Основы биоразнообразия – биологические виды в морских экосистемах: особенности существования и морфологииНИР

To the basics of biodiversity - species in marine ecosystems: features of the existence and morphology

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Основы биоразнообразия – биологические виды в морских экосистемах: особенности существования и морфологии
Результаты этапа: 1. Реферат: Разработана методика и система показателей для количественной оценки реакции нецентрализованного организма на воздействия среды при различных функциональных состояниях. Проведены исследования жизненных циклов и филогении некоторых гидроидов (Hydrozoa: Anthoathecata: Filifera) с использованием молекулярно-генетических методов идентификации организмов. Описана полипоидная стадия развития Catablema vesicarium, формирование медузоидных почек у данного вида при низкой температуре; определено филогенетическое положение гидроида Cytaeis sp. из Красного моря, описана локализация флуоресценции у полипов этого вида. 2. Введение: Представители класса Hydrozoa (низшие многоклеточные) подходят для изучения ряда фундаментальных биологических явлений: целостности организма, внутривидовой изменчивости, морфо-функционального разнообразия адаптации к условиям существования и пр. Вариативность состояния организмов для большинства известных видов практически не изучена, что мешает решению многих актуальных задач, в том числе и прикладных, связанных с оценкой реакции организма на условия существования и воздействие внешних факторов. Структуры популяций и биологических сообществ - динамичны, они изменяются во времени и зависят от особенностей жизненных циклов отдельных видов. Наши знания о жизненных циклах морских беспозвоночных - фрагментарны. Это ограничивает наше понимание структуры экосистем, как основы для поддержания биологического разнообразия. 3. Основная часть: На модельных видах колониальных гидроидах (Gonothyraea loveni (Allman, 1859) и Dynamena pumila L, 1758) показано, что необходимая для успешного существования физиологическая целостность организма создается за счет нецентрализованного взаимодействия мало зависящих друг от друга составляющих распределительной системы (Марфенин, 2016). Новые данные были получены по специально разработанной методике, прошедшей успешные испытания. Дистанционно-интактным способом видеорегистрации получены данные по пульсациям тела колониального организма, перемещения внутриполостной жидкости (гидроплазмы) в нем в последовательных модулях столона, а также одномоментное сканирование интенсивности и направленности течений гидроплазмы по всей длине столона. Разработана система первичных и вторичных (исчисляемых) показателей состояния колониального организма на основе данных о пульсациях тела и перемещения гидроплазмы. Результаты представлены в статье “Functional morphology of hydrozoan stolons: stolonal growth, contractility, and hydroplasmic movement in Gonothyraea loveni (Allman, 1859)” в журнале Marine Biology Research, in press. Разработанная методика и система показателей позволяют количественно оценивать реакцию нецентрализованного организма на воздействия среды при различных функциональных состояниях. Новые представления о жизненных циклах можно получить при помощи молекулярно-генетических методов идентификации организмов, в сочетании с фенологическими наблюдениями динамики численности организмов в течение года. Таким образом нами был исследован ранее неизвестный жизненный цикл гидроида Catablema vesicarium из Белого моря (Prudkovsky, Neretina, 2016). Найдены на раковинах двустворчатых моллюсков Astarte elliptica и описаны полипы данного вида. Экспериментально выявлена способность к формированию медуз у данного вида при низкой температуре (1-5 градусов). С помощью молекулярно-генетических методов было уточнено систематическое и филогенетическое положение гидроидов рода Cytaeis из Красного моря, который следует включить в семейство Bougainvillidae (Prudkovsky et al., 2016a). Жизненный цикл данного вида пока изучен не полностью по причине трудности видовой идентификации по морфологическим критериям и труднодоступности его местообитания (юг Красного моря). Описана локализация флуоресценции GFP у этого гидроида, обсуждается возможная экологическая значимость этого феномена и использование феномена для видовой идентификации (Prudkovsky et al., 2016b). 4. Заключение: Результаты наших исследований показывают большую перспективность синтеза зоологических и молекулярно-генетических методов при исследовании жизненных циклов морских беспозвоночных. В особенности это важно при изучении жизненных циклов организмов, которые протекают в различных средах обитания (например таксона Hydrozoa), а также при изучении организмов из труднодоступных акваторий. Показана перспективность использования некоторых видов колониальных гидроидов (класс Hydrozoa) в качестве тест-объектов для интактного изучения особенностей функциональных состояний организма и его реакции условия существования. 5. План на 2017 г.: На основе разработанной системы показателей морфо-функциональных состояний модельных колониальных организмов планируется оценить влияние факторов среды на состояние и функционирование Gonothyraea loveni (Allman, 1859) и Dynamena pumila L, 1758. Запланировано исследование жизненных циклов беспозвоночных Белого моря с меропланктонными стадиями развития. Планируется использовать молекулярно-генетические методы для идентификации меропланктона: личиночного планктона, описания жизненных циклов таксона Hydrozoa. А также планируется продолжение фенологических наблюдений с учётом результатов молекулярно-генетической идентификации организмов.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Основы биоразнообразия – биологические виды в морских экосистемах: особенности существования и морфологии
Результаты этапа: Реферат План НИР на 2017 год выполнен. Для наиболее перспективного среди высокоорганизованных колониальных гидроидов тест-объекта Dynamena pumila (L., 1758) уточнены условия культивирования, разработана тест-система показателей функционального состояния, проведен анализ реакции на некоторые факторы внешней среды. В качестве первичных данных используются результаты видеорегистрации пульсации ценосарка столона и перемещения гидроплазмы у колониального гидроида Dynamena pumila (L., 1758), принадлежащего к семейству Sertulariidae, отряда Thecaphora, класса Hydrozoa. Система тест-анализа включает 4 первичных и 18 вторичных показателей. Система апробирована при анализе влияния факторов среды на функциональное состояние тест-объекта, а именно: наличия или отсутствия перемещения морской воды вокруг тест-объекта. Продолжены работы по изучению биоразнообразия и жизненных циклов беспозвоночных Белого моря. Методом экспериментального культивирования определены условия, оптимальные для формирования медуз у беломорских гидроидов Halitholus cirratus, а также для индукции стробиляции у сцифополипов Aurelia aurita из Белого моря. Полностью реконструирован жизненный цикл гидроидных Halitholus cirratus. Впервые доказано, что медузы H. cirratus появляются на колониях гидроидов, обрастающих в Белом море раковины моллюсков-протобранхий (Astarte elliptica, Portlandia arctica, Astarte montagui). Впервые в Белом море найдена медуза Bougainvillia principis. Предполагается, что гидроидные полипы B. principis обитают в Белом море, но обычно не продуцируют медуз и не размножаются половым путём. Продолжено исследование ранее собранного личиночного планктона молекулярно-генетическими методами. Полученные результаты были представлены на российских и международных конференциях, ведётся подготовка статей для публикации результатов. Введение 1. Дистанционный метод микровидеосъемки перспективен для различных целей исследования, в том числе и для диагностики функционального состояния объекта. Колониальный гидроид Dynamena pumila (L., 1758) может быть использован в качестве тест-объекта. Используя микровидеосъемку можно дистанционно за несколько часов получить характеристику функционального состояния колониального организма. Однако удалось это сделать лишь после разработки в ходе проведения исследований серии показателей. Пульсации тела – одна из характерных и малоизученных особенностей представителей класса Hydrozoa. У колониальных гидроидов пульсируют все части тела: гидранты, верхушки роста побегов и столонов и общее тело колонии – ценосарк (Марфенин, 1993; Marfenin, Dementyev, 2017; Марфенин, Дементьев, 2017). Эти пульсации определяют все стороны жизнедеятельности гидроидов: пищеварение (Марфенин, 1981), распределение пищи по колониальному организму (Hale, 1960; Fulton, 1963; Марфенин, 1985, 1993), размножение, рост и морфогенез (Сент-Илер, 1926; Beloussov, 1973; Crowell, 1974, Donaldson, 1973, 1974). Используя разработанную нами систему показателей мы проводили исследования влияния факторов среды на функциональное состояние тест-объекта. 2. Биоразнообразие фауны беспозвоночных Белого моря изучено сравнительно хорошо, чему способствовали длительные исследования на беломорских биостанциях (Каталог Биоты Беломорской Биологической станции МГУ). Однако подробно изучены только макроскопические взрослые стадии жизненного цикла, в то время как другие стадии известны не всегда. В последнее время на беломорской биостанции МГУ проводятся исследования биоразнообразия с помощью молекулярно-генетических методов (программа баркодинга). В результате была сформирована база данных, содержащая сиквенсы большого количества видов беломорских беспозвоночных. Эти данные можно использовать для сравнения с новым материалом для поиска ранее неизвестных стадий и реконструкции жизненных циклов. Особенности реализации жизненных циклов морских беспозвоночных, особенности протекания их онтогенезов используются для современных научных спекуляций и моделирования в областях эволюционной экологии, биологии развития, систематики и филогении, и т.д. Исследования жизненных циклов морских беспозвоночных в полярных широтах актуальны в связи с растущей интенсивностью хозяйственной деятельности в этих акваториях. Для сохранения биологических ресурсов необходимы адекватные программы мониторинга, которые должны включать в себя информацию об особенностях и периоде репродукции видов. Нами проводится исследование биоразнообразия зоопланктона Белого моря, а также жизненных циклов беспозвоночных Белого моря. Основные объекты исследования - это меропланктонные книдарии, а также личиночные формы в составе планктона. Нами проводится сбор материала в море, длительное культивирование и экспериментальные наблюдения отдельных объектов в лабораторных условиях, а также исследование собранного материала молекулярно-генетическими методами. Основная часть: 1. На стадии апробации метода наше исследование было посвящено изучению зависимости роста и функционирования распределительной системы от водного потока в простом противопоставлении: объект исследования находится в протоке или в стоячей воде. Целью работы являлось определение зависимости функционирования распределительной системы у колониальных гидроидов от пребывания в проточной или непроточной кюветах на примере одного вида – D. pumila. По реакции распределительной системы можно определить состояние колониального организма: возможность существования при заданных параметрах среды, интенсивность процессов жизнедеятельности и экологический преферендум, т.е. способности данного вида существовать в застойной воде. Результаты исследования могут ответить на вопрос: сколь корректно исследование жизнедеятельности D. pumila в стоячей воде. Видеосъемка проводилась через микроскоп камерой Arecont-AV3100 с записью изображения на компьютер. Продолжительность съемки не менее 1 часа. Режим цейтраферной съемки обычно 4 кадра/с, иногда 10 кадров/с, когда скорость перемещения частиц в гидроплазме слишком велика. Для получения необходимых данных о пульсации ценосарка и перемещении гидроплазмы в полости ценосарка через каждые 120 кадров (30 сек) производили измерение четырех основных показателей: 1) величины просвета полости ценосарка в двух сечениях (D1 и D2), 2) величины продольного смещения ценосарка («L») по распознаваемым границам клеток; 3) величины продольных пульсаций терминальной точки верхушки роста, «ростовые пульсации» (GP), и 4) длины пробега любой распознаваемой частицы или группы частиц в полости за 1 сек, т.е. за 4 кадра (Marfenin, 2015). Все описания даны на основе видеорегистрации живых колоний. Показатели можно подразделить на первичные, полученные непосредственным измерением, и вторичные, как производные от манипуляций с первичными показателями. Первичных показателей четыре: D, L, GP и Vhf. «D1» и «D2» – величины просвета ценосарка в оптической плоскости параллельной субстрату в двух сечениях ценосарка в пределах поля зрения одного междоузлия; сечение D1 дальше от верхушки столона, чем D2. Единица измерения: µm; «L» - величина продольного смещения ценосарка; (+)L – к верхушке роста; (-)L – от верхушки роста. Единица измерения: µm; GP – величина продольного смещения верхушки роста, измеряемая по расстоянию от края кадра до выступающей части верхушки столона. Единица измерения: µm; Vhf – скорость гидроплазматического течения, т.е. дистанция, которую проходят распознаваемые частицы в полости столона за 1 сек. Единица измерения: µm per sec. (+)Vhf – скорость HF к верхушке столона; (-)Vhf – скорость HF от верхушки столона. Вторичные (производные) показатели: ΔD – изменение величины просвета ценосарка за 30 с [ΔD=D(x+1) – Dx], µm, где: х – порядковый номер измерения просвета ценосарка; Показатели динамики поперечных пульсаций: (+)D%, (-)D%, (0)D%: (+)D% - процентная доля положительных ΔD, %; (-)D% - процентная доля отрицательных ΔD, %; (0)D% - процентная доля нулевых ΔD (или «доля покоя»), %; Рtrp – период поперечных пульсаций ценосарка: промежуток времени между двумя последовательными максимальными значениями «D». Единица измерения: min; Atrp – амплитуда поперечных пульсаций ценосарка: разница между максимальным и минимальным значениями «D» за один цикл пульсации. Условие: максимальное значение предшествует минимальному. Единица измерения: µm; Рlop – период продольных пульсаций ценосарка: промежуток времени между двумя последовательными максимальными значениями смещения ценосарка по направлению к верхушке «l». Единица измерения: min; Alop – амплитуда продольных пульсаций ценосарка: разница между максимальным и минимальным значениями продольного колебания ценосарка за один цикл пульсации. Условие: максимальное значение предшествует минимальному. Единица измерения: µm; Mlop – продольное смещение наблюдаемой точки в эпидерме ценосарка за час за верхушкой роста. Единица измерения: µm. РGP – период ростовых (продольных) пульсаций верхушки столона: промежуток времени между двумя последовательными максимальными значениями смещения верхушки роста. Единица измерения: min; AGP – амплитуда продольных пульсаций верхушки роста столона: разница между максимальным и минимальным значениями продольного колебания верхушки роста за один цикл пульсации. Условие: максимальное значение предшествует минимальному. Единица измерения: µm; Рhf – период пульсаций скорости HF, промежуток времени между двумя последовательными максимальными значениями HF в одном направлении. Может быть (+)Рhf – период пульсаций (+)HF (к верхушке столона); (-)Рhf – период пульсаций (-)HF (от верхушки столона). Единица измерения: min. В данной статье Рhf = (+)Рhf, т.е. период пульсаций HG определен только по пиковым значениям дистально направленных HG; Аhf – амплитуда пульсаций скорости HF, которая равна максимальному значению Vhf однонаправленного течения. (+)Аhf – максимальная скорость HF за цикл к верхушке столона; (-)Аhf – скорость HF за цикл от верхушки столона. Единица измерения: µm per sec.; Показатели динамики гидроплазматических течений: (+)HF%, (-)HF%, (0)HF%: (+)HF% - процентная доля HF, направленных к GT, %; (-)HF% - процентная доля HF, направленных от GT, %; (0)HF% - процентная доля нулевых HF (или «доля покоя»), %; Z - показатель протяженности переноса частиц за один акт однонаправленного HF. Z=∑_(i=1)^n▒〖Vi〗^ x ∆t, где: i – порядковый номер измерения скорости HF, V скорость HF (протяженность пробега частицы за 1 сек); ∆t – шаг регистрации (в нашем случае 30 сек) Нумерацию междоузлий, необходимую для ориентации при сравнительном изучении функциональной морфологии столона, мы начинам от верхушки столона, а не от первого (материнского) побега. При такой нумерации оказывается постоянным не местоположение участка столона в колонии, а его морфо-функциональные особенности, которые зависят от удаленности от верхушки роста. Дистальный участок столона между его верхушкой роста и первым побегом мы называем 0-м междоузлием (0-IS) между первым и вторым побегами – 1-м междоузлием (1-IS) и т.д. СWHP – расчетный объем гидроплазмы, перенесенной через створ регистрации в одном направлении за единицу времени (обычно за час). Показатель СWHP вычисляется как сумма произведений зарегистрированных каждые 30 сек скорости ГПТ на соответствующий этому моменту диаметр просвета столона в квадрате, умноженную на величину учетного интервала (в нашем случае 30 сек). Мы использовали возможность измерения не одного, а двух значений просветов ценосарка в пределах кадра (обычно вблизи его краев) и перемножали их, а не возводили в квадрат одно значение. Это позволяет усреднить значения просвета, немного различающиеся вдоль столона даже в поле зрения. Показатель вводится впервые. Он отражает лишь косвенно реальный объем перенесенной гидроплазмы, т.к. расчет основан на упрощенных предпосылках. Описанный метод определения функционального состояния колониального организма апробирован при исследовании протяженности зоны роста столона и при сравнении функционирования распределительной системы и роста в проточных и застойных условиях. Результаты представлены в статьях (Марфенин, Дементьев. Продольные пульсации столона у колониального гидроида Dynamena pumila (Linnaeus, 1758) и Марфенин, Дементьев. Рост, пульсации ценосарка и перемещение гидроплазмы у колониального гидроида Dynamena pumila (L., 1758) в проточной и непроточной кюветах» принятых в печать в Журнале общей биологии. В целом не выявлено существенных изменений в пульсациях ценосарка, росте и перемещении гидроплазмы при сравнении их на одной и той же колонии последовательно в проточной и стоячей воде. При этом не изменялся ни рост, ни частота и амплитуда поперечных пульсаций ценосарка, ни активность и протяженность течений гидроплазмы. В то же время обнаружено, что период ростовых пульсаций на 20% уменьшается в непроточном режиме по сравнению с предшествующим проточным. Возрастает период гидроплазматических течений в столоне на 42%, а максимальная скорость течений уменьшается на 20%. В результате расчетный объем перемещенной в столоне гидроплазмы за одно ГПТ уменьшается в проточных условиях на 30%. 2. В соответствии с запланированными задачами в аквариальной лаборатории кафедры Зоологии беспозвоночных поддерживаются культуры различных представителей Cnidaria, проводятся наблюдения для определения оптимальных условий содержания для разных видов. Одна из основных задач - это экспериментальное определение оптимальных условий для полной реализации жизненных циклов у разных видов. В 2017 г были определены условия, оптимальные для формирования медуз у беломорских гидроидов Halitholus cirratus, а также для индукции стробиляции у сцифополипов Aurelia aurita из Белого моря. Результаты были представлены на российских и международных конференциях. Также в культуру было введено несколько новых объектов: сцифоидные полипы Aurelia aurita дальневосточной и черноморской популяций, гидроиды Bougainvillia sp. из Северного моря. 3. Был исследован жизненный цикл гидроидных Halitholus cirratus. Хотя предположения о взаимном соответствии полипоидной и медузоидной стадий данного вида выдвинуты уже более 100 лет назад (Hartlaub, 1914; Schuchert, 2007; Stepanjants, Svoboda, 2013), однако жизненный цикл до сих пор изучен не был. Материал собирали в акватории беломорской биостанции МГУ в течение нескольких лет. Мы использовали методы экспериментальной культивации гидроидов для индукции формирования медуз на колониях полипов, а также идентификацию медуз и полипов, собранных в море, с помощью молекулярно-генетических методов. Полученные результаты были представлены на российских и международных конференциях и запланированы для публикации в зарубежном научном журнале в 2018 г. 4. Описана находка новой для Белого моря медузы Bougainvillia principis. Идентификация медузы была выполнена с помощью морфологических критериев, а также при помощи молекулярно-генетических методов. До сих пор в планктоне Белого моря находили только один вид медуз рода Bougainvillia (B.superciliaris) (Прудковский, 2012; Анцулевич, 2015). В юго-западной части Баренцева моря также встречается другой вид данного рода, B. principis (Zelickman 1972). Считается, что этот более теплолюбивый вид заносится течениями в Баренцево море из северной Атлантики. Тем не менее, медуз B. principis не находили ни в Белом море, ни в восточных частях акватории Баренцева моря. После исследования строения и измерения размеров собранной медузы было установлено, что она отпочковалась от материнской колонии совсем недавно. Так как судоходство в акватории беломорской биостанции МГУ практически отсутствует, мы предполагаем, что гидроидные полипы B. principis обитают в Белом море. По-видимому, обычно гидроиды B. principis не продуцируют медуз в Белом море и не размножаются половым путём. Такие особенности репродукции характерны и для популяций некоторых других видов книдарий в Белом море (Slobodov, Marfenin 2005; Bocharova 2015). Полученные результаты планируется опубликовать в журнале "Зоология беспозвоночных" в 2018 г. 5. Продолжено исследование ранее собранного личиночного планктона молекулярно-генетическими методами. На данный момент идентифицировано 19 видов личинок, включая представителей кольчатых червей, моллюсков, иглокожих и мшанок. Начаты работы по изучению строения идентифицированных личинок методом сканирующей электронной микроскопии. Заключение Метод цейтраферной видеорегистрации пульсации ценосарка и перемещения гидроплазмы в столоне колониального гидроида D.pumila позволил дистанционно и достаточно точно определить реакцию организма на содержание в стоячей или проточной воде. Выявленные различия в периодах ритмической активности от условий содержания колонии несомненно можно отнести к числу чувствительных функциональных реакций организма, удобных для оценки приемлемости проведения исследования в непроточных условиях. В целом получено доказательство приемлемости проведения исследования модельного объекта в непроточных лабораторных условиях при условии регулярной смены воды. Результаты наших исследований показывают большую перспективность синтеза зоологических и молекулярно-генетических методов при исследовании жизненных циклов морских беспозвоночных. Полученные результаты можно использовать для повышения эффективности программ экологического мониторинга, а также для фундаментальных исследований эволюции онтогенезов и жизненных циклов морских беспозвоночных. Участие в конференциях: Kosevich I.A., Marfrenin N.N. The concept of modular organisation: questions and problems // 4-Международный конгресс по морфологии беспозвоночных (4-th International Congress on Invertebrate Morphology). М.: Издательство «Перо», 2017. – C. 113 с. Marfenin N.N. Transport system predetermines some parameters of the modular organisms pattern (colonial hydroids Gonothyraea loveni and Dynamena pumila) // 4-Международный конгресс по морфологии беспозвоночных (4-th International Congress on Invertebrate Morphology). М.: Издательство «Перо», 2017. – C. 118 с. Dementyev V., Kozhara V., Marfenin N. Functional morphology of stolon in hydroid Gonothyraea loveni (Allman, 1859) // 4-Международный конгресс по морфологии беспозвоночных (4-th International Congress on Invertebrate Morphology). М.: Издательство «Перо», 2017. – C.109. Prudkovsky A.A., 2017 Reproductive strategies of hydrozoan and scyphozoan from the White sea in relation to temperature // 14th International Congress on Invertebrate reproduction and Development, Napoli, Firenze, Италия, 28 августа - 2 сентября 2017 (доклад на конференции). p. 36. Прудковский А.А., 2017 Биологические основы культивирования медуз на примере фауны Белого моря. // Международная аквариумная конференция "Аквариум как средство познания мира", Центр океанографии и морской биологии «Москвариум», Россия, 16-17 марта 2017 (доклад на конференции). Марфенин Н.Н. Децентрализованная организация на примере колониальных гидроидов / XIII Всероссийская конференция с международным участием “Изучение, рациональное использование и охрана природных ресурсов Белого моря»: 17-20 октября г. в Зоологическом институте РАН Марфенин Н.Н., Дементьев В.С. Функциональная морфология столонов у колониального гидроида Gonothyraea loveni (Allman, 1859): рост, пульсации и перемещение гидроплазмы // XIII Всероссийская конференция с международным участием «Изучение, рациональное использование и охрана природных ресурсов Белого моря» СПб (Санкт-Петербург, 17-20 октября 2017 г.) Марфенин Н.Н., Кожара В.В. Функциональная морфология столонов у колониального гидроида Gonothyraea loveni (Allman, 1859): пространственная дифференцировка ценосарка // XIII Всероссийская конференция с международным участием «Изучение, рациональное использование и охрана природных ресурсов Белого моря» СПб (Санкт-Петербург, 17-20 октября 2017 г.) Прудковский А.А., Пятаева С.В., Неретина Т.В., 2017. Новые данные о жизненных циклах гидроидных (Cnidaria: Hydrozoa) в Белом море// XIII Всероссийская конференция "Изучение, рациональное использование и охрана природных ресурсов Белого моря", Санкт-Петербург, Россия, 17-20 октября 2017 (доклад на конференции). Публикации: Марфенин Н.Н., Дементьев В.С. (2017) Парадокс протяженных течений гидроплазмы в колониальном гидроиде Dynamena pumila (Linnaeus, 1758) // Журнал общей биологии, 2017. Т.78. № 4. – С. 3-20. Marfenin N.N., Dementyev V.S. (2017) Functional morphology of hydrozoan stolons: stolonal growth, contractility, and hydroplasmic movement in Gonothyraea loveni (Allman, 1859) // Marine Biology Research, 2017, Vol.13, Iss.5: 521-537. DOI: 10.1080/17451000.2016.1276292
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Основы биоразнообразия – биологические виды в морских экосистемах: особенности существования и морфологии
Результаты этапа: На 2018 г были запланированы: экспресс диагностика реакции тест объекта на факторы среды методом интактного мониторинга состояния организма на примере модельных видов колониальных гидроидов. Определение влияния подвижности воды и осушения на функционирование распределительной системы у модельного вида колониального гидроида Dynamena pumila. Экспериментальное изучение и описание ранее неизвестных жизненных циклов морских беспозвоночных с целью расширения теоретических представлений о биоразнообразии и увеличения числа потенциально значимых объектов для прикладных исследований. Про- должить исследования жизненных циклов беспозвоночных Белого моря с меропланктонными стадиями развития с использованием молекулярно-генетических методов для идентификации меропланктона и описания жизненных циклов. Продолжить фенологические наблюдения с учётом результатов молекулярно-генетической идентификации планктонных организмов. Все запланированные исследования выполнены. Результаты опубликованы: Дементьев В.С., Марфенин Н.Н. (2018)Влияние опреснения на рост, пульсации ценосарка и перемещение гидроплазмы у колониального гидроида Dynamena pumila (L., 1758) // Жур- нал общей биологии, 2018. Т.79, №5. – С. 376-392. Марфенин Н.Н., Дементьев В.С. (2018) Продольные пульсации столона у колониального гидроида Dynamena pumila (Linnaeus, 1758) // Журнал общей биологии, 2018, Т.79, №1. – С.85-96. Марфенин Н.Н., Дементьев В.С. (2018) Рост, пульсации ценосарка и перемещение гид-роплазмы у колониального гидроида Dynamena pumila (L., 1758) в проточной и непроточной кюветах // Журнал общей биологии, 2018, Т. 79, №1. – С.1-11. Prudkovsky A.A., Neretina T.V., 2018. The first record of Bougainvillia principis (Streenstrup, 1850) (Hydrozoa: Anthoathecata)from the White Sea // Зоология беспозвоночных, изд. КМК (М.), т. 15, № 4,с. 333-339. Участие в конференциях: Marfenin N.N. hydroid “automata”- an example of self-organization of a modular organism / Marine biology, geology and oceanography - interdisciplinary studies based on the marine stations an labs/ 80th anniversary of the Nikolay Pertsov White Sea Biological Station/ International conference. November 19-21, Moscow 2018. - P.33. Prudkovsky A.A., Neretina T.V., 2018. Meroplankton of the White Sea: identification of planktonic larvae using molecular tools // Marine biology, geology, oceanology: interdisciplinary research at marine stations 80th anniversary of the Nikolai Pertsov White Sea Biological Station, november 19-21, Moscow, 2018, pp. 9-10. Прудковский А.А., Неретина Т.В., Екимова И.А., 2018. Изменчивость струк- туры жизненного цикла у гидроидных Sarsia lovenii в Белом море. // «Зоо- логия беспозвоночных – новый век», 19-21 декабря 2018. Марфенин Н.Н. Упорядоченность и протяженность течений гидроплазмы в колониальном гидроиде Dynamena pumila (L.,1758) / «Зоология беспозвоночных – новый век». Юбилейная конференция в честь 160-тилетия кафедры зоологии бес- позвоночных. Москва, 19-21 декабря 2018. Марфенин Н.Н., Дементьев В.С., Кожара В.В. Дистальный пульсаторный комплекс / «Зоология беспозвоноч- ных – новый век». Юбилейная конференция в честь 160-тилетия кафедры зоологии беспозвоночных. Москва, 19-21 декабря 2018.
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Основы биоразнообразия – биологические виды в морских экосистемах: особенности существования и морфологии
Результаты этапа: Отчет о результатах выполнения НИР по теме: "Основы биоразнообразия – биологические виды в морских экосистемах: особенности существования и морфологии" Научный руководитель д.б.н., проф. Н.Н.Марфенин Исполнители: к.б.н., доц. А.А.Прудковский, асп. В.С.Дементьев Реферат 1) Продолжены работы по изучению реакции модульных организмов на воздействие факторов внешней среды, биоразнообразия и жизненных циклов беспозвоночных Белого моря. 2) Изучена бесполая репродукция сцифоидных Aurelia spp. из Белого, Чёрного и Японского морей. 3) Проведенный филогенетический анализ показал, что исследуемые культуры принадлежат к двум видам: Aurelia aurita и Aurelia coerulea. 4) При низких температурах интенсивность вегетативного размножения была достоверно ниже, чем при высоких температурах. 5) Показаны различия в температурах индукции стробиляции у исследуемых культур. 6) Результаты использованы для подготовки выпускной квалификационной работы бакалавра (Шапкина, 2019), а также представлены на международной конференции (Шапкина и др., 2019). 7) Открыт уникальный полиморфизм в жизненном цикле гидроидных Sarsia lovenii из Белого моря (Prudkovsky et al., 2019). Данная находка создаёт редкую возможность наблюдать процесс видообразования у гидроидных рода Sarsia и иллюстрирует закономерности редукции медузоидной стадии в эволюции гидроидных. 8) Продолжено исследование ранее собранного личиночного планктона молекулярно-генетическими методами. Всего было идентифицировано 6 видов личинок брюхоногих моллюсков. 9) Завершено изучение реакции колониальных гидроидов Dynamena pumila (L.) на изменение температуры, солености, осушения и водообмена используя новый разработанный нами интактный метод регистрации пульсаций тела с помощью цейтраферной микровидеосъемки и системы количественных показателей, применяемых при обработке первичных данных. По характеру пульсаций ценосарка и перемещения гидроплазмы на изменение факторов среды установлена граница нормальной жизнедеятельности вида Dynamena pumila. • Гидроид D. pumila способен без выявленных нарушений существовать при температуре, не превышающей 25°C, и опреснении до 15‰; • Колонии D. pumila выдерживают осушение продолжительностью до 20 мин без каких-либо признаков угнетения роста и функционирования распределительной системы; • В стоячей воде распределительная система функционирует более интенсивно по сравнению с проточной: с более высокой частотой возникновения мощных течений гидроплазмы, бóльшей их скоростью и бóльшими объёмами переносимой гидроплазмы. 10) Наиболее чувствителен к абиотическим воздействиям у D. pumila рост. При 28°C, 10‰ и осушении на 30 мин происходит остановка или существенное замедление роста колоний. Ростовые пульсации могут продолжаться некоторое время даже при остановке роста. Латеральные (поперечные) пульсации ценосарка и гидроплазматические течения сохраняются при предельных значениях температуры и солёности, хотя период и амплитуда этих показателей распределительной системы изменяются. 11) Распределительная система остаётся эффективной при любых испытанных значениях температуры, солёности, длительности осушения и отсутствии водообмена. 12) Периодически поступающие из самого крупного побега течения гидроплазмы D. pumila по объёму значительно превышают рабочие объёмы отдельных пульсаторов, генерирующих эти течения, что свидетельствует о синхронизации пульсаций, создающих результирующее гидроплазматическое течение. 13) Расчётная протяжённость перемещения взвешенных частиц в одном течении существенно меньше протяжённости гидроплазмы, единовременно перемещающейся по столону колонии, что косвенно свидетельствует о согласованном участии в создании совокупного течения промежуточных побегов, в которые заходит течение на своем пути. 14) Результаты представлены в серии статей и в кандидатской диссертации В.С.Дементьева, защищенной 11 ноября 2019 г. Оглавление: Раздел I: Результаты изучения закономерностей нецентрализованной самоорганизации на уровне модульного организма. Результаты изучения закономерностей модификационной изменчивости применительно к выбранным тест объектам. Раздел II: Результаты экспериментального изучения и описание ранее неизвестных жизненных циклов морских беспозвоночных с целью расширения теоретических представлений о биоразнообразии и увеличения числа потенциально значимых объектов для прикладных исследований. Введение: Раздел I: Колониальные гидроиды используются в качестве модельных объектов для изучения общих биологических проблем, в том числе: реакции организма на влияние факторов внешней среды; модификационной изменчивости, а также проблемы целостности сложной биологической системы, без учета которой интерпретация результатов экологических исследований может оказаться ложной. В соответствие с планом НИР в течение 2019 года было продолжено и завершено исследование интеграционных возможностей распределительной системы у колониального гидроида Dynamena pumila (L.) и реакции модульного организма на изменение факторов внешней среды: температуры, солености, водообмена, осушения. Защищена диссертация на соискание ученого звания кандидата биологических наук Дементьев В.С. «Влияние факторов среды на функционирование распределительной системы колониальных гидроидов» (научный руководитель д.б.н. Н.Н.Марфенин). Раздел II: Биоразнообразие фауны беспозвоночных Белого моря изучено сравнительно хорошо, чему способствовали длительные исследования на беломорских биостанциях (Каталог Биоты Беломорской Биологической станции МГУ). Однако подробно изучены только макроскопические взрослые стадии жизненного цикла, в то время как другие стадии известны не всегда. В последнее время на беломорской биостанции МГУ проводятся исследования биоразнообразия с помощью молекулярно-генетических методов (программа баркодинга). В результате была сформирована база данных, содержащая сиквенсы большого количества видов беломорских беспозвоночных. Эти данные можно использовать для сравнения с новым материалом для поиска ранее неизвестных стадий и реконструкции жизненных циклов. Особенности реализации жизненных циклов морских беспозвоночных, особенности протекания их онтогенезов используются для современных научных спекуляций и моделирования в областях эволюционной экологии, биологии развития, систематики и филогении, и т.д. Исследования жизненных циклов морских беспозвоночных в полярных широтах актуальны в связи с растущей интенсивностью хозяйственной деятельности в этих акваториях. Для сохранения биологических ресурсов необходимы адекватные программы мониторинга, которые должны включать в себя информацию об особенностях и периоде репродукции видов. Нами проводится исследование биоразнообразия зоопланктона Белого моря, а также жизненных циклов беспозвоночных Белого моря. Основные объекты исследования - это меропланктонные книдарии, а также личиночные формы в составе планктона. Нами проводится сбор материала в море, длительное культивирование и экспериментальные наблюдения отдельных объектов в лабораторных условиях, а также исследование собранного материала молекулярно-генетическими методами. Основная часть: Раздел I: "Впервые функциональное состояние колониального организма описано с помощью 20 новых параметров, отражающих пульсации ценосарка и перемещение гидроплазмы в столонах и побегах D.pumila. Таким способом установлена реакция роста и распределительной системы на солёность и температуру воды, осушение, водообмен. Установлены диапазоны значений исследованных факторов среды, в пределах которых проявляется устойчивость работы распределительной системы. Разработана методика интактного исследования состояния организма на примере модельного вида колониальных гидроидов. Предложенная система показателей позволяет количественно оценить реакцию организма на воздействие внешней среды при различных функциональных состояниях. Впервые на основании расчётов объёмов внутриполостной жидкости показано, что организация однонаправленного течения, способного доставить частицы пищи к другим частям колонии, обеспечивается совместной работой нескольких гидрантов или других пульсаторов" (цит. по автореферату диссертации). "Определена степень зависимости роста и параметров работы распределительной системы колониального гидроида D. pumila от температуры, солёности, водообмена, осушения. Этот результат диссертации имеет большое прикладное значение, так как позволяет определить рамочные условия допустимых режимов проведения экспериментов на гидроидах, которые всё чаще используются в биологии в качестве лабораторных объектов. Проведённые в ходе исследования эксперименты позволили прояснить механизм самоорганизации в необычной децентрализованной распределительной системе. Установлена роль различных частей колонии в работе распределительной системы. Доказано, что протяжённые течения в гастроваскулярной полости, объединяющие весь колониальный организм, являются результатом взаимодействия коротких локальных токов гидроплазмы. На основе совокупности наблюдений и регистрации параметров пульсаций тела и гидроплазматических течений предложено объяснение механизма работы распределительной системы. В настоящей работе на основе детальных инструментальных интактных наблюдений функционального состояния колоний и проведённых расчётов перемещаемых объёмов гидроплазмы впервые приводятся данные, подтверждающие возможность формирования протяжённых однонаправленных гидроплазматических течений в колонии гидроидных с перистальтико-пульсаторной распределительной системой" (там же). Установлено, что: 2) "По характеру пульсаций ценосарка и перемещения гидроплазмы на изменение факторов среды установлена граница нормальной жизнедеятельности вида Dynamena pumila. • Гидроид D. pumila способен без выявленных нарушений существовать при температуре, не превышающей 25°C, и опреснении до 15‰; • Колонии D. pumila выдерживают осушение продолжительностью до 20 мин без каких-либо признаков угнетения роста и функционирования распределительной системы; • В стоячей воде распределительная система функционирует более интенсивно по сравнению с проточной: с более высокой частотой возникновения мощных течений гидроплазмы, бóльшей их скоростью и бóльшими объёмами переносимой гидроплазмы. 3) Наиболее чувствителен к абиотическим воздействиям у D. pumila рост. При 28°C, 10‰ и осушении на 30 мин происходит остановка или существенное замедление роста колоний. Ростовые пульсации могут продолжаться некоторое время даже при остановке роста. Латеральные (поперечные) пульсации ценосарка и гидроплазматические течения сохраняются при предельных значениях температуры и солёности, хотя период и амплитуда этих показателей распределительной системы изменяются. 4) Распределительная система остаётся эффективной при любых испытанных значениях температуры, солёности, длительности осушения и отсутствии водообмена. 5) Периодически поступающие из самого крупного побега течения гидроплазмы D. pumila по объёму значительно превышают рабочие объёмы отдельных пульсаторов, генерирующих эти течения, что свидетельствует о синхронизации пульсаций, создающих результирующее гидроплазматическое течение. 6) Расчётная протяжённость перемещения взвешенных частиц в одном течении существенно меньше протяжённости гидроплазмы, единовременно перемещающейся по столону колонии, что косвенно свидетельствует о согласованном участии в создании совокупного течения промежуточных побегов, в которые заходит течение на своем пути" (цит. по автореф. В.С.Дементьева). Раздел II: В соответствии с запланированными задачами продолжены исследования биоразнообразия и жизненных циклов гидроидных и сцифоидных, а также пелагических личиночных стадий беспозвоночных животных. 1) Изучена бесполая репродукция сцифоидных Aurelia spp. из Белого, Чёрного и Японского морей (Шапкина и др., 2019). В работе было продемонстрировано разнообразие способов бесполого размножения у полипов рода Aurelia. Точная видовая принадлежность культур была определена при помощи молекулярно-филогенетического анализа фрагментов митохондриальной ДНК (COI, 16S). Проведенный филогенетический анализ показал, что исследуемые культуры принадлежат к двум видам: Aurelia aurita и Aurelia coerulea. При низких температурах (0-5 ᵒС) интенсивность вегетативного размножения была достоверно ниже, чем при высоких температурах (15-20 ᵒС). Показаны различия в температурах индукции стробиляции у исследуемых культур. 2) В результате анализа митохондриальных (COI, 16S) и ядерного (ITS1 и ITS2) фрагментов ДНК был открыт уникальный полиморфизм в жизненном цикле гидроидных Sarsia lovenii из Белого моря (Prudkovsky et al., 2019). Этот полиморфный вид имеет два типа гонофоров: гидроиды продуцируют как свободно плавающих медуз, так и прикрепленных медузоидов (фенотипический полиморфизм). Проведённый нами филогенетический анализ выявил внутреннюю генетическую структуру вида S. lovenii (генетический полиморфизм). Две гаплогруппы, обитающие в Белом море, отличаются способами репродукции. Гидроиды из гаплогруппы 1 продуцируют прикрепленных медузоидов, а гидроиды из гаплогруппы 2 продуцируют свободно плавающих медуз. Экспериментально доказана возможность свободного скрещивания между гаплогруппами. Скрещивание между гаплогруппами S. lovenii в Белом море может быть ограничено несоответствием периодов нереста или отличиями в местообитании нерестящихся особей. Данная находка создаёт уникальную возможность наблюдать процесс видообразования у гидроидных рода Sarsia и иллюстрирует закономерности редукции медузоидной стадии в эволюции гидроидных. 3) Продолжено исследование личиночного планктона молекулярно-генетическими методами. Были идентифицированы ещё 6 видов личинок брюхоногих моллюсков (Limacina helicina, Placida dendritica, Microchlamylla gracilis, Propebella turricula, Velutina velutina, Acanthodoris pilosa). Заключение: Метод цейтраферной видеорегистрации пульсации ценосарка и перемещения гидроплазмы в столоне гидроида Dynamena pumila (L.) с последующим анализом разработанных нами количественных показателей позволил определить реакцию организма на содержание при различных условиях внешней среды. Выявленные различия при изучении модельного колониального гидроида в периодах ритмической активности ценосарка от условий содержания колонии можно отнести к числу чувствительных функциональных реакций организма, удобных для оценки допустимости проведения исследования в лабораторных условиях. Используемый метод даёт возможность в течение 1.5-2 часов определить скорость роста столонов и побегов, а также выявить реакцию на изменение абиотических факторов пульсаций ценосарка. Используемый метод позволяет по ряду локальных видеорегистраций частей колонии количественно характеризовать её состояние, дальность переноса гидроплазмы и взаимодействие пульсаторов, участвующих в её перемещении. Апробированный метод позволяет не нарушая целостности организма изучать процессы роста, морфогенеза, перемещения и усвоения пищи, что невозможно сделать без громоздкого оборудования на большинстве других объектов. Учитывая возрастающий интерес к использованию колониальных гидроидов в качестве биологической модели изучения саморегуляции децентрализованных систем (Марфенин, 2002, 2016), предложенный метод будет полезен при проведении будущих экспериментальных исследований. Результаты наших исследований показывают также большую перспективность синтеза зоологических и молекулярно-генетических методов при исследовании жизненных циклов морских беспозвоночных. Полученные результаты можно использовать для повышения эффективности программ экологического мониторинга, а также для фундаментальных исследований эволюции онтогенезов и жизненных циклов морских беспозвоночных. Квалификационная работа: 1. 2019 «Влияние факторов среды на рост и функционирование распределительной системы колониального гидроида Dynamena pumila (L., 1758)» Кандидатская диссертация по специальности 03.02.04 - Зоология (биол. науки) Автор: Дементьев Виталий Сергеевич, МГУ имени М.В. Ломоносова Научный руководитель: Марфенин Николай Николаевич, д.б.н., проф., МГУ имени М.В. Ломоносова Защищена в совете МГУ.03.07 МГУ имени М.В. Ломоносова, Биологический факультет 11 ноября 2019 г 2. 2019 Подготовлена выпускная квалификационная работа бакалавра Шапкиной А.О. "Влияние температуры на бесполое размножение криптических видов Aurelia spp. из Белого, Черного и Японского морей". Участие в конференциях: Шапкина А.О., Прудковский А.А., Неретина Т.В., 2019. Бесполое размножение криптических видов Aurelia spp. (Cnidaria, Scyphozoa) из Белого, Черного и Японского морей при различной температуре // VIII Международная научно-практическая конференция "Морские исследования и образование" MARESEDU-2019, Москва, Россия, 28-31 октября 2019. Публикации: 1. Dementyev V. S., Marfenin N. N. (2019).The effect of desalination on the growth, coenosarc pulsations, and hydroplasm movement in the colonial hydroid Dynamena pumila (L., 1758) // Biology Bulletin Reviews, V.9, N.3. - P.250-266. DOI 10.1134/S2079086419030022 2. Marfenin N. N., Dementyev V. S. (2019). Longitudinal Stolon Pulsations in the Colonial Hydroid Dynamena pumila (Linnaeus, 1758) // Biology Bulletin Reviews, 2019, Vol. 9, No. 1, pp. 42–51. DOI 10.1134/S2079086419010043 3. Marfenin, N. N., Dementyev, V. S. (2019). Growth, Coenosarc Pulsations, and Hydroplasm Movement in the Colonial Hydroid Dynamena pumila (L., 1758) Placed in Flow-Through and Nonflow Cuvettes // Biology Bulletin Reviews, 2019, Vol. 9, No. 1, pp. 52–61. DOI 10.1134/S2079086419010055 4. Дементьев В.С., Марфенин Н.Н. (2019) Воздействие температуры на рост, пульсации ценосарка и перемещение гидроплазмы у колониального гидроида Dynamena pumila (L., 1758) // Журнал общей биологии, том 80, № 1, с. 1-22. DOI: 10.1134/S0044459619010032 5. Марфенин Н.Н., Дементьев В.С. (2019). К вопросу о протяженности гидроплазматических течений у колониального гидроида Dynamena pumila (L., 1758) // Журнал общей биологии, том 80, №5, с.348-363. DOI: 10.1134/S004445961905005 6. Prudkovsky A.A., Ekimova I.A., Neretina T.V., 2019. A case of nascent speciation: unique polymorphism of gonophores within hydrozoan Sarsia lovenii // Scientific Reports, Nature Publishing Group (United Kingdom), 9, 15567. doi:10.1038/s41598-019-52026-7.
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Основы биоразнообразия – биологические виды в морских экосистемах: особенности существования и морфологии
Результаты этапа: «Основы биоразнообразия – биологические виды в морских экосистемах особенности существования и морфологии» № госрегистрации АААА-А16-116021660060-5 Руководитель темы Профессор доктор биологических наук, профессор по кафедре, зоологии беспозвоночных Марфенин Н.Н. Исполнители темы доцент, кандидат биологических наук Прудковский А.А. Ст. инженер, кандидат биологических наук Дементьев В.С. Введение Основой биоразнообразия является не столько наличие множества биологических видов, сколько сохранение условий их существования, соответствующих особенностям биологии по всем стадиям жизненного цикла. К настоящему времени лишь единичные виды изучены настолько полно, чтобы иметь представление об особенностях биологии, определяющих адаптации к условиям существования. Относительно абсолютного большинства беспозвоночных нет данных о видоспецифичных экологических преферендумах. Единственным источником информации до сих пор являются особенности среды обитания в пределах ареала вида. Однако этих знаний совершенно недостаточно для прогнозирования реакции видов на изменения условий обитания, что становится все более актуальным в условиях возрастающего антропогенного влияния на природу и происходящего глобального изменения климата. Целью инициативного проекта «Основы биоразнообразия – биологические виды в морских экосистемах: особенности существования и морфологии», выполненного на кафедре зоологии беспозвоночных биологического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова в период с 2016 по 2020 гг., было определение особенностей биологии (питания, роста, размножения) ряда морских беспозвоночных в зависимости от условий обитания, т.е. от факторов среды. Особенности реализации жизненных циклов морских беспозвоночных и особенности протекания их онтогенезов имеют приоритетное значение не только для анализа состояния экосистем и прогнозирование их реакции на изменение среды обитания (в частности изменения климата), но и для эволюционной экологии, биологии развития, систематики и филогении, и т.д. Исследования жизненных циклов морских беспозвоночных в полярных широтах актуальны в связи с растущей интенсивностью хозяйственной деятельности в этих акваториях. Для сохранения биологических ресурсов необходимы адекватные программы мониторинга, которые должны включать в себя информацию об особенностях и периоде репродукции видов. Нами были выполнены исследования видового разнообразия, а также жизненных циклов беспозвоночных Белого моря. Основные объекты данного исследования - это меропланктонные книдарии, а также личиночные формы в составе планктона. Был проведён сбор материала в море, длительное культивирование и экспериментальные наблюдения отдельных объектов в лабораторных условиях, а также исследование собранного материала молекулярно-филогенетическими методами. Параллельно мы изучали реакцию модельных видов на изменение факторов среды. В качестве модельных объектов были выбраны колониальные гидроиды. Представители класса Hydrozoa (низшие многоклеточные) подходят для изучения ряда фундаментальных биологических явлений: целостности организма, внутривидовой изменчивости, морфо-функционального разнообразия адаптации к условиям существования и пр. Колониальные гидроиды используются в качестве модельных объектов для изучения общих биологических проблем, в том числе: реакции организма на влияние факторов внешней среды; модификационной изменчивости, а также проблемы целостности сложной биологической системы, без учета которой интерпретация результатов экологических исследований может оказаться ложной. На модельных видах колониальных гидроидах (Gonothyraea loveni (Allman, 1859) и Dynamena pumila L, 1758) показано, что необходимая для успешного существования физиологическая целостность организма создается за счет нецентрализованного взаимодействия мало зависящих друг от друга составляющих распределительной системы (Марфенин, 2016). Новые данные были получены по специально разработанной методике, прошедшей успешные испытания. Дистанционно-интактным способом видеорегистрации получены данные по пульсациям тела колониального организма, перемещения внутриполостной жидкости (гидроплазмы) в нем в последовательных модулях столона, а также одномоментное сканирование интенсивности и направленности течений гидроплазмы по всей длине столона. Разработана система первичных и вторичных (исчисляемых) показателей состояния колониального организма на основе данных о пульсациях тела и перемещения гидроплазмы. Результаты представлены в статье “Functional morphology of hydrozoan stolons: stolonal growth, contractility, and hydroplasmic movement in Gonothyraea loveni (Allman, 1859)” в журнале Marine Biology Research, in press. Разработанная методика и система показателей позволяют количественно оценивать реакцию нецентрализованного организма на воздействия среды при различных функциональных состояниях. Наше исследование было выполнено тремя участниками и сосредоточено на морских беспозвоночных – в основном на представителях класса Hydrozoa и Scyphozoa по семи основным направлениям: 1) Видовое разнообразие и филогения гидроидных на основании синтеза молекулярных и морфологических данных 2) Видовое разнообразие планктонных личинок Белого моря идентифицированных методами молекулярной филогении. 3) Жизненные циклы гидроидных Белого моря. 4) Изменчивость жизненных циклов и репродуктивных процессов у сцифоидных и гидроидных. 5) Реакция колониальных гидроидов на изменение основных факторов внешней среды, а именно: температуры, опреснения, осушения, динамики воды. 6) Разработка экспресс-метода интактной регистрации реакции гидроидов на изменение состояния среды обитания. 7) Функционирование распределительной системы у колониальных гидроидов, как основы целостности модульного организма, необходимой для эффективной адаптации к среде обитания. План исследования выполнен полностью. Результаты НИР представлены в 17 тезисах докладов на конференциях, 31 статьи, и одной кандидатской диссертации. Основные научные достижения, а также методы исследования изложены ниже. Результаты исследования Раздел I. (Задачи 1-4) Хотя видовое разнообразие гидроидных Белого моря было подробно изучено на основании морфологических методов (Наумов, 1961; Анцулевич, 2015), однако использование методов молекулярной филогении позволяет верифицировать результаты традиционной идентификации и уточнить некоторые спорные случаи. В ходе нашей работы было изучено видовое разнообразие гидроидов Anthoathecata Белого моря и идентифицированы виды Rhatkea octopunctata, Catablema vesicarium, Halitholus cirratus, Bougainvillia superciliaris, Bougainvillia principis, Garveia nutans, Sarsia lovenii, Sarsia tubulosa, Sarsia princeps, Stauridiosarsia producta, Clava multicornis, Plotocnide borealis, Hybocodon prolifer, Eudendrium arbuscula, Eudendrium capillare, Euphysa tentaculata. Также были идентифицированы некоторые гидроиды Leptothecata (Halecium labrosum, Halecium muricatum, Tiaropsis multicirrata). При сравнении полученных генетических последовательностей с базой данных GenBank была обнаружена генетическая гетерогенность, свидетельствующая о сложной генетической структуре ряда видов или о необходимости обратить большее внимание на точную видовую идентификацию данных образцов. Собранные образцы могут относиться к видам уже известным, но новым для Белого моря, или же к ещё не описанным новым видам. Так виды Bougainvillia principis и Eudendrium arbuscula ранее не были описаны для Белого моря (Prudkovsky, Neretina, 2018). Кроме того, нами был обнаружен новый вид из сем. Bougainvilliidae. Таким образом необходимы дальнейшие исследования для описания видового разнообразия гидроидных Белого моря. Также был описан новый вид сифонофор Halistemma isabu из северной части Тихого океана (Park et al., 2020). Новый вид отличается строением медузоидных зооидов (нектофоров) и кроющих чешуй. В северной части Тихого океана встречается несколько видов сифонофор Halistemma (Physonectae: Agalmatidae). Полученные генетические последовательности позволят в дальнейшем отличать сифонофор Halistemma isabu от родственных видов, несмотря на потенциальную морфологическую изменчивость. С помощью молекулярно-генетических методов было уточнено систематическое и филогенетическое положение гидроидов рода Cytaeis из Красного моря, который следует включить в семейство Bougainvillidae (Prudkovsky et al., 2017). Жизненный цикл данного вида пока изучен не полностью по причине трудности видовой идентификации по морфологическим критериям и труднодоступности его местообитания (юг Красного моря). Описана локализация флуоресценции GFP у этого гидроида, обсуждается возможная экологическая значимость этого феномена и использование феномена для видовой идентификации (Prudkovsky et al., 2016). В целом полученные результаты позволяют сделать некоторые общие выводы, касающиеся современного состояния и филогении гидроидных. Видовое разнообразие гидроидных существенно богаче, чем это было ранее предположено на основании исключительно морфологических критериев. Требуется подробный анализ и пересмотр филогенетических отношений видов и родов в некоторых семействах гидроидных (Prudkovsky et al., 2017, 2019). 2) Видовое разнообразие планктонных личинок Белого моря идентифицированных методами молекулярной филогении. Исследования видового разнообразия морских беспозвоночных методами молекулярной филогении ведутся на беломорской биологической станции МГУ уже более 10 лет. На данный момент собран большой архив данных. Исследование личиночного планктона - это ещё один источник данных для выявления новых видов и неоценимый источник информации об особенностях жизненных циклов для видов с пелагической личинкой. Взрослые стадии развития некоторых видов морских беспозвоночных ведут скрытный образ жизни или обитают на субстратах, недоступных для традиционных методов лова. Однако в определённое время года в толще воды появляются многочисленные личинки, которые доказывают наличие данного вида в исследуемой акватории. Таким образом личиночный планктон может быть использован для мониторинга видового разнообразия. Использование методов молекулярной филогении существенно увеличивает наши возможности идентифицировать личиночный планктон, который часто имеет ограниченный набор морфологических признаков. Нами идентифицированы планктонные личинки из разных таксонов морских беспозвоночных - кольчатых червей, моллюсков, иглокожих и мшанок. Наиболее полно нами был исследован состав пелагических личинок многощетинковых червей. Личинки были предварительно идентифицированы по морфологическим признакам (Свешников, 1978) и получены их фотографии с использованием оптического микроскопа. В Белом море обитают полихеты из 14 отрядов, которые включают 30 семейств (Каталог биоты ББС, 2008). Однако планктонные личинки характерны только для некоторых семейств из этого перечня. В других семействах развитие проходит без свободноживущей личиночной стадии или же личинка придонная и не встречается в толще воды. Нами найдены личинки из семейств Phyllodocidae (Eteone sp., Eulalia viridis, Phyllodoce maculata), Polynoidae (Harmothoe imbricata, Lepidonotus squamatus, Bulgides sarsi), Sygalinoidae (Pholoe baltica), Hesionidae (Nereimyra punctata), Glyceridae (Glycera capitata), Nephtyidae (Bipalponephthys neotena), Nereididae (Alitta virens), Lumbrineridae (Lumbrineris sp.), Orbiniidae (Scoloplos armiger, Scoloplos sp.), Spionidae (Laonice cirrata, Polydora sp., Spio filicornis), Opheliidae (Ophelia limacina), Capitellidae (Capitella sp., Capitellidae gen. sp.), Oweniidae (Galathowenia oculata), Terebellidae (Lagis hyperborea, Lagis koreni). Таким образом, нами было идентифицировано 23 вида личинок из 14 семейств. С помощью методов молекулярной филогении были идентифицированы практически все виды, которые ранее перечислены в диссертации и монографии В.А. Свешникова (1978). Кроме этого нами были найдены личинки, которые ранее для Белого моря описаны не были (Bulgides sarsi, Lumbrineris sp.). В меньшей степени был изучен видовой состав пелагических личинок моллюсков. Всего было идентифицировано 17 видов брюхоногих моллюсков (Alderia modesta, Ancula gibbosa, Eubranchus rupium, Flabellina verrucosa, Paracoryphella islandica, Palio dubia, Lacuna vincta, Limacina helicina, Placida dendritica, Microchlamylla gracilis, Propebella turricula, Oenopota sp., Velutina velutina, Acanthodoris pilosa, Peringia ulvae, Onchidoris muricata, Diaphana minuta) и 6 видов двустворчатых моллюсков (Limecola balthica, Mytilus sp., Modiolus modiolus, Mya arenaria, Mya truncata, Hiatella arctica). Также были идентифицированы цифонаутисы мшанок Electra pilosa и личинки морских звёзд Asterias rubens, офиур Ophiopholis aculeata и Ophiacantha bidentata. При сравнении полученных генетических последовательностей с базой данных GenBank была обнаружена генетическая гетерогенность, свидетельствующая о сложной генетической структуре ряда видов или о необходимости обратить большее внимание на точную видовую идентификацию данных образцов. Хотя перечень идентифицированных личинок далеко не полон, однако благодаря выполненной работе заложена основа для идентификации меропланктона на современном уровне. Результаты представлены на международной конференции (Prudkovsky, Neretina, 2018). В дальнейшем полученные результаты планируется использовать для публикации статей и для составления атласа личиночных форм. Такой атлас может быть использован для обучения студентов на практических занятиях в вузах, для мониторинга видового разнообразия, а также для исследования жизненных циклов морских беспозвоночных. 3) Жизненные циклы гидроидных Белого моря Морские беспозвоночные животные часто имеют сложные жизненные циклы, которые включают несколько стадий. Часто одна из стадий обитает на донных субстратах, а другая - в толще воды. Такие гетеротопные жизненные циклы изучены недостаточно: для многих видов неизвестен точный период репродукции, тип личиночного развития или нет данных о взаимосвязи между разными стадиями развития. Полученные нами генетические последовательности были использованы для реконструкции жизненных циклов некоторых видов. Так нами был исследован ранее неизвестный жизненный цикл гидроида Catablema vesicarium из Белого моря (Prudkovsky, Neretina, 2016). Найдены на раковинах двустворчатых моллюсков Astarte elliptica и описаны полипы данного вида. Экспериментально выявлена способность к формированию медуз у данного вида при низкой температуре (1-5 градусов). Был исследован жизненный цикл гидроидных Halitholus cirratus. Хотя предположения о взаимном соответствии полипоидной и медузоидной стадий данного вида выдвинуты уже более 100 лет назад, однако жизненный цикл до сих пор изучен не был. Полученные результаты были представлены на российских и международных конференциях (Prudkovsky et al., 2017). 4) Изменчивость жизненных циклов и репродуктивных процессов у сцифоидных и гидроидных При изучении видового разнообразия и реконструкции жизненных циклов гидроидных Белого моря нами были обнаружены неожиданные варианты реализации жизненных циклов у Bougainvillia principis и Sarsia lovenii. Гидроидные Bougainvillia principis найдены нами впервые для Белого моря (Prudkovsky, Neretina, 2018). Идентификация медузы была выполнена с помощью морфологических критериев, а также при помощи молекулярно-филогенетических методов. До сих пор в планктоне Белого моря находили только один вид медуз рода Bougainvillia (B. superciliaris) (Прудковский, 2012; Анцулевич, 2015). Вид B. principis был известен только в юго-западной части Баренцева моря (Zelickman 1972). Считается, что этот более теплолюбивый вид заносится течениями в Баренцево море из северной Атлантики. Медуз B. principis не находили ни в Белом море, ни в восточных частях акватории Баренцева моря, а точная идентификация донных колоний невозможна по причине недостатка морфологических критериев. После исследования строения и измерения размеров собранной медузы было установлено, что она отпочковалась от материнской колонии совсем недавно. Так как промышленное судоходство в акватории беломорской биостанции МГУ практически отсутствует, мы предположили, что гидроидные полипы B. principis обитают в Белом море. Наша догадка полностью подтвердилась в дальнейшем, благодаря идентификации донных колоний Bougainvilliidae методами молекулярной филогении. Таким образом, обычно гидроиды B. principis не продуцируют медуз в Белом море и не размножаются половым путём. Такие особенности репродукции характерны и для популяций некоторых других видов книдарий в Белом море (Slobodov, Marfenin 2005; Bocharova 2015). Полученный результат можно объяснить пластичностью жизненного цикла. По-видимому низкая температура или солёность в Белом море ограничивают способность колоний B. principis продуцировать медуз. Межвидовая и межпопуляционная изменчивость репродукции была нами изучена на примере сцифоидных Aurelia spp. из Белого, Чёрного и Японского морей (Шапкина, 2019; Шапкина и др., 2019). В экспериментальной работе было продемонстрировано разнообразие способов бесполого размножения у полипов рода Aurelia. Точная видовая принадлежность экспериментальных культур была определена при помощи молекулярно-филогенетического анализа фрагментов митохондриальной ДНК (COI, 16S) и ядерной ДНК (ITS). Проведенный филогенетический анализ показал, что исследуемые культуры принадлежат к двум видам: Aurelia aurita и Aurelia coerulea. При низких температурах (0-5 ᵒС) интенсивность вегетативного размножения была достоверно ниже, чем при высоких температурах (15-20 ᵒС). Показаны различия в температурах индукции стробиляции у исследуемых культур. В результате анализа митохондриальных (COI, 16S) и ядерного (ITS1 и ITS2) фрагментов ДНК нами был открыт уникальный полиморфизм в жизненном цикле гидроидных Sarsia lovenii из Белого моря (Prudkovsky et al., 2019). Этот полиморфный вид имеет два типа гонофоров: гидроиды продуцируют как свободно плавающих медуз, так и прикрепленных медузоидов (фенотипический полиморфизм). Проведённый нами филогенетический анализ выявил внутреннюю генетическую структуру вида S. lovenii (генетический полиморфизм). Две гаплогруппы, обитающие в Белом море, отличаются способами репродукции. Гидроиды из гаплогруппы 1 продуцируют прикрепленных медузоидов, а гидроиды из гаплогруппы 2 продуцируют свободно плавающих медуз. Экспериментально доказана возможность свободного скрещивания между гаплогруппами. Способность продуцировать гонофоры своей гаплогруппы проверена на большой выборке, которая включала медузоидные и "медузные" гаплотипы, а также их гибриды. Частота гибридизации между гаплогруппами в море была исследована на выборке из 72 образцов (Прудковский и др., 2020). Среди них было найдено 3 гибридные колонии S. lovenii (результат гибридизации между самками-медузоидами и самцами-медузами). Скрещивание между гаплогруппами S. lovenii в Белом море может быть ограничено несоответствием периодов нереста или отличиями в местообитании нерестящихся особей. Данная находка создаёт уникальную возможность наблюдать процесс видообразования у гидроидных рода Sarsia и иллюстрирует закономерности редукции медузоидной стадии в эволюции гидроидных. Заключение. Результаты наших исследований показывают большую перспективность синтеза зоологических и молекулярно-генетических методов при исследовании жизненных циклов морских беспозвоночных. Полученные результаты можно использовать для повышения эффективности программ экологического мониторинга, а также для фундаментальных исследований эволюции онтогенезов и жизненных циклов морских беспозвоночных. Раздел II. Для экспресс-регистрации реакции модельных видов на изменение состояния среды обитания в процессе исследования был разработан и усовершенствован новый метод, основанный на известном ранее методе цейтраферной регистрации пульсации тела у гидроидов. Пульсации тела – одна из характерных и малоизученных особенностей представителей класса Hydrozoa. У колониальных гидроидов пульсируют все части тела: гидранты, верхушки роста побегов и столонов и общее тело колонии – ценосарк (Марфенин, 1993; Marfenin, Dementyev, 2017; Марфенин, Дементьев, 2017). Эти пульсации определяют все стороны жизнедеятельности гидроидов: пищеварение (Марфенин, 1981), распределение пищи по колониальному организму (Hale, 1960; Fulton, 1963; Марфенин, 1985, 1993), размножение, рост и морфогенез (Сент-Илер, 1926; Beloussov, 1973; Crowell, 1974, Donaldson, 1973, 1974). Используя разработанную нами систему показателей мы проводили исследования влияния факторов среды на функциональное состояние тест-объекта. Дистанционный метод микровидеосъемки перспективен для различных целей исследования, в том числе и для диагностики функционального состояния объекта. Колониальный гидроид Dynamena pumila (L., 1758) может быть использован в качестве тест-объекта. Используя микровидеосъемку можно дистанционно за несколько часов получить характеристику функционального состояния колониального организма. Однако удалось это сделать лишь после разработки в ходе проведения исследований системы показателей (представлены в Приложении №1). Результаты исследования особенностей функционирования распределительной системы у колониальных гидроидов в различных условиях обитания (при различных состояниях среды обитания) представлены множеством видеосъёмок (эпизодов). Обработка видеосъёмок остается весьма трудоемкой, производится вручную и занимает примерно в 10 раз больше времени по отношению к продолжительности эпизода. Полученные оцифрованные данные включают такие показатели как: период и амплитуда пульсаций ценосарка, скорость течения гидроплазмы (ГПТ) в гидроваскулярной полости колонии, период пульсации ГПТ и другие показатели – всего 22 наименования, на основании которых можно провести детальное сравнение состояния распределительной системы. Все описания даны на основе видеорегистрации живых колоний. В качестве модельных видов выбраны гидроиды Gonothyraea loveni (Allman, 1859) и Dynamena pumila L, 1758. Исследована реакция распределительной системы на температуру, соленость (опреснение), осушение, водообмен. Установлены диапазоны значений исследованных факторов среды, в пределах которых проявляется устойчивость работы распределительной системы. Разработана методика интактного исследования состояния организма на примере модельного вида колониальных гидроидов. Установлено, что: 1) "По характеру пульсаций ценосарка и перемещения гидроплазмы на изменение факторов среды установлена граница нормальной жизнедеятельности вида Dynamena pumila. • Гидроид D. pumila способен без выявленных нарушений существовать при температуре, не превышающей 25°C, и опреснении до 15‰; • Колонии D. pumila выдерживают осушение продолжительностью до 20 мин без каких-либо признаков угнетения роста и функционирования распределительной системы; • В стоячей воде распределительная система функционирует более интенсивно по сравнению с проточной: с более высокой частотой возникновения мощных течений гидроплазмы, бóльшей их скоростью и бóльшими объёмами переносимой гидроплазмы. 2) Наиболее чувствителен к абиотическим воздействиям у D. pumila рост. При 28°C, 10‰ и осушении на 30 мин происходит остановка или существенное замедление роста колоний. Ростовые пульсации могут продолжаться некоторое время даже при остановке роста. Латеральные (поперечные) пульсации ценосарка и гидроплазматические течения сохраняются при предельных значениях температуры и солёности, хотя период и амплитуда этих показателей распределительной системы изменяются. 3) Распределительная система остаётся эффективной при любых испытанных значениях температуры, солёности, длительности осушения и отсутствии водообмена. 4) Периодически поступающие из самого крупного побега течения гидроплазмы D. pumila по объёму значительно превышают рабочие объёмы отдельных пульсаторов, генерирующих эти течения, что свидетельствует о синхронизации пульсаций, создающих результирующее гидроплазматическое течение. 5) Расчётная протяжённость перемещения взвешенных частиц в одном течении существенно меньше протяжённости гидроплазмы, единовременно перемещающейся по столону колонии, что косвенно свидетельствует о согласованном участии в создании совокупного течения промежуточных побегов, в которые заходит течение на своем пути". "Определена степень зависимости роста и параметров работы распределительной системы колониального гидроида D. pumila от температуры, солёности, водообмена, осушения. Этот результат имеет большое прикладное значение, так как позволяет определить рамочные условия допустимых режимов проведения экспериментов на гидроидах, которые всё чаще используются в биологии в качестве лабораторных объектов. Проведённые в ходе исследования эксперименты позволили прояснить механизм самоорганизации в необычной децентрализованной распределительной системе. Установлена роль различных частей колонии в работе распределительной системы. Доказано, что протяжённые течения в гастроваскулярной полости, объединяющие весь колониальный организм, являются результатом взаимодействия коротких локальных токов гидроплазмы. На основе совокупности наблюдений и регистрации параметров пульсаций тела и гидроплазматических течений предложено объяснение механизма работы распределительной системы. На основе детальных инструментальных интактных наблюдений функционального состояния колоний и проведённых расчётов перемещаемых объёмов гидроплазмы впервые приводятся данные, подтверждающие возможность формирования протяжённых однонаправленных гидроплазматических течений в колонии гидроидных с перистальтико-пульсаторной распределительной системой". Публикации: Диссертация: Дементьев Виталий Сергеевич 2019. Влияние факторов среды на рост и функционирование распределительной системы колониального гидроида Dynamena pumila (L., 1758) / Кандидатская диссертация по специальности 03.02.04 - Зоология (биол. науки) М.: МГУ имени М.В. Ломоносова Научный руководитель: Марфенин Николай Николаевич, д.б.н., проф., МГУ имени М.В. Ломоносова Защищена в совете МГУ.03.07 МГУ имени М.В. Ломоносова, Биологический факультет 11 ноября 2019 г Статьи: 1. Марфенин Н.Н., Дементьев В.С., 2020. Побеги как генераторы гидроплазматических течений в колониальном гидроиде Dynamena pumila (L., 1758) // Журнал общей биологии. Т. 81. № 6. С. 421-443. DOI: 10.31857/S0044459620060032. 2. Дементьев В.С., Марфенин Н.Н. (2019) Воздействие температуры на рост, пульсации ценосарка и перемещение гидроплазмы у колониального гидроида Dynamena pumila (L., 1758) // Журнал общей биологии, том 80, № 1, с. 1-22. DOI: 10.1134/S0044459619010032 3. Dementyev, V.S., Marfenin, N.N. (2019) Influence of Temperature on the Growth, Coenosarc Pulsations, and Hydroplasm Movement in the Colonial Hydroid Dynamena pumila (L., 1758) // Biol Bull Rev (2019) 9: 432. https://doi.org/10.1134/S2079086419050037 4. Марфенин Н.Н., Дементьев В.С. (2019). К вопросу о протяженности гидроплазматических течений у колониального гидроида Dynamena pumila (L., 1758) // Журнал общей биологии, том 80, №5, с.348-363. DOI: 10.1134/S004445961905005 5. Marfenin N. N., Dementyev V. S. (2020) On the Question of the Length of Hydroplasma Flows in the Colonial Hydroid Dynamena pumila (L., 1758) // Biology Bulletin Reviews, 2020, Vol. 10, No. 5, pp. 441–455. © Pleiades Publishing, Ltd., 2020. [Russian Text © The Author(s), 2019, published in Zhurnal Obshchei Biologii, 2019, Vol. 80, No. 5, pp. 348–363.] 6. Dementyev V.S., Marfenin N.N. (2018) Environmental influence on the growth and transport system in colonial hydroid Dynamena pumila (Linnaeus, 1758) // Marine biology, geology and oceanography - interdisciplinary studies based on the marine Stations and Labs. 80th anniversary of the Nikolai Pertsov White Sea Biological Station. Internationsal conference. Abstracts, Moscow: KMK Scientific Press, 2018 - P. 51-51. 7. Дементьев В.С., Марфенин Н.Н. (2018) Воздействие абиотических факторов на рост и функционирование распределительной системы гидроида Dynamena pumila (L., 1758) // Зоология беспозвоночных – Новый Век: материалы конференции, посвященной 160-летию Кафедры зоологии беспозвоночных Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова (19-21 декабря 2018 г.), Москва, 2018. - С. 39-39. 8. Марфенин Н.Н., Дементьев В.С., Кожара В.В. (2018) Дистальный пульсаторный комплекс у колониального гидроида Gonothyraea loveni (Allman, 1859) // Зоология беспозвоночных – Новый Век: материалы конференции, посвященной 160-летию Кафедры зоологии беспозвоночных Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова (19-21 декабря 2018 г.), Москва, 2018. - С. 84-84. 9. Марфенин Н.Н., Дементьев В.С. (2018) Упорядоченность и протяженность течений гидроплазмы в колониальном гидроиде Dynamena pumila (L.,1758) // Зоология беспозвоночных – Новый Век: материалы конференции, посвященной 160-летию Кафедры зоологии беспозвоночных Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова (19-21 декабря 2018 г.), Москва, 2018. - С. 83-83. 10. Дементьев В.С., Марфенин Н.Н. (2018) Влияние опреснения на рост, пульсации ценосарка и перемещение гидроплазмы у колониального гидроида Dynamena pumila (L., 1758) // Журнал общей биологии, 2018. Т.79, №5. – С. 376-392. 11. Dementyev V. S., Marfenin N. N. (2019).The effect of desalination on the growth, coenosarc pulsations, and hydroplasm movement in the colonial hydroid Dynamena pumila (L., 1758) // Biology Bulletin Reviews, V.9, N.3. - P.250-266. DOI 10.1134/S2079086419030022 12. Марфенин Н.Н., Дементьев В.С. (2018) Продольные пульсации столона у колониального гидроида Dynamena pumila (Linnaeus, 1758) // Журнал общей биологии, 2018, Т.79, №1. – С.85-96. 13. Marfenin N. N., Dementyev V. S. (2019). Longitudinal Stolon Pulsations in the Colonial Hydroid Dynamena pumila (Linnaeus, 1758) // Biology Bulletin Reviews, 2019, Vol. 9, No. 1, pp. 42–51. https://rdcu.be/bA0TZ http://link.springer.com/article/10.1134/S2079086419010043 DOI 10.1134/S2079086419010043 14. Марфенин Н.Н., Дементьев В.С. (2018) Рост, пульсации ценосарка и перемещение гидроплазмы у колониального гидроида Dynamena pumila (L., 1758) в проточной и непроточной кюветах // Журнал общей биологии, 2018, Т. 79, №1. – С.1-11. 15. Marfenin, N. N., Dementyev, V. S. (2019). Growth, Coenosarc Pulsations, and Hydroplasm Movement in the Colonial Hydroid Dynamena pumila (L., 1758) Placed in Flow-Through and Nonflow Cuvettes // Biology Bulletin Reviews, 2019, Vol. 9, No. 1, pp. 52–61. https://rdcu.be/bA0TK http://link.springer.com/article/10.1134/S2079086419010055 DOI 10.1134/S2079086419010055 16. Дементьев В.С., Марфенин Н.Н. (2017) Функциональная морфология столонов у колониального гидроида Gonothyraea loveni (Allman, 1859): рост, пульсации и перемещение гидроплазмы XIII Всероссийской конференции с международным участием "Проблемы изучения, рационального использования и охраны природных ресурсов Белого моря" г. Санкт-Петербург, Зоологический институт РАН, 66-68. 17. Кожара В.В., Марфенин Н.Н. (2017) Функциональная морфология столонов у колониального гидроида Gonothyraea loveni (Allman, 1859): пространственная дифференцировка ценосарка / XIII Всероссийской конференции с международным участием "Проблемы изучения, рационального использования и охраны природных ресурсов Белого моря" г. Санкт-Петербург, Зоологический институт РАН, 103-105. 18. Dementyev V., Kozhara V., Marfenin N. Functional morphology of stolon in hydroid Gonothyraea loveni (Allman, 1859) // 4-Международный конгресс по морфологии беспозвоночных (4-th International Congress on Invertebrate Morphology). М.: Издательство «Перо», 2017. – C.109. 19. Kosevich I.A., Marfrenin N.N. The concept of modular organisation: questions and problems // 4-Международный конгресс по морфологии беспозвоночных (4-th International Congress on Invertebrate Morphology). М.: Издательство «Перо», 2017. – C. 113 с. 20. Marfenin N.N. Transport system predetermines some parameters of the modular organisms pattern (colonial hydroids Gonothyraea loveni and Dynamena pumila) // 4-Международный конгресс по морфологии беспозвоночных (4-th International Congress on Invertebrate Morphology). М.: Издательство «Перо», 2017. – C. 118 с. 21. Marfenin, N. N., & Dementyev, V. S. (2018). Paradox of Extended Flows in Dynamena pumila (Linnaeus, 1758) Colonial Hydroid // Biology Bulletin Reviews, 8(3), 212–226. doi:10.1134/s2079086418030088 постоянная ссылка на статью: sci-hub.tw/10.1134/s2079086418030088 22. Марфенин Н.Н., Дементьев В.С. (2017) Парадокс протяженных течений гидроплазмы в колониальном гидроиде Dynamena pumila (Linnaeus, 1758) // Журнал общей биологии, 2017. Т.78. № 4. – С. 3-20. 23. Marfenin N.N., Dementyev V.S. (2017) Functional morphology of hydrozoan stolons: stolonal growth, contractility, and hydroplasmic movement in Gonothyraea loveni (Allman, 1859) // Marine Biology Research, 2017, Vol.13, Iss.5: 521-537. DOI: 10.1080/17451000.2016.1276292 24. Марфенин Н.Н. Децентрализованный организм на примере колониальных гидроидов // Междисциплинарный научный и прикладной журнал «Биосфера», 2016. Т.8., №3. – С.365-387. DOI 10.24855/biosfera.v8i3.264 25. Marfenin, N.N., 2016. Decentralized organism exemplified with colonial hydroid species. Biosphere 8, 315–337. DOI: http://dx.doi.org/10.24855/biosfera.v8i3.264. 26. Prudkovsky, A. A., & Neretina, T. V. (2016). The life cycle of Catablema vesicarium (A. Agassiz, 1862)(Hydrozoa, Pandeidae). Polar Biology, 39(3), 533-542. DOI: 10.1007/s00300-015-1805-x 27. Prudkovsky, A. A., Ivanenko, V. N., Nikitin, M. A., Lukyanov, K. A., Belousova, A., Reimer, J. D., & Berumen, M. L. (2016). Green fluorescence of Cytaeis hydroids living in association with Nassarius gastropods in the Red Sea. PloS one, 11(2), e0146861. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0146861 28. Prudkovsky, A. A., Nikitin, M. A., Berumen, M. L., Ivanenko, V. N., & Reimer, J. D. (2017). On the paraphyly of Cytaeididae and placement of Cytaeis within the suborder Filifera (Hydrozoa: Anthoathecata). Marine Biodiversity, 47(4), 1057-1064. DOI: https://doi.org/10.1007/s12526-016-0534-x 29. Prudkovsky A.A., Neretina T.V., 2018. The first record of Bougainvillia principis (Streenstrup, 1850) (Hydrozoa: Anthoathecata) from the White Sea // Зоология беспозвоночных, изд. КМК (М.), т. 15, № 4, с. 333-339. 30. Prudkovsky A.A., Ekimova I.A., Neretina T.V., 2019. A case of nascent speciation: unique polymorphism of gonophores within hydrozoan Sarsia lovenii // Scientific Reports, Nature Publishing Group (United Kingdom), 9, 15567. doi:10.1038/s41598-019-52026-7. 31. Park, N., Prudkovsky, A. A., & Lee, W., 2020. Integrated Taxonomy for Halistemma Species from the Northwest Pacific Ocean. Water, 12(11), 3283. DOI: https://doi.org/10.3390/w12113283 Тезисы докладов: 1. Dementyev V.S., Marfenin N.N. (2018) Environmental influence on the growth and transport system in colonial hydroid Dynamena pumila (Linnaeus, 1758) // Marine biology, geology and oceanography - interdisciplinary studies based on the marine Stations and Labs. 80th anniversary of the Nikolai Pertsov White Sea Biological Station. Internationsal conference. Abstracts, Moscow: KMK Scientific Press, 2018 - P. 51-51. 2. Дементьев В.С., Марфенин Н.Н. (2018) Воздействие абиотических факторов на рост и функционирование распределительной системы гидроида Dynamena pumila (L., 1758) // Зоология беспозвоночных – Новый Век: материалы конференции, посвященной 160-летию Кафедры зоологии беспозвоночных Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова (19-21 декабря 2018 г.), Москва, 2018. - С. 39-39. 3. Марфенин Н.Н., Дементьев В.С., Кожара В.В. (2018) Дистальный пульсаторный комплекс у колониального гидроида Gonothyraea loveni (Allman, 1859) // Зоология беспозвоночных – Новый Век: материалы конференции, посвященной 160-летию Кафедры зоологии беспозвоночных Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова (19-21 декабря 2018 г.), Москва, 2018. - С. 84-84. 4. Марфенин Н.Н., Дементьев В.С. (2018) Упорядоченность и протяженность течений гидроплазмы в колониальном гидроиде Dynamena pumila (L.,1758) // Зоология беспозвоночных – Новый Век: материалы конференции, посвященной 160-летию Кафедры зоологии беспозвоночных Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова (19-21 декабря 2018 г.), Москва, 2018. - С. 83-83. 5. Дементьев В.С., Марфенин Н.Н. (2017) Функциональная морфология столонов у колониального гидроида Gonothyraea loveni (Allman, 1859): рост, пульсации и перемещение гидроплазмы XIII Всероссийской конференции с международным участием "Проблемы изучения, рационального использования и охраны природных ресурсов Белого моря" г. Санкт-Петербург, Зоологический институт РАН, 66-68. 6. Кожара В.В., Марфенин Н.Н. (2017) Функциональная морфология столонов у колониального гидроида Gonothyraea loveni (Allman, 1859): пространственная дифференцировка ценосарка / XIII Всероссийской конференции с международным участием "Проблемы изучения, рационального использования и охраны природных ресурсов Белого моря" г. Санкт-Петербург, Зоологический институт РАН, 103-105. 7. Dementyev V., Kozhara V., Marfenin N. Functional morphology of stolon in hydroid Gonothyraea loveni (Allman, 1859) // 4-Международный конгресс по морфологии беспозвоночных (4-th International Congress on Invertebrate Morphology). М.: Издательство «Перо», 2017. – C.109. 8. Kosevich I.A., Marfrenin N.N. The concept of modular organisation: questions and problems // 4-Международный конгресс по морфологии беспозвоночных (4-th International Congress on Invertebrate Morphology). М.: Издательство «Перо», 2017. – C. 113 с. 9. Marfenin N.N. Transport system predetermines some parameters of the modular organisms pattern (colonial hydroids Gonothyraea loveni and Dynamena pumila) // 4-Международный конгресс по морфологии беспозвоночных (4-th International Congress on Invertebrate Morphology). М.: Издательство «Перо», 2017. – C. 118 с. 10. Прудковский АА, Батрина ДА, Неретина ТВ, 2020. Гибридизация и видовой статус гидроидных Sarsia в Белом море. // Сборник IX Международная научно-практическая конференция «Морские исследования и образование: MARESEDU - 2020», Т. 1, с. 121-123. 11. Шапкина А.О., Прудковский А.А., Неретина Т.В., 2020. Бесполое размножение криптических видов Aurelia spp. (Cnidaria, Scyphozoa) из Белого, Черного и Японского морей при различной температуре // Сборник VIII Международная научно-практическая конференция "Морские исследования и образование" MARESEDU-2019, Москва, Россия, 28-31 октября 2019. Т.2, с.368-371 12. Прудковский А.А., Неретина Т.В., Екимова И.А., 2018. Изменчивость структуры жизненного цикла у гидроидных Sarsia lovenii в Белом море // Зоология беспозвоночных – Новый Век: материалы конференции, посвященной 160-летию Кафедры зоологии беспозвоночных Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова (19-21 декабря 2018 г.) с.104. 13. Prudkovsky A.A., Neretina T.V., 2018. Meroplankton of the White Sea: identification of planktonic larvae using molecular tools // Marine biology, geology, oceanology: interdisciplinary research at marine stations 80th anniversary of the Nikolai Pertsov White Sea Biological Station, november 19-21, Moscow, 2018, pp. 9-10. 14. Prudkovsky A.A., 2017. Reproductive strategies of hydrozoan and scyphozoan from the White sea in relation to temperature // 14th International Congress on Invertebrate Reproduction and Development Napoli. Rhythms of Life and their Alterations. p.36. 15. Прудковский А.А., 2017 Биологические основы культивирования медуз на примере фауны Белого моря. // Проблемы аквакультуры. Вып. 6. Мат. 10-й Междунар. науч.-практ. конф.«Аквариум как средство познания мира». Москва 16-17 марта 2017 г. Межвед. сб. науч. и науч.-метод. тр. – М.: Московский зоопарк; Группа компаний «Аква Лого»,c 154-161 16. Prudkovsky AA, Ekimova IA., 2016. Hydromedusae in the White sea: phenology of the medusae species in the sea in compare to aquarium experiments // 5th International Jellyfish Bloom Symposium, Abstract Book, Barcelona, p. 74. 17. Прудковский А.А., Бондарь Н.И., Зарубина Ю.М., Каримова Н.Р., Купаева Д.М., Найденкова А.Д., Пронкина К.О., Шиян А.С. 2016. Использование метода видеорегистрации для изучения вертикального распределения зоопланктона Белого моря в ходе студенческой практики // Труды V Международной научно-практической конференции “Морские исследования и образование (MARESEDU-2016)" 18-21 октября 2016 г, место издания ООО «Центр морских исследований МГУ имени М.В. Ломоносова" Москва, тезисы, с. 410-411 Приложение №1: Показатели пульсации ценосарка колонии гидроидов и перемещения гидроплазмы в гастроваскулярной полости колонии (распределительной системе) можно подразделить на первичные, полученные непосредственным измерением, и вторичные, как производные от манипуляций с первичными показателями. Первичных показателей четыре: D, L, GP и Vhf. «D1» и «D2» – величины просвета ценосарка в оптической плоскости параллельной субстрату в двух сечениях ценосарка в пределах поля зрения одного междоузлия; сечение D1 дальше от верхушки столона, чем D2. Единица измерения: µm; «L» - величина продольного смещения ценосарка; (+)L – к верхушке роста; (-)L – от верхушки роста. Единица измерения: µm; GP – величина продольного смещения верхушки роста, измеряемая по расстоянию от края кадра до выступающей части верхушки столона. Единица измерения: µm; Vhf – скорость гидроплазматического течения, т.е. дистанция, которую проходят распознаваемые частицы в полости столона за 1 сек. Единица измерения: µm per sec. (+)Vhf – скорость HF к верхушке столона; (-)Vhf – скорость HF от верхушки столона. Вторичные (производные) показатели: ΔD – изменение величины просвета ценосарка за 30 с [ΔD=D(x+1) – Dx], µm, где: х – порядковый номер измерения просвета ценосарка; Показатели динамики поперечных пульсаций: (+)D%, (-)D%, (0)D%: (+)D% - процентная доля положительных ΔD, %; (-)D% - процентная доля отрицательных ΔD, %; (0)D% - процентная доля нулевых ΔD (или «доля покоя»), %; Рtrp – период поперечных пульсаций ценосарка: промежуток времени между двумя последовательными максимальными значениями «D». Единица измерения: min; Atrp – амплитуда поперечных пульсаций ценосарка: разница между максимальным и минимальным значениями «D» за один цикл пульсации. Условие: максимальное значение предшествует минимальному. Единица измерения: µm; Рlop – период продольных пульсаций ценосарка: промежуток времени между двумя последовательными максимальными значениями смещения ценосарка по направлению к верхушке «l». Единица измерения: min; Alop – амплитуда продольных пульсаций ценосарка: разница между максимальным и минимальным значениями продольного колебания ценосарка за один цикл пульсации. Условие: максимальное значение предшествует минимальному. Единица измерения: µm; Mlop – продольное смещение наблюдаемой точки в эпидерме ценосарка за час за верхушкой роста. Единица измерения: µm. РGP – период ростовых (продольных) пульсаций верхушки столона: промежуток времени между двумя последовательными максимальными значениями смещения верхушки роста. Единица измерения: min; AGP – амплитуда продольных пульсаций верхушки роста столона: разница между максимальным и минимальным значениями продольного колебания верхушки роста за один цикл пульсации. Условие: максимальное значение предшествует минимальному. Единица измерения: µm; Рhf – период пульсаций скорости HF, промежуток времени между двумя последовательными максимальными значениями HF в одном направлении. Может быть (+)Рhf – период пульсаций (+)HF (к верхушке столона); (-)Рhf – период пульсаций (-)HF (от верхушки столона). Единица измерения: min. Аhf – амплитуда пульсаций скорости HF, которая равна максимальному значению Vhf однонаправленного течения. (+)Аhf – максимальная скорость HF за цикл к верхушке столона; (-)Аhf – скорость HF за цикл от верхушки столона. Единица измерения: µm в сек.; Показатели динамики гидроплазматических течений: (+)HF%, (-)HF%, (0)HF%: (+)HF% - процентная доля HF, направленных к GT, %; (-)HF% - процентная доля HF, направленных от GT, %; (0)HF% - процентная доля нулевых HF (или «доля покоя»), %; Z - показатель протяженности переноса частиц за один акт однонаправленного HF. Z=∑_(i=1)^n▒〖Vi〗^ x ∆t, где: i – порядковый номер измерения скорости HF, V скорость HF (протяженность пробега частицы за 1 сек); ∆t – шаг регистрации (в нашем случае 30 сек) Нумерацию междоузлий, необходимую для ориентации при сравнительном изучении функциональной морфологии столона, мы начинали от верхушки столона, а не от первого (материнского) побега. При такой нумерации оказывается постоянным не местоположение участка столона в колонии, а его морфо-функциональные особенности, которые зависят от удаленности от верхушки роста. Дистальный участок столона между его верхушкой роста и первым побегом мы называем 0-м междоузлием (0-IS) между первым и вторым побегами – 1-м междоузлием (1-IS) и т.д. СWHP – расчетный объем гидроплазмы, перенесенной через створ регистрации в одном направлении за единицу времени (обычно за час). Показатель СWHP вычисляется как сумма произведений зарегистрированных каждые 30 сек скорости ГПТ на соответствующий этому моменту диаметр просвета столона в квадрате, умноженную на величину учетного интервала (в нашем случае 30 сек). Мы использовали возможность измерения не одного, а двух значений просветов ценосарка в пределах кадра (обычно вблизи его краев) и перемножали их, а не возводили в квадрат одно значение. Это позволяет усреднить значения просвета, немного различающиеся вдоль столона даже в поле зрения. Показатель вводится впервые. Он отражает лишь косвенно реальный объем перенесенной гидроплазмы, т.к. расчет основан на упрощенных предпосылках.

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".