Development. 1984. P. 639–647.