Статьи

Современное изменение климата и связанные с ним риски вымирания видов – часто обсуждаемые проблемы в мировом научном сообществе. Одними из наиболее чувствительных к климатическим изменениям районов являются высокогорья. Южный Урал относится к таким горным системам, где граница леса располагается относительно высоко при незначительной высоте основных горных хребтов до 1600 м над ур. моря. В связи с этим на многих вершинах горные тундры, имеет небольшие площади. Одна из таких вершин – Дальний Таганай. Мониторингу изменений, происходящих на этой вершине Южного Урала, посвящена статья «Upward Expansion of Trees and Shrubs Leads to Alpine Tundra Contraction and Local Extinction of Species in the Southern Urals», опубликованная в журнале «Ecosystems», соавторами которой являются сотрудники ИЭРиЖ УрО РАН А.А. Григорьев, Ю.Е. Михайлов (УГЛТУ, УрФУ), Ю.В. Шалаумова, С.О. Вьюхин, Д.С. Балакин, А.И. Ермаков, М.В. Терентьева, О.В. Ерохина, П.А. Моисеев и П.П. Кудрявцев (НП Таганай).

Полученные результаты убедительно показывают, что на фоне современных изменений климата происходит не только продвижение леса выше в горы, трансформация растительного покрова и сообществ герпетобионтных беспозвоночных в горной тундре, но и локальное вымирание отдельных видов.

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (грант 24-27-00338).

Раньше считалось, что ящурки (род мелких степных ящериц) расселились по Евразии только в голоцене, несколько тысяч лет назад. Но находка из пещеры Таврида, маленькая теменная косточка рептилии опровергла это утверждение – ведь ее возраст около 1,8-1,6 млн. лет. Находка описана Е.В. Сыромятниковой, к.б.н., с.н.с. лаборатории палеогерпетологии Палеонтологического института им. А.А. Борисяка РАН и М.С. Тарасовой, являющейся аспирантом лаборатории палеоэкологии ИЭРИЖ УрО РАН. Статья опубликована в журнале Historical Biology https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/08912963.2024.2439937?src=exp-la.

Определить, какому виду принадлежала обнаруженная кость, на данном этапе невозможно из-за недостаточной степени изученности морфологии костей ящурок. Однако наиболее вероятно, что этот фрагмент черепа принадлежал быстрой ящурке или разноцветной ящурке – оба этих вида предпочитают засушливые степные или пустынные территории, и, вероятно, в Крыму в раннем плейстоцене были соответствующие условия.

Американская норка успешный инвазионный вид, вытесняющий в Евразии местную европейскую норку. В связи с этим теоретический и практический интерес вызывает оценка адаптивного потенциала этого вида. В статье, опубликованной в Журнале общей биологии сотрудниками лаборатории эволюционной экологии ИЭРиЖ УрО РАН А.Г. Васильевым и М.В. Чибиряком в соавторстве с коллегами из Новосибирска, приведены результаты исследования одного из аспектов адаптивного потенциала – морфологической изменчивости в ответ на отбор поведенческих признаков. 

Изучение механизмов доместикации животных как модели быстрых эволюционных преобразований имеет важное значение для понимания процессов эволюции. Доместикация видов некоторыми авторами рассматривается как один из аспектов прямого и косвенного антропогенного влияния на животный мир. В качестве модельного вида при изучении феномена доместикации может служить американская норка (Neogale vison).

Микроэволюционный потенциал американской норки и способность ее к быстрым селективным изменениям можно оценить на модельных животных, содержащихся на зверофермах. Наиболее подходящая модель – линии N. vison, созданные на экспериментальной звероферме ИЦиГ СО РАН (г. Новосибирск) и подвергнутые длительной селекции по признакам оборонительного поведения. Через 16–17 поколений селекция привела в одном направлении к формированию линии агрессивных норок, а в противоположном – к линии ручных. В качестве контрольной группы использовали клеточных неселектированных животных, содержавшихся одновременно с экспериментальными линиями.

Дифференциация линий агрессивных и ручных норок привела к морфологическому разрыву и соответствует уровню подвидовых различий, превышая половину средней меры морфологической дивергенции N. vison от близких видов – европейской норки Mustela lutreola и колонка M. sibirica. Морфогенетические эффекты селекции американской норки по оборонительной реакции на человека демонстрируют высокий адаптационный и эволюционный потенциалы инвазионного вида – N. vison.Экспериментальная доместикация американской норки позволила моделировать эволюционно-экологической процесс быстрых морфогенетических и функциональных перестроек инвазионного вида.

Самым долгоживущим древесным видом в Арктике является можжевельник обыкновенный (Juniperus communis). Такой вывод сделали дендрохронологи на основе анализа годичных колец у представителей этого вида, произрастающих в приполярных районах. Возраст старейшего можжевелового куста, который был найден на севере Финляндии, составляет 1647 лет. На Полярном Урале самый старый можжевельник прожил в два раза меньше, тем не менее, он является самым долгоживущим организмом на Урале. Результаты исследований можжевельников-долгожителей с участием сотрудников лаборатории дендрохронологии ИЭРиЖ УрО РАН, Л.А. Горлановой и Р.М. Хантемирова опубликованы в журнале Ecology.

Определение максимального возраста можжевельника обыкновенного важно для понимания истории этого вида, стратегии его выживания, для разработки мер по его охране. А для дендрохронологов важна в первую очередь информация о потенциале данного вида для реконструкции истории природной среды. Одним из важных параметров при оценке этого потенциала является продолжительность жизни отдельных особей и сохранность древесины ветвей давно погибших можжевельников. В этом отношении Полярный Урал предоставляет больше возможностей, чем районы на севере Швеции и почти не уступает северу Финляндии. В горах Полярного Урала усохшие ветви можжевельника могут сохраняться в течение многих столетий. Поэтому с помощью годичных колец полярноуральского можжевельника можно восстановить историю климата почти за 1350 лет, начиная с 641 года. Сотрудники лаборатории дендрохронологии ИЭРиЖ УрО РАН еще четверть века назад выяснили, что ширина колец этого вида достаточно хорошо отражает изменения раннелетних температур. Особенно ценным оказалось обнаруженное свойство колец можжевельника чутко реагировать на экстремальные температурные события в течение всей жизни кустарника, в то время как у деревьев чувствительность к экстремумам с возрастом снижается.

Теперь, когда выявлен потенциал этого вида для обширной территории Арктики, есть резон вернуться к дендрохронологическим исследованиям можжевельника уже в широком пространственном масштабе в составе международной коллаборации.

В рамках выполнения гранта РНФ (24-27-00338) коллективом сотрудников лаборатории геоинформационных технологий Института экологии растений и животных Григорьевым А.А., Вьюхиным С.О. и Терентьевой М.В. в июне 2024 г. был полностью пройден хр. Машак с восхождением на все вершины, с целью определения территории, занятой горной тундрой, поиска повторных ландшафтных фотоснимков и составления списков видов.

В течении пяти дней было обследовано 9 вершин (г. Медвежья, г. Ягодная, г. Кобея, г. Широкая, г. 1303,9 м., г. 1333,6 м., г. Машак, г. Угловой Машак, г. Южный Машак). Отмечены виды, формирующие основные горно-тундровые сообщества, виды, произрастающие исключительно в горной тундре, а также виды, указывающие на олуговение вершин. Сделаны повторные фотографии на основе фотографий Игошиной К.Н.

Наиболее богатой по числу видов оказалась вершина 1333,6 м – 52 вида, 20 из них не были отмечены ни на одной другой вершине. Северная часть вершины только по склону была покрыта тундрой, на вершине господствовали луговые и лесные виды (горец альпийский, лютик едкий, герань лесная, подмаренник и др.). Однако в центре северной части вершины было скалистое возвышение с видами, не отмечаемыми ни на одной другой вершине: лук, кортузаматиолли, гвоздика иглолистная, минуарция, остролодочник, козелец. В перевале между северной и южной частями вершины на склоне произрастает башмачок капельный. На южной части вершины отмечаются горно-тундровые сообщества с ивами (ива сизая и ива черничная).

К настоящему времени горные тундры на г. Машак, г. Ягодная, г. Харитонова прекратили свое существование вследствие продвижения древесной растительности выше в горы. По полученным расчетам все вершины хр. Машак потеряли более половины площадей занятых горно-тундровыми сообществами на середину ХХ века.

Биологические инвазии, то есть нашествия чужеродных видов с последующей вспышкой массового размножения, – одна из самых серьезных экологических и экономических проблем XXI века, одно из самых тяжелых последствий глобализации. Широко известны примеры внедрения в естественные экосистемы инвазионных видов растений и животных, тогда как представителям Царства Грибов уделяется меньше внимания. Однако именно на активную деятельность инвазионных фитопатогенных грибов приходится до 20% экономических потерь российских аграриев. С каждым годом эта цифра растет в связи с более широким расселением чужеродных видов. Многие из таких видов уже натурализовались в отдельных регионах страны и начали внедряться в естественные экосистемы.

В лесных регионах число чужеродных видов микро- и макромицетов растет по экспоненте. Однако из высокоширотных регионов информация крайне фрагментирована. Имеются отрывочные сведения из Мурманской области, а также приуральского сектора Ямало-Ненецкого автономного округа. Восточнее, для обширных арктических территорий Сибири, информация о находках чужеродных грибов отсутствует.

В июле–августе 2024 г. в рамках выполнения проекта Российского Научного Фонда (24-24-00271) ведущий научный сотрудник лаборатории биоразнообразия растительного мира и микобиоты Института экологии растений и животных УрО РАН доктор биологических наук Ширяев Антон Григорьевич и аспирант Будимиров Александр Сергеевич проводили микологические исследования в Долгано-Ненецком автономном округе (Красноярский край), включая урбанизированные территории города Норильск и соседних населенных пунктов.

Сотрудники лаборатории дендрохронологии ИЭРиЖ УрО РАН и лаборатории естественнонаучных методов в гуманитарных исследованиях УрФУ, лаб.-иссл. В.А. Бессонова, к.б.н., н.с. Л.А. Горланова, д.б.н., в.н.с. Р.М. Хантемиров, на основе анализа годичных колец полуископаемых деревьев Ямала определили точную дату извержения вулкана Кикай. Эта дата, 5283 год до н.э., может стать временным маркером для синхронизации хронологий вулканических извержений, полученных на основе изучения других источников данных. Исследование опубликовано в журнале Dendrochronologia.

При изучении процессов далекого прошлого часто бывает трудно понять, в какой последовательности шли события, сведения о которых получены из разных источников. Например, не всегда удается понять, в чем причины гибели той или иной древней цивилизации – связаны ли они с катастрофическими природными явлениями или вызваны политическими причинами. Основная проблема состоит в точной привязке природных и социальных событий к абсолютным датам. То есть необходимы маркеры времени, с которыми можно было бы соотнести разного рода хронологии. Такими маркерами могут быть события, последствия которых имели глобальный масштаб – например, вулканические извержения.

В новом выпуске журнала «Russian Journal of Herpetology» опубликована статья «A Pleistocene Amphibian Assemblage of the Taurida Cave, Crimea», соавтором которой стала Мария Сергеевна Тарасова, инженер 1 категории лаборатории палеоэкологии ИЭРИЖ УрО РАН. В статье описываются костные остатки земноводных из ранне- и среднеплейстоценовых отложений пещеры Таврида. Эта пещера расположена в Белогорском районе Крыма, близ поселка Зуя. С 2018 г. сотрудники лаборатории палеэкологии Института экологии растений и животных УрО РАН совместно с коллегами из Палеонтологического института (Москва) проводят в ней раскопки.

Установлено, что в раннем  плейстоцене на Крымском полуострове совместно обитали 4 вида амфибий: представитель рода гладкие тритоны Lissotriton sp., монгольская жаба Strauchbufo raddei, малоазиатская лягушка Rana cf. macrocnemis и озерная лягушка Pelophylax ridibundus. Из вышеперечисленных видов только озерная лягушка доживает на этой территории до конца среднего плейстоцена. Тогда же в Крым проникает зеленая жаба Bufotes viridis. Оба вида широко распространены на полуострове и в настоящее время.

Помимо озерной лягушки и зеленой жабы на сегодняшний день в Крыму встречаются тритон Карелина, чесночница Палласа и восточная квакша. Однако три последних отсутствуют в отложениях Тавриды. С наибольшей вероятностью это обусловлено более поздней колонизацией полуостров этими видами.

На данный момент пещера Таврида представляет собой единственный известный комплекс плейстоценовых амфибий Крыма.

В последние десятилетия быстрое потепление климата в полярных и альпийских регионах сопровождалось расширением ареала кустарниковой растительности. Однако, мало что известно о том, как распространение кустарников будет меняться по мере продвижения древесной растительности и изменения высоты снежного покрова.

В новой статье «Struggle zone: alpine shrubs are limited in the Southern Urals by an advancing treeline and insufficient snow depth» сотрудники лаборатории геоинформационных технологий: Григорьев А.А.., Шалаумова Ю.В., Моисеев П.А., Вьюхин С.О. с соавторами проанализировали основные факторы окружающей среды, влияющие на распространение и структуру можжевельника сибирского (Juniperus sibirica) — наиболее распространенного кустарникового вида в горах Южного Урала.

Показано, что лимитирующим фактором распространения можжевельника сибирского выше в горы является отсутствие снежного покрова, вызванное высокой скоростью ветра в зимнее время. На нижней границе распространения можжевельника при формировании сомкнутого елового древостоя возникают крайне неблагоприятные условия, в которых можжевельник сибирский больше не может существовать.

Таким образом, J.sibirica в горах Южного Урала находится в «зоне борьбы» за существование с одной стороны (фитоценотической) – продвижение верхней границы леса выше в горы, с другой (климатической) – экстремальная среда обитания высокогорий.

В журнале «Forest Ecology and Management» (Q1, IF = 3.7) опубликована статья Detection and evaluation of anthropogenic impacts on natural forest ecosystems from long-term tree-ring observations, соавтором которой является А.А. Григорьев, к.с-х.н., старший научный сотрудник  лаборатории геоинформационных технологий. Исследование, проводившееся на основе изучения древесных колец, посвящено антропогенному воздействию на лесные экосистемы.

Исследован радиальный рост деревьев березы, лиственницы, сосны и ели, произрастающих на осушаемых в течение 50-40 лет болотах Среднего Урала с помощью искусственно созданных профессором Уральского государственного лесотехнического университета А.С. Чиндяевым системы каналов. Исследования проведены на гидролесомелиоративных стационарах УГЛТУ «Мостовое» и «Песчаное» (п. Мостовое, п. Северка).

Установлено, что деревья разных древесных видов по-разному реагировали и реагируют в настоящее время на искусственное изменение гидрологического режима мест произрастания. Также полученные результаты указывают на выраженные изменения в реакции на засухи, характеризующейся значительными негативными тенденциями в динамике роста деревьев после аномальной жары 2010 г. и связанной с ней внезапной засухи на дренированной территории, тогда как на неосушенной территории подобного эффекта не наблюдалось. Это указывает на то, что повышение продуктивности лесной экосистемы после осушения, вероятно, достигается ценой снижения ее устойчивости к засухам.