Изучение структурно-функциональной, популяционной и генетической организации биологических сообществ как фундаментальной основы подготовки специалистов высшего уровня для разработки мероприятий в области рационального устойчивого использования и охраны биологических ресурсов 1НИР

Источник финансирования НИР

ФЦП: Федеральная целевая программа, Научные и научно-педагогические кадры инновационной России

Этапы НИР

# Сроки Название
1 15 сентября 2010 г.-15 ноября 2010 г. Комплексное исследование растительных и животных сообществ: механизмы эволюции и поддержания их целостности
Результаты этапа: В результате выполнения исследований, выполненных по 1 этапу Государственного контракта № 14.740.11.0165 «Изучение структурно-функциональной, популяционной и генетической организации биологических сообществ как фундаментальной основы подготовки специалистов высшего уровня для разработки мероприятий в области рационального устойчивого использования и охраны биологических ресурсов», был получен ряд важнейших результатов. 1. Территория с максимальным флористическим разнообразием на равнинной территории тесно связана с долинами крупных рек. 2. Степень освоенности территории человеком не играет существенной роли в формировании зон с высоким флористическим разнообразием. 3. Разнообразие условий долин крупных рек положительно отражается не только на общем богатстве флоры, но и на разнообразии редких видов природной флоры, однако пространственно зоны с высоким флористическим разнообразием не совпадают с зонами повышенной концентрации редких видов. 4. Долины крупных рек следует выделять в качестве отдельных единиц природного, в том числе флористического районирования. 5. Влияние абиотических факторов (освещенности, влажности почвы, обеспеченности минеральным азотом) на травяную растительность на модельном участке оказалось больше, чем влияние фактора нарушенности, что может быть связано с относительно низкой антропогенной нагрузкой на луга модельного участка в настоящее время. 6. Статистический анализ по 14 метрическим, 3 меристическим признакам, а также 23 качественным признакам окраски позволил различить представителей одного и того же вида хвостатых амфибий из Сихотэ-Алиня (РФ), пров. Гирин (КНР), южной Кореи, северной и центральной частей о-ва Хонсю (Япония). Эти данные позволяют нам рассматривать выявленные формы как потенциальные виды, таксономический статус которых нуждается в проверке. 7. Исследования показали неожиданно высокое генетическое разнообразие рода Onychodactylus. Onychodactylus fischeri – эндемик Российской Федерации, что должно быть отражено в изменении его природоохранного статуса и усилении мер охраны. 8. Выявленная структура рода Onychodactylus показывает не только несоответствие современной таксономии группы действительному разнообразию, но и свидетельствует о сложной эволюционной истории рода. Составлены списки синонимов для выявленных 7 форм Onychodactylus видового ранга. 5 таксонов представляют собой неописанные, новые для науки виды. 9. Все исследованные «криптические» формы Onychodactylus достаточно надежно отличаются по морфологическим признакам, а именно по числу костальных бороздок и туловищных позвонков, а также по числу сошниковых зубов, форме их рядов, по пропорциям туловища и хвоста и особенностям окраски. Разработан оригинальный ключ для определения видов рода Onychodactylus по морфологическим признакам. 10. Широкое распространение, сложная структура и значительная протяженность повторяющихся вокальных конструкций в песне пеночек свидетельствуют о совершенстве механизмов акустической памяти и сложной организации процессов высшей нервной деятельности у певчих птиц. 11. У разных видов пеночек мера упорядоченности акустических секвенций рекламной песни варьирует от строго детерминированной (голосистая пеночка) до преимущественно случайной (бурая пеночка). В песне корольковой пеночки на разных уровнях организации присутствуют как детерминированные, так и случайные (импровизационные) вокальные конструкции. 12. В популяции зяблика на Куршской косе была выявлена типологическая организация песен, а также незначительная микрогеографическая изменчивость песен одного типа. 13. Выявлена генетической разнородности популяции зяблика на Куршской косе 14. Впервые для природных популяций обнаружен гибридный тип песни 15. В рамках рекогносцировочной экспедиции на оз. Кроноцкое проведено первичное описание экосистемы озера, собран комплекс материалов по биологии различных форм гольцов и кокани. 16. Описаны внутривидовые формы у проходных видов тихоокеанских лососей и мальмы в р. Кроноцкая и Богачевка. Проведенные исследования и полученные результаты являются перспективными для нужд охраны природы и рационального использования экосистем и организмов. Область применения – возможность использования полученных результатов в фундаментальной и природоохранной деятельности человека. Проведенные исследования позволяют расширить представления о функционировании экосистем в целом; разрешить проблему выбора объектов, которые удобно использовать в мониторинге для оценки устойчивости экосистем и изучения адаптаций организмов в условиях антропогенного и естественного изменения среды.
2 1 января 2011 г.-30 июня 2011 г. Изучение закономерностей распространения и расселения, экологии, морфологии и поведения растительных и животных видов в зависимости от биотических и абиотических факторов.
Результаты этапа: В результате выполнения исследований, выполненных по 1 этапу Государственного контракта № 14.740.11.0165 «Изучение структурно-функциональной, популяционной и генетической организации биологических сообществ как фундаментальной основы подготовки специалистов высшего уровня для разработки мероприятий в области рационального устойчивого использования и охраны биологических ресурсов», был получен ряд важнейших результатов. 1. Выпадение каких-либо видов из флоры компенсируется появлением новых заносных видов при общем стабильном числе видов. Исчезновение отдельных видов влияет на видовой состав флоры, но не на её общее богатство. 2. Исчезновение олиготрофных видов под воздействием эвтрофикации среды (точнее, изменения геохимических потоков) заметнее в пределах эвтрофных ландшафтов, где отдельные олиготрофные местообитания – часто небольшие по площади – оказались беззащитны перед модифицированными геохимическими потоками и полностью изменились. 3. Доминанты луговых сообществ (Festuca varia, Hedysarum caucasicum, Geranium gymnocaulon) обладают комплексом адаптаций видов виолентной стратегии – крупными семенами, высоким урожаем семян при практическом отсутствии их в почвенном банке. 4. Лесные растения отличаются связью времени зацветания с началом активной вегетации. Время зацветания ранневесенних и большинства поздневесенних видов связано со временем раскрывания их почек весной. Напротив, время перехода к цветению подавляющего большинства раннелетних и позднелетних видов не связано с началом их активной вегетации или эта связь отрицательная. 5. Колебания погоды в зимний весенний периоды года особенно сильно влияют на начало сезонного развития растений с вынужденным покоем и ранним или средним началом активной вегетации. 6. Основным фактором изменения времени цветения ранневесенних и поздневесенних лесных растений является температура воздуха весеннего периода. 7. Расселение P. major в Приморье на восток шло последовательно по двум экологическим руслам: по долине Амура и вдоль Транссибирской железной дороги. С постройкой Байкало-Амурской магистрали возник третий – северный путь. Его появление привело к расширению зоны симпатрии двух видов, возникновению новой зоны интенсивной гибридизации в Комсомольске-на-Амуре, независимой от основной зоны перекрывания ареалов вдоль Амура и Транссиба. 8. Анализ материалов по расширению ареалов P. major и P. minor подтверждает, что выделенные Назаренко с соавторами (1999) три части зоны симпатрии (Восток, Центр и Запад) различны по срокам контакта двух видов. 9. Впервые получено генетическое доказательство гибридизации ежей E. europaeus и E. roumanicus в Подмосковье. Гибридное положение особи у насекомоядных выявляется по несоответствию диагнозов по митохондриальному и ядерным молекулярно-генетическим маркерам. 10. У воробьиных птиц увеличение числа сходных элементов в начальных фразах песен связаны с взаимодействиями с соседями своего, а иногда и другого вида. 11. Сходные реакции во время акустических взаимодействий у различных видов воробьиных птиц отражают общие принципы изменения песен. 12. Популяция кокани озера Кроноцкое, благодаря особому природоохранному режиму территории, является уникальным природным эталоном, иллюстрацией постоянных формообразовательных процессов in vivo. Популяция имеет сложную структуру, представленную двумя трофическими формами – бентофагами и планктофагами, различающиеся по ряду биологических показателей и морфометрических признаков. 13. Вкусовые вещества модифицируют пищевое поведение, выбор и тестирование рыбами пищевых объектов. 19 свободных аминокислот из 21, а также 2 из 4-х классических вкусовых веществ являются супрессантами усатого гольца Barbatula barbatula. Такое действие наиболее характерно для цистеина, глутаминовой, аспарагиновой и лимонной кислот. 14. Касание усами является обязательным элементом поведения тестирования рыбами свойств пищевых объектов, всегда предваряющим схватывание. Поведение тестирование пищевых объектов у рыб происходит по одному из двух возможных стереотипов, отличающихся по числу совершаемых манипуляций с пищевым объектом (отверганий и повторных схватываний) и по длительности его удержания. 15. Разработаны методы популяционно-генетических исследований у камчатской микижи Parasalmo (O.) mykiss на основе анализа новых, ранее не исследованных у камчатской группы этого вида микросателлитным локусам. Проведенные исследования и полученные результаты являются перспективными для нужд охраны природы и рационального использования экосистем и организмов.
3 1 июля 2011 г.-15 ноября 2011 г. Изучение динамики и структуры ареалов растений и животных и энергетических аспектов их освоения.
Результаты этапа: В результате выполнения исследований, выполненных по 3 этапу Государственного контракта № 14.740.11.0165 «Изучение структурно-функциональной, популяционной и генетической организации биологических сообществ как фундаментальной основы подготовки специалистов высшего уровня для разработки мероприятий в области рационального устойчивого использования и охраны биологических ресурсов», был получен ряд важнейших результатов. 1. Создана база данных по эколого-морфологическим параметрам 130 видов альпийских растений Северного Кавказа. В базу данных для каждого вида включены 23 показателя: эколого-морфологические свойства корней и листьев, семенная продуктивность, систематическое положение и др. 2. Создана база данных геоботанических описаний растительности пойменных лугов на территории Звенигородской биостанции МГУ. Сейчас в нее входят 62 описания, выполненные в период с 2008 по 2011 год. Последнее обновление наше базы данных проведено в сентябре 2011 года. Включенные в базу описания охватывают значительную часть фитоценотического разнообразия луговой растительности поймы реки Москвы. 3. Флористический состав сообществ исходных коренных ельников и растительности вырубок резко отличается видовым богатством и разнообразием видов различных эколого-ценотических групп. Увеличение в несколько раз видового богатства на вырубках после уничтожения древостоя связано с появлением сорных, луговых видов и увеличением числа лесных видов. Мониторинг динамики видового разнообразия растительности вырубок выявил различия в поведении видов. Восстановление лесных фитоценозов и исходного флористического состава происходит за 20–30 лет после рубки леса. 4. Западная и восточная формы зеленых пеночек из аллопатричных популяций сильно отличаются по фенотипическим характеристикам и особенностям пения. Как фонетические, так и синтаксические особенности песни демонстрируют наличие постепенного и плавного перехода между двумя формами в зоне симпатрии. Пока мы не можем утверждать, что в зоне симпатрии западной и восточной форм зеленой пеночки происходит обмен генами. Подтвердить наличие генетической интрогрессии и оценить ее масштабы можно только с привлечением молекулярных данных. 5. Метод Рамановской спектроскопии, впервые примененный для анализа каротиноидов в перьях птиц в нашем исследовании, позволил оценить как изменение концентрации, так и структуры молекул каротиноидов в вентральных перьях гнездовых птенцов большой синицы. При изменении трофических условий в течение сезона размножения большие синицы во время сбора корма для птенцов проявляют избирательность в пользу объектов с повышенным содержанием каротиноидов. Компенсаторное поведение птиц-родителей сглаживает флуктуации биомассы предпочитаемых кормовых объектов в естественной среде обитания, но не всегда полностью компенсирует их снижение. 6. Морфофизиологическую основу гомойотермии обеспечило эволюционное развитие систем, связанных с циркуляцией крови, дыханием, и с развитием термоизоляции покровов тела. Все эти системы позволили менять теплоотдачу без интенсификации испарения и развить гомойотермию с обязательным образованием базальной метаболической мощности. Базальная метаболическая мощность обеспечивает поддержание гомойотермии, но ее происхождение связано не с терморегуляционными проблемами, а с необходимостью поддерживать высокий уровень активности. 7. Разработаны научно-методические материалы к учебно-методическим комплексам «Лесоведение с основами лесоводства» и «Обработка геоботанических описаний». В лекциях «Дендрология» изложены основы экологии, морфологии, учения о жизненных формах древесных растений, систематики, приведены основные виды древесных пород как лесообразователей. Рассмотрены вопросы географии и интродукции древесных растений. Освещены основополагающие требования к произрастанию древесных растений в различных условиях среды. Разработаны лекционные занятия и практические задачи по современным методам составления и обработки геоботанических описаний. 8. Обнаруженные на озере Кроноцком карликовые гольцы, представленные не только самцами, но и самками, являются особой формой, нетождественной описанным ранее гольцам из оз. Кроноцкое. Учитывая особенности генотипа можно предполагать ее репродуктивную изоляцию от остальных форм гольцов. Однако, степень дивергенции и генетической изоляции этой формы, а также таксономический статус требуют уточнения на более массовом материале. 9. Был получен набор праймеров для различных методов молекулярно-генетического анализа полиморфизма популяций камчатских гольцов и микижи, которые способны дать репрезентативные результаты для исследованных видов рыб. При это были отбракованны заведомо нерабочие праймеры. На основании проделанной работы можно составить методические данные, позволяющие получить весомый инструмент для молекулярно-генетических исследований и дистанционной оценки генетического разнообразия популяций. Этот инструмент, наряду с традиционными биологическими методами, способен дать ответ на вопрос о таксономическом статусе того или иного объекта. Описанные в работе методики являются, фактически, пособием для проведения аналогичных работ другими исследователями. Проведенные исследования и полученные результаты являются перспективными для нужд охраны природы и рационального использования экосистем и организмов.
4 1 января 2012 г.-30 июня 2012 г. Комплексные исследования функциональной организации и эволюции биологических систем разных уровней интеграции
Результаты этапа: В результате выполнения исследований, выполненных по 4 этапу Государственного контракта № 14.740.11.0165 «Изучение структурно-функциональной, популяционной и генетической организации биологических сообществ как фундаментальной основы подготовки специалистов высшего уровня для разработки мероприятий в области рационального устойчивого использования и охраны биологических ресурсов», был получен ряд важнейших результатов. 1. Совмещённый пространственный и экологический ГИС-анализ карт распространения 1401 таксона сосудистых растений флоры Владимирской области позволил выявить 25 мест исключительного флористического интереса на территории региона. Эти участки являются местами сосредоточения большинства редких видов флоры Владимирской области, многие из которых находятся на грани вымирания или уже вымерли. Показано, что одним из наиболее значимых результатов моделирования структурно-функциональной организации флоры равнинных пространств на основании метода сеточного картирования является выявление мест сосредоточения биоразнообразия. 2. По выраженности экотопической изменчивости начала цветения виды лесных травянистых растений таежной зоны можно объединить в две группы, отличающиеся сформированностью почек, началом вегетации и характером эндогенного покоя. Существенное влияние микроклимата на время зацветания обнаруживается главным образом у ранневесенних и поздневесенних растений. Фенологическая реакция изученных видов на погодичные изменения погоды одинакова в разных местообитаниях. При разработке прогностических биоклиматологических моделей необходимо учитывать выраженность эндогенного покоя и сформированность почек возобновления. 3. Выполнены синтаксономический и ординационный анализы травяной растительности заброшенных сенокосов и пастбищ в окрестностях деревни Фенёво (Псковская область, Невельский район). На исследованной территории установлены 2 ассоциации и 2 субассоциации, относящиеся к 2 союзам (Cynosurion и Filipendulion ulmariae) и 2 порядкам (Arrhenatheretalia и Molinietalia) представляющим класс Molinio-Arrhenatheretea. С использованием ординационного подхода показаны различия в экологической приуроченности установленных синтаксонов. 4. На примере рода Ochotona (сем. Ochotonidae, Lagomorpha) предложен новый метод филогенетического анализа, основанный на построении кладограмм по последовательностям Numt. Основная особенность данного подхода состоит в том, что аут-группой служат также последовательности Numt, но более раннего происхождения (с меньшей гомологией относительно мтДНК). Подобный подход можно рекомендовать и для других монотипических семейств, к которым сложно подобрать удовлетворительную аут-группу. 5. Предлагается модификация таксономической системы надсемейства Тушканчиковых (Dipodoidea). Переанализ морфологических данных показал, что некоторые нетривиальные группировки, обнаруживаемые в предшествующем анализе, на самом деле слабо поддерживаемые и неустойчивы. 6. Сделана попытка предложить некоторые эволюционные и экологические реконструкции, основанные на совокупности экспериментально полученных данных по энергетике ныне живущих позвоночных. Энергетическая стоимость гомойотермии у птиц и млекопитающих велика, и эволюция гомойотермии потребовала существенной перестройки многих систем тела позвоночных. 7. В результате работ 2012 года существенно расширены знания о биологическом разнообразии рыб и водных беспозвоночных территории Кроноцкого заповедника. Впервые дана детальная характеристика гидролого-гидрохимического состояния бассейна оз. Кроноцкое. Выявлены закономерные сезонные изменения содержания биогенных элементов, связанные с развитием фитопланктона. В результате обследования нерестилищ кокани показано, что в одно и тоже время на нерестилищах разного типа нерестятся рыбы двух группировок. На основе имеющихся данных сформулирована гипотеза, объясняющая происхождения таких форм. 8. Разработан и опробован биоклиматологический метод прогнозирования, который позволяет заключить, что у травянистых многолетников с растянутым (асинхронным) цветением внутрипопуляционная изменчивость начала раскрывания цветков в значительной степени зависит от возрастной структуры популяции. Причины разновременного зацветания разновозрастных особей в популяциях многолетних трав, скорее всего, обусловлены их разной чувствительностью к повышению температуры и как следствие разностью скоростью роста побегов. При разработке биоклиматологических прогностических моделей необходимо ориентироваться на средние даты начала цветения, а не пика цветения популяции. Проведенные исследования и полученные результаты являются перспективными для нужд охраны природы и рационального использования экосистем и организмов.
5 1 июля 2012 г.-15 ноября 2012 г. Изучение механизмов функционирования, изменчивости и эволюции сообщест растений и животных разной степени сложности.
Результаты этапа: В результате выполнения исследований, выполненных по 5 этапу Государственного контракта № 14.740.11.0165 «Изучение структурно-функциональной, популяционной и генетической организации биологических сообществ как фундаментальной основы подготовки специалистов высшего уровня для разработки мероприятий в области рационального устойчивого использования и охраны биологических ресурсов», был получен ряд важнейших результатов. 1. Зацветание у разных видов растений высокогорных экосистем происходит с разной степенью одновременности. Обнаружено, что у растений в первой и второй половинах срока цветения пик цветения может приходиться на разные временные интервалы, но в пределах характерного суточного периода цветения. По типу суточной ритмики цветения выделены группы видов: утренние, вечерние, цветущие весь день и виды с двумя пиками цветения. Большая часть видов цветет утром, когда цветению благоприятствуют многие факторы: пониженная температура (9-10 °С), высокая влажность воздуха (более 70%) и оптимальная скорость ветра (2,5-3 м/с). Климатические условия являются важным фактором, влияющим на ритмику цветения высокогорных злаков. 2. Влияние микроклимата на время раскрывания почек и цветков лесных растений таежной зоны обнаруживается главным образом у ранневесенних и поздневесенних растений, при сравнении контрастных местообитаний (по времени схода снега), в пессимальных условиях обитания вида или в годы с аномальной погодой. В разных местообитаниях погодичные изменения сезонного развития изученных видов (раннее или позднее наступление фенофаз) одинаковы. В связи с этим прогностических биоклиматологические модели должны учитывать не только условия местообитания и особенности погоды, но и выраженность эндогенного покоя и сформированность почек возобновления растений. 3. Результаты разнопланового анализа классификационных построений позволяют утверждать, что во всех исходных лесных ассоциациях при незначительном нарушении травяно-кустарничкового и почвенного покрова в процессе рубки сохраняется лесная растительность. Она трансформируется в ассоциации вырубок, которые правомерно трактовать как варианты исходных лесных ассоциаций. Ход сукцессии и время возврата к коренному типу леса зависят от степени начального нарушения экосистемы. Чем масштабнее нарушения лесного биогеоценоза, тем сильнее отличается образующийся фитоценоз от исходного. Динамические процессы, происходящие после удаление древесного яруса в южнотаежных ельниках, можно отнести к вторичным сукцессиям, так как происходит смена фитоценозов при уничтожении существующих лесных. 4. На пространстве ареала пеночки теньковки ее географическая изменчивость особенно ясно выражена в структуре ее рекламной песни. В соответствии с разнообразием элементарных нот рекламной песни ясно выделяются две группы географических популяций. Одна из них включает кавказскую теньковку, все аллопатрические поселения восточноевропейской пеночки, а также самое западные популяции Южно-Уральской гибридной зоны. Кавказская пеночка занимает высоко изолированное положение в той группе. Другая группа включает остальную часть Южно- Уральских гибридных популяций и также две Центрально-Сибирские популяции. 5. В результате интегративного таксономического подхода оценена применимость и согласованность молекулярно-генетических и морфологических методов анализа генетической структуры широкоареального видового комплекса на примере комплекса Phrynocephalus helioscopus. Показана высокая степень согласованности филогенетических сигналов исследованных генетических маркеров мтДНК (анализ последовательностей фрагмента гена COI) и яДНК (фингерпринтный анализ). 6. Применение новых методов, в т.ч. гидроакустических, позволяет существенно расширить возможности полевых исследований рыб для решения теоретических и прикладных задач. Успех работ позволяет создать особый учебный модуль и внедрить в учебный процесс подготовки специалистов-ихтиологов новейшие разработки в области дистантного сканирования и компьютерного моделирования природных процессов. 7. Разработаны и опробованы новые системы праймеров для амплификации и секвенирования 5’-фрагмента гена COI митохондриальной ДНК земноводных и пресмыкающихся. Исследованный фрагмент фрагмент COI длиной в 650 нуклеотидных оснований достигает насыщения при сравнении последовательностей, различающихся более чем 12-13% замен. Таким образом, данный фрагмент обеспечивает корректную идентификацию на родовом и видовом таксономических уровнях. Исследованный фрагмент фрагмент COI длиной в 650 нуклеотидных оснований оказался высокоэффективным маркером для выявления криптического разнообразия земноводных и пресмыкающихся. С помощью методов ДНК-баркодинга (молекулярной диагностики) в герпетофауне южного Вьетнама выявлено большое число новых для науки видов. Проведенные исследования и полученные результаты являются перспективными для нужд охраны природы и рационального использования экосистем и организмов.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".