Изменчивость окраски насекомых

7.14. 1 Объекты изучения

Как и для всех живых организмов, для насекомых характерна внутривидовая изменчивость. У некоторых видов насекомых эта изменчивость затрагивает окраску (рисунок) тела, так что легко выявить насекомых с различными типами рисунков и определить их количество. Примерами таких насекомых являются божьи коровки и колорадские жуки.

7.14.2 Оборудование, необходимое для проведения исследований

При проведении исследований по этой тематике студенту требуется сачок для отлова насекомых, морилка, и, возможно, лупа для изучения деталей окраски.

7.14.3 Наблюдения, которые можно провести

При проведении исследований подобного рода отлавливается не менее 100 экземпляров изучаемого вида. Если студент изучает особенности окраски такого вида насекомого, который не является вредителем, то следует проводить исследование насекомого в живом состоянии и отпускать в природу после завершения обследования. У отловленных экземпляров анализируются особенности окраски, и определяется количество особей, для которых характерен каждый из выявленных типов окраски. Например, среди божьих коровок (Coccinella septempunctata) встречаются такие варианты окраски: переднее черное пятно раздвоено - переднее черное пятно не раздвоено; центральные пятна крупнее боковых, центральные пятна не крупнее боковых. При подведении итогов исследования можно ограничиться определением доли особей, для которых характерен данный признак или данное сочетание признаков. Можно провести сходные исследования в разных географических пунктах, в разных биотопах, в разные сроки.

Однако работа может быть усложнена определением наличия или отсутствия статистической связи (зависимости) между этими двумя признаками.

Определение наличия или отсутствия связи проводится следующим образом. Общее число обследованных особей составляет "n".Пусть первый признак (X) и второй признак (Y) встречается каждый в 2 вариантах. В приведенном выше примере изменчивости окраски божьих коровок было показано наличие двух элементов окраски: X - "переднее черное пятно" и Y -"соотношение размеров центральных и боковых пятен". Каждый из элементов мог быть представлен в двух формах.

Признак Xможет быть представлен в формах:

-переднее черное пятно раздвоено;

-переднее черное пятно не раздвоено.

Признак Y может быть представлен в формах:

- центральные пятна крупнее боковых;

- центральные пятна не крупнее боковых.

При учете сочетания этих признаков можно выделить 4 типа окраски:

1. переднее черное пятно раздвоено, центральные пятна крупнее боковых,
количество таких особей обозначим " a" ;

2. переднее черное пятно раздвоено, центральные пятна не крупнее
боковых, количество таких особей обозначим "b "

3. переднее черное пятно не раздвоено, центральные пятна крупнее
боковых, количество таких особей обозначим "c "

4. переднее черное пятно не раздвоено, центральные пятна не крупнее
боковых, количество таких особей обозначим "d ".

Выдвигается так называемая нулевая (основная) гипотеза, которая формулируется так: "Признаки Xи Yне коррелируют (не связаны) между собой". Для случая с божьей коровкой эта гипотеза принимает такую формулировку "форма переднего черного пятна и соотношение размеров центральных и боковых пятен не имеют взаимосвязи между собой".

Далее на основании первичных протоколов наблюдений заполняется таблица следующего образца (табл. 7.38).

Варианты признака X	Варианты признака Y	Признак X
центральные пятна крупнее боковых	центральные пятна не крупнее боковых
переднее черное пятно раздвоено	a	b	a + b
переднее черное пятно не раздвоено	c	d	c + d
Признак Y	a + c	b + d	n

Для проверки справедливости выдвинутой гипотезы используется критерий c ² (хи-квадрат). Наблюдаемый критерий c ² вычисляется по формуле

(a•d - b•c)²•n

c ²_набл =

(a+c)(b+d)(a+b)(c+d)

Далее сравнивается полученное значение критерия c ²_набл с критическим значением критерия c ²_крит, которое определяется по специальным таблицам (приведены в руководствах по математическим методам исследования). При этом исследователь задает определенный уровень значимости. Уровень значимости означает вероятность ошибки окончательного вывода. Если уровень значимости задан как 5%, то вероятность ошибки окончательного вывода составляет 5%, если этот показатель задан как 1%, то вероятность ошибки вывода составляет 1%.

В исследованиях, подобных описываемому, чаще всего принимают уровень значимости 5%, для этого уровня значение χ² =3.84, или 1%, для этого уровня значимости значение χ² = 6.6.3.

а) если окажется, что вычисленное значение c ²_набл> c ² _крит, то нулевая гипотеза об отсутствии связи между признаками отклоняется, и мы делаем вывод, что два признака связаны между собой (то есть, что форма переднего черного пятна коррелирует с соотношением размеров центральных и боковых пятен).

б) если окажется, что вычисленное значение c ²_набл< c ² _крит, то наша гипотеза об отсутствии связи между признаками принимается, и мы делаем вывод, что два признака не связаны между собой (то есть, что форма переднего черного пятна не коррелирует с соотношением размеров центральных и боковых пятен).

Для большей наглядности студент может построить числовую ось в виде прямой линии (приведена ниже). В левой части числовой оси выставляется нулевая отметка, а также (в принятом масштабе) значение c ² _крит. Участок числовой оси от нулевой отметки до значения c ² _крит представляет собой область принятия нулевой гипотезы. Область справа от точки значения c ² _крит представляет собой область отклонения нулевой гипотезы. После вычисления c ²_набл определяется его местоположение на числовой оси (в принятом масштабе). Ясно, что чем правее и дальше от c ² _крит будет находиться полученное значение c ²_набл, тем больше будет наша уверенность в правильности решения об отклонении нулевой (основной) гипотезы.

Если вычисленное значение c ²_наблблизко к c ² _крит, (справа или слева), то в таких случаях рекомендуется увеличить количество наблюдений n.

000

область допустимых значений критерия (здесь гипотеза о независимости признаков принимается);

критическая область значений критерия (здесь гипотеза о независимости признаков отклоняется).

7.14.4 Рекомендуемые формы протоколов наблюдений

Напомним, что каждому протоколу предшествует его общая часть с указанием конкретных условий исследований (раздел 6.7) При проведении подобного рода исследований основой протокола являются выявленные типы окраски. В соответствующей строке отмечается конкретное проявление признака (табл. 7.39).

Табл. 7.39

Окраска колорадских жуков

№ животного
Признак окраски	Проявление признака
Пятна переднеспинки	сливаются (альтернативный вариант – не сливаются)
Поперечное пятно на надкрыльях	имеется (альтернативный вариант – отсутствует)

7.14.5 Рекомендуемые формы итоговых таблиц и графического

представления материала

Студент, как уже указывалось выше, может ограничить свою задачу определением встречающихся типов окраски и установлением доли животных, для которых характерен этот тип окраски. Итоговые таблицы в этом случае имеют простую форму (табл. 7.40).

Табл. 7.40

Изменчивость окраски божьих коровок в условиях Азовского района

Ростовской области (июль – август 2005 г.)

Тип окраски животного	Количество экземпляров
абс.	отн.

При сборе материала в разных географических пунктах, в разные сроки или в разных биотопах материал по разным условиям сбора приводится раздельно.

При определении наличия или отсутствия статистической связи (зависимости) между двумя признаками материал представляется в таблице, форма которой указана выше (табл. 7.38).

Графически материал следует представить в виде круговой диаграммы: круг делится на столько секторов, сколько типов окраски выявлено, площадь каждого сектора пропорциональна относительной численности животных с этим типом окраски. При сборе материала в разных географических пунктах, в разные сроки или в разных биотопах приводится несколько рисунков - для каждого обследованного пункта, срока и т.п. Следует также представить фотографии или рисунки животных с разными типами окраски.