Эволюционная экология жизненного циклаНИР

.

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Эволюционная экология жизненного цикла
Результаты этапа: В 2016 г. мы изучали поведение биологических систем на разных уровнях организации жизни, в диапазоне от сообщества до отдельного организма, под действием антропогенных факторов. 1. Определена скорость перехода планктонного сообщества из одного устойчивого состояния в другое. Объектом изучения были планктонные коловратки, населяющие озеро Глубокое (Московская область). Это озеро – уникальный водоем, наблюдения за биотой которого охватывают более 100 лет. В первой половине 1960-х гг. озеро испытало мощное антропогенное воздействие: на окружающих болотах были проведены мелиоративные работы, болотные стоки отведены и больше не попадают в озеро. Это привело к изменению видового состава коловраток. С использованием нового метода анализа динамики видового состава, опирающегося на биоиндикаторные свойства видов и логистическую регрессионную модель, показано, что (а) до проведения мелиорации, в течение примерно 60 лет, сообщество коловраток находилось в устойчивом состоянии, при котором преобладали виды - индикаторы более эвтрофных вод; (б) после проведения мелиорации сообщество коловраток перешло в новое устойчивое состояние, при котором стали преобладать виды - индикаторы более олиготрофных вод; (в) время перехода планктонной системы озера из одного устойчивого состояния в другое составило примерно 20 лет. 2. Изучено сравнительное токсическое воздействие хлоридов шести тяжелых металлов (медь, свинец, кадмий, марганец, железо, кобальт), представленных в 3-х концентрациях (ПДК, 10ПДК, 100ПДК), на морских беспозвоночных - звезд Asterias rubens. Вид Asterias rubens широко распространен в Белом море, где проводилась эта работа, а тяжелые металлы являются важным компонентом антропогенного загрязнения окружающей среды. Показано, что (а) медь является наиболее токсичным металлом, высокие концентрации которого приводят к гибели морских звезд; (б) скорость увеличения концентрации меди и свинца в теле звезд при увеличении их концентрации в среде – наивысшая по сравнению с другими изученными металлами; (в) в целомической жидкости звезд, испытывающих воздействие меди и свинца, появляется большое количество агранулоцитов (при окраске по Романовскому-Гимзе). Поскольку появление агранулоцитов свидетельствует о процессе фагоцитоза и последующем выведении меди из организма, можно предположить, что ее высокая токсичность связана с невозможностью ее быстрого и полного выведения из тела звезд.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Эволюционная экология жизненного цикла
Результаты этапа: В 2017 г. продолжена работа по изучению ответа биологических систем на разных уровнях их организации, в диапазоне от клеточных и поведенческих реакций до реакции сообщества организмов разных видов, на действие внешних, прежде всего антропогенных, факторов среды. 1. В 2017 году продолжено изучение токсического действия различных концентраций ряда металлов: кобальта, марганца, железа, свинца, кадмия и меди на различные аспекты жизнедеятельности морских звезд Asterias rubens, в диапазоне от клеточных до поведенческих и собственно экологических (выживаемость) реакций; проведена оценка биоконцентрации этих металлов. Эксперименты включали одновременную оценку выживаемости, поведенческих реакций (время переворота) и количества и распределения клеток целомической жидкости морских звезд. Показано, что медь является наиболее токсичным из исследованных металлов, ЛД50 для меди составила 0,135 мкМ, для свинца – 1,797 мкМ, для кадмия – 14,60 мкМ. Летальные дозы для марганца, железа и кобальта обнаружены не были. Медь, свинец и кадмий приводили к значительному уменьшению скорости переворота через трое суток после начала эксперимента. Увеличение числа циркулирующих в целомической жидкости клеток наблюдалось при воздействии свинца, кадмия, меди, а также высоких доз кобальта, марганца и железа. Воздействие Co, Mn и Fe также приводило к увеличению в целомической жидкости доли красных амебоцитов (гранулоцитов). Показано, что Cu, Cd, Mn и Co эффективно накапливаются в теле морских звезд. Металлы, участвующие в жизнедеятельности организма, такие как Co, Mn и Fe, были менее токсичны для морских звезд, чем Cu, Pb и Cd. Гибели морских звезд в эксперименте предшествовало увеличение числа циркулирующих в целомической жидкости клеток, а также увеличение времени переворота морских звезд. Установлено, что на клеточном и поведенческом уровнях токсические эффекты исследованных металлов проявляются при меньших концентрациях. Таким образом, одновременное определение токсических эффектов на разных уровнях организации морских звезд A. rubens указывает на потенциальную важность оценки клеточных и поведенческих ответов для прослеживания дальнейшего развития эффекта, вплоть до гибели морских организмов. 2. В 2017 году продолжено изучение скорости перехода сообщества планктонных коловраток из одного устойчивого состояния в другое. Объектом изучения были материалы по динамике видового состава планктонных коловраток оз. Глубокое (Московская область) за 113 (!) лет наблюдений, с 1897 по 2010 гг. Примерно в середине этого периода, начиная с середины 1960-х гг., видовой состав коловраток претерпел значительные изменения, связанные с тем, что в первой половине 1960-х гг. на окружающих озеро болотах были проведены мелиоративные работы. Стоки с болот были отведены и перестали поступать в озеро. Это привело к изменению видового состава коловраток и, как можно предположить, изменению состояния озера, поскольку многие виды коловраток являются хорошими биоиндикаторами состояния окружающей среды. Проблема состоит в том, что названия некоторых видов за 100 лет изменились (в некоторых случаях они менялись несколько раз). Мы проанализировали данные из работ старых авторов и откорректировали списки видов, приведя старые видовые названия к современным. В результате было подтверждено, что до проведения мелиорации, с 1897 г. до 1963-64-х гг., экосистема пелагиали озера находилась в устойчивом состоянии, соответствующем относительно более эвтрофному статусу водоема. После проведения мелиорации, начиная с середины 1970-х гг., экосистема перешла в новое устойчивое состояние, соответствующее более олиготрофному статусу водоема. Время перехода из одного устойчивого состояния в другое составило не более 10 лет. Таким образом, уточненные данные о видовом составе коловраток позволили уточнить нашу предыдущую оценку времени перехода экосистемы пелагиали озера из одного устойчивого состояния в другое.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Эволюционная экология жизненного цикла
Результаты этапа: В 2018 году наша работа, во-первых, была посвящена разработке методических основ построения математических моделей открытых (незамкнутых, неизолированных) популяций, то есть популяций, испытывающих приток / отток особей из / в соседние местообитания. Модели этого типа могут быть использованы для оценки риска вымирания природных популяций, в том числе в условиях антропогенного воздействия, поскольку большинство природных популяций являются незамкнутыми. Во-вторых, была продолжена работа по изучению ответа морских биологических систем на действие антропогенных загрязняющих веществ. В настоящее время загрязнение окружающей среды является важнейшим фактором антропогенного воздействия на биологические системы; наша работа открывает путь к оценке эффекта загрязнения на экосистемы. 1. В 2018 году мы продолжили работу по разработке методических основ построения математических моделей открытых популяций. Модель должна опираться на определенную математическую структуру (матрицы, дифференциальные уравнения); наша модель имеет матричную структуру, известную как «матрица Лесли». Модели этого типа включают два типа переменных – повозрастные, то есть зависящие от возраста, скорости размножения (повозрастные рождаемости) и повозрастные скорости гибели особей (повозрастные смертности). Методы оценки повозрастной рождаемости не являются специфичными для незамкнутых популяций. Напротив, методы оценки повозрастной смертности в замкнутых и незамкнутых популяциях принципиально отличаются. В замкнутой популяции падение численности в группе одновозрастных (одного года рождения, или одной когорты) особей, наблюдающееся от года к году, однозначно интерпретируется как смертность. Наоборот, в незамкнутой популяции такое падение численности может быть следствием двух причин – смертности и эмиграции (иммиграция не влияет на численность когорты, поскольку все особи когорты считаются мечеными с момента рождения). Величину смертности (которая необходима для построения матричной модели) можно найти по разности между изменением (уменьшением) численности особей в когорте и эмиграцией. Таким образом, ключевым методическим вопросом при построении математических моделей открытых популяций является оценка скорости миграции (эмиграции). То есть необходимо знать, с какой вероятностью данная особь, найденная в данном году в данном месте, к моменту проведения следующего учета (то есть в следующем году) выйдет за границы рассматриваемого участка. В простейшем одномерном случае эта вероятность задается как функция одной координаты. Мы строили модель именно для этого случая, поскольку наш материал (собиравшийся сотрудниками кафедры зоологии позвоночных под руководством М.Е. Гольцмана на протяжении 20 лет) относится к песцам Vulpes lagopus semenovi, обитающим в южной части о. Медный (Командорские острова); этот остров имеет сильно вытянутую форму. Для построения зависимости вероятности миграции от координаты использованы современные методы байесовской статистики. Результаты моделирования показали, что учет эмиграции существенно влияет на оценку смертности и риска вымирания изученной нами популяции. Без учета миграции построенная нами матричная популяционная модель предсказывает быстрое, менее чем за 20 лет, вымирание популяции (поскольку все необнаруженные на следующий год особи считаются погибшими, тогда как на самом деле часть из них не погибла, а перешла на северную, не охваченную учетами часть острова). С учетом миграции модель предсказывает стабильную численность популяции, что и наблюдается в реальности. Таким образом, неучет миграции дает завышенную оценку риска вымирания. Модели, построенные без учета миграции, могут привести к неправильным оценкам риска вымирания природных популяций и, как следствие, к ошибочному определению природоохранных приоритетов и нерациональному использованию имеющихся, всегда ограниченных природоохранных ресурсов. 2. В 2018 году изучена степень заселенности морских звезд Asterias rubens копеподами Scottomyzon gibberum, которые являются симбионтами (или наружными паразитами) для этих звезд, в разных точках Кандалакшского залива Белого моря, испытывающих разный уровень антропогенного воздействия, прежде всего загрязнения тяжелыми металлами. Показана потенциальная возможность использования изученной системы паразит-хозяин как тест-объекта для оценки загрязнения морских прибрежных акваторий.
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Эволюционная экология жизненного цикла
Результаты этапа: За отчетный период наши исследования касались двух основных тем – организмов-биоиндикаторов и роли биотических факторов в вымирании видов. По первой теме на разных уровнях биологической интеграции – от молекулярного до организменного – изучено влияние тяжелых металлов, повышенная концентрация которых является результатом антропогенного загрязнения водной среды, на жизнедеятельность нетрадиционного вида-биоиндикатора – морской звезды Asterias rubens. Показано, что морская звезда является перспективным объектом экологического мониторинга. По второй теме была продолжена разработка нового метода оценки сравнительной силы воздействия на популяции ветвистоусых ракообразных пресса хищников («эффект сверху») и недостатка пищи («эффект снизу») как потенциальных факторов вымирания видов. Показано, что эффективность метода (возможность правильной оценки сравнительной силы эффектов сверху и снизу) зависит от длительности временного интервала, на котором производится эта оценка. Оптимальным является интервал, близкий к времени генерации вида, который для изученного нами вида ветвистоусых ракообразных Bosmina longirostris составляет 7-10 сут.
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Эволюционная экология жизненного цикла
Результаты этапа:

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".