Разработки

ОСHОВHАЯ ТЕМАТИКА ФУHДАМЕHТАЛЬHЫХ РАБОТ

1. Анализ закономерностей эволюция биоты

1.1. Скорости и механизмы микроэволюции. Реконструкция филогенеза таксонов ранга рода и вида.

1.2. Реконструкция структуры и функциональных особенностей экосистем различного ранга в плейстоцене и голоцене (например, проект "ИССЛЕДОВАНИЕ БОЛЬШОГО ПЕЩЕРНОГО МЕДВЕДЯ").

1.3. Закономерности эволюции сообществ и экосистем.

1.4. Реконструкция климата в голоцене (дендрохронологическими методами).

1.5. Прогноз изменений экосистем при разных вариантах глобальных и региональных изменений климата и антропогенных нагрузок.

2. Проблемы популяционной биологии

2.1. Многолетняя динамика численности и структуры популяций (факторы, механизмы, модели).

2.2. Репаративные процессы в популяциях. Связь пространственной, половой, этологической и генетической структур популяции. Роль внутрипопуляционных группировок в поддержании стабильности популяций. Границы популяций.

2.3. Оптимальные стратегии эксплуатации и охраны популяций промысловых и редких видов. Причины редкости и успеха видов. (например, проект "ЭКОЛОГИЯ КОПЫТНЫХ СРЕДНЕГО УРАЛА")

2.4. Взаимодействие популяций в экосистемах.

3. Анализ антропогенной трансформации биоты

3.1. Стратегии и механизмы адаптации популяций и экосистем к химическому и радиоактивному загрязнению.

3.2. Разработка методов анализа здоровья популяций и экосистем (экологическая диагностика).

3.3. Прогнозирование отдаленных популяционно-генетических последствий при техногенных инцидентах.

3.4. Механизмы устойчивости экосистем к антропогенным нагрузкам.

3.5. Экологическое нормирование антропогенных нагрузок (определение величин критических нагрузок и разработка экологических нормативов).

4. Проблемы радиоэкологии

4.1. Миграция и депонирование радионуклидов в почвенно-растительном покрове. Зоогенная миграция радионуклидов.

4.2. Миграция радионуклидов в водных экосистемах (включая крупные речные системы).

Основные достижения института за последние годы


Родина домашних лошадей – низовья Дона и Волги

Подведён итог многолетнего изучения истории доместикации лошади в Евразии. На основе анализа 273 геномов древних лошадей, обитавших в Евразии 4–2 тыс. лет назад (в том числе из всех предполагаемых центров одомашнивания) установлено, что предками современных домашних лошадей являются животные, обитавшие примерно 2200 лет до н.э. в низовьях Дона и Волги. В процессе одомашнивания отбор проводился в пользу крепких лошадей, имеющих высокие стрессоустойчивость и послушность (ИЭРиЖ УрО РАН, к.б.н. Косинцев П.А., к.б.н. Пластеева Н.А.)1. Подведён итог многолетнего изучения истории доместикации лошади в Евразии. На основе анализа 273 геномов древних лошадей, обитавших в Евразии 4–2 тыс. лет назад (в том числе из всех предполагаемых центров одомашнивания) установлено, что предками современных домашних лошадей являются животные, обитавшие примерно 2200 лет до н.э. в низовьях Дона и Волги. В процессе одомашнивания отбор проводился в пользу крепких лошадей, имеющих высокие стрессоустойчивость и послушность.

В международном исследовании принимали участие сотрудники ИЭРиЖ УрО РАН: к.б.н. Косинцев П.А., к.б.н. Пластеева Н.А.

Результаты опубликованы в статье The origins and spread of domestic horses from the Western Eurasian steppes в журнале Nature


Построена непрерывная древесно-кольцевая хронология длительностью 8768 лет 

Построена непрерывная древесно-кольцевая хронология длительностью 8768 лет (с 6748 года до н. э. по 2019 год) на основе данных по ширине годичных колец полуископаемых деревьев, остатки которых обнаружены в речных и торфяных отложениях полуострова Ямал. Это самая длительная хронология для приполярных районов Земли и одна из самых длительных в мире. Данная хронология – уникальный инструмент для реконструкции различных параметров природной среды в эпоху голоцена. Она позволяет с высокой точностью реконструировать климатические условия, датировать экстремальные события (вулканические извержения, вспышки на Солнце), реконструировать соотношение древесных видов, густоту и возрастную структуру древостоев, датировать археологические памятники Ямала и т.д. (ИЭРиЖ УрО РАН, к.б.н. Хантемиров Р.М., д.б.н. Шиятов С.Г., к.б.н. Горланова Л.А., к.б.н. Кукарских В.В., Сурков А.Ю., Сурков И.А., Хамзин И.Р.)

Хантемиров Р.М., Шиятов С.Г., Горланова Л.А., Кукарских В.В., Сурков А.Ю., Хамзин И.Р., Фонти П., Вакер Л. 8768-летняя Ямальская древесно-кольцевая хронология как инструмент для палеоэкологических реконструкций // Экология. 2021. № 5. С. 388-397. DOI: 10.31857/S0367059721050085, Q4, IF=0.684

,

Ученые впервые описали среднеразмерную саблезубую кошку Megantereon в России

Впервые на территории России (пещера Таврида, Крым) описаны остатки представителя среднеразмерных саблезубых кошек Megantereon adroveri. Обнаруженный фрагмент нижней челюсти совмещает в себе примитивные и прогрессивные черты представителей рода Megantereon. Особенности его морфологии свидетельствуют о наличии в Европе двух хроновидов – M. cultridens и M. аdroveri. Эта находка свидетельствует о непрерывной эволюции европейской линии мегантереонов в плиоцене и плейстоцене, а также может служить доказательством отсутствия процесса замещения древнего европейского вида африканским иммигрантом около 2 млн лет назад (ИЭРиЖ УрО РАН, к.б.н.Гимранов Д.О.)

Lavrov A.V., Gimranov D.O., Madurell-Malapeira J., Lopatin A.V.  Megantereonadroveri from the Early Pleistocene of Taurida cave, Crimea, and the European lineage of dirk-toothed cats // J. of Mammalian Evolution. 2021. DOI: 10.1007/s10914-021-09578-1, Q1, IF=2.611.

,

Сколько популяций соболя в Сибири?

Проведен анализ популяционной структуры соболя на основании аллельного состава 11 микросаттелитных локусов ядерной ДНК и морфологической изменчивости 667 особей из 33 выборок западной части ареала. Полученные данные подтверждают существование двух различных генетических групп для территории Западной Сибири (подвид Martes zibellina zibellina Linnaeus, 1758) и для Западного Алтая (подвид M. Zibellinaa verini Bashanov, 1943). Еще одна генетическая группа соболей обитает на территории Центрального Сибирского Плато и вероятно представляет подвид M. Zibellina yeniseensis Ognev, 1925. Обитание этого подвида в Южной Сибири не подтвердилось. Для территории Прибайкалья, где ранее был описан подвид M. Zibellina princeps Birula, 1918, обнаружено как минимум три генетически дифференцированных группы соболя. Результаты важны для разработки научных основ сохранения биоразнообразия, приумножения и рациональной эксплуатации биологических ресурсов (ИЭРиЖ УрО РАН, к.б.н. Ранюк М.Н., к.б.н. Модоров М.В., д.б.н. Монахов В.Г.).

Ranyuk M., Modorov M., Monakhov V.,Devyatkin G. Genetic differentiation of autochthonous sable populations in Western and Eastern Siberia // Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research, 2021, 1–14. DOI: 10.1111/jzs.12565, Q1, IF=2.288


Выявлена зависимость размеров тела имаго от погодных условий и фазы динамики численности у бабочки боярышницы Aporiacrataegi L. 

На основе наблюдений за более чем 10 лет выявлена зависимость размеров тела имаго от погодных условий и фазы динамики численности у бабочки-вредителя плодовых культур – боярышницы Aporiacrataegi L. Оценено влияние на размеры имаго как теплых, так и аномально холодных (2017 и 2018 гг.) сезонов, а также лет с достаточной и недостаточной кормообеспеченностью в период вспышки массового размножения (2010–2013 гг.). Вопреки ожиданиям, в годы вспышки массового размножения имаго боярышницы, несмотря на почти 100 % дефолиацию кормовых растений, становятся крупнее, а не мельче. Результаты важны для понимания и прогнозирования состояний популяций насекомых-вредителей в условиях изменения климата (ИЭРиЖ УрО РАН, к.б.н. Захарова Е.Ю., к.б.н. Шкурихин А.О., к.б.н. Ослина Т.С., Солонкин И.А.).

Solonkin I.A., Shkurikhin A.O., Oslina T.S., Zakharova E.Y. Changes in the body size of black-veined white, Aporiacrataegi(Lepidoptera: Pieridae), recorded in a natural population in response to different spring weather conditions and at different phases of an outbreak // European Journal of Entomology. 2021. V. 118. P. 214–224. DOI: 10.14411/eje.2021.023,Q3, IF=1.225

,

Изучены закономерности географической изменчивости размеров черепа куницы и соболя на территории Евразии

Исследование выполнено на уникальном обширном материале –2 700 куниц из 39 популяций и 6 537 соболей из 48 популяций. Показано, что в целом направления приспособительных реакций у данных видов сходны. На востоке ареала, где климат более суров, оба вида демонстрируют клины, противоположные наблюдаемым западе. Соболь следует правилу Бергмана, тогда как куница отчетливо демонстрирует обратную тенденцию. Виды по-разному реагируют на комплекс экологических градиентов Евразии. Размеры куницы зависят от перепадов высот и среднегодовых и январских температур. Для соболя эти факторы, как правило, незначительны, он способен обитать севернее и в горах на каменистых полях за верхним краем леса, где куница никогда не встречается. Результаты важны для разработки стратегий ведения охотничьего промысла и мер по сохранению видов, а также ключевых территорий в пределах их ареалов (ИЭРиЖ УрО РАН, д.б.н. Монахов В.Г.)

Monakhov V. Tracing size distribution patterns in two Martes species across Eurasia: which populations should be protected? // Biodiversity and Conservation. 2021. 30:37–53, DOI: 10.1007/s10531-020-02072-9, Q1, IF=3.549

,

Впервые в России исследована элиминация генома у диплоидных гибридов озерной и прудовой лягушек

Прямыми молекулярными методами показано, что элиминация ядерного генома сопровождается элиминацией соответствующего митохондриального генома. Установлено, что преобладает элиминация ядерного генома прудовой лягушки. Однако возможны варианты с элиминацией генома озерной лягушки или без элиминации. Степень элиминации митохондриального генома прудовой лягушки у ряда гибридных особей может быть неполной. Отмечен уникальный гибридный самец, обладающий митохондриальным геномом прудовой лягушки, но продуцирующий сперматозоиды обоих видов. Результаты важны для понимания механизмов репродуктивной межвидовой изоляции и эволюции (ИЭРиЖ УрО РАН, д.б.н., проф. Вершинин В.Л., к.б.н. Вершинина С.Д., Трофимов А.Г.)

Miura I., Vershinin V., Vershinina S., Lebedinsky A., Sitnikov I. and Trofimov A. Genome elimination mechanisms and population structures in the water frog Pelophylaxesculentus from Ural region, Russia // Genes. 2021. V. 12. P 244. DOI: 10.3390/genes12020244, Q2, IF=4.096

Ikuo Miura, Ivan Sitnikov, Vladimir Vershinin and Andrei LebedinskiiHybridogenesis in the water frog Pelophylaxesculentus from Russia // Bulletin of the herpetological society of Japan. 2018. №.1. P. 128-129. ISSN 1345-5826 (in Japanese)

Miura I., Vershinin V., Vershinina S., Lebedinsky A. and Stinikov I.The genome elimination mechanisms and population structures in the water frog Pelophylaxesculentus from Ural region, Russia. // Bulletin of the herpetological society of Japan. 2020. №1. P. 109. ISSN 1345-5826 (in Japanese)

,

Исследованы деревья сосны обыкновенной (Pinussylvestris L.), выжившие после радиационной аварии на ПО «Маяк» 1957 года 

Исследованы деревья сосны обыкновенной (Pinussylvestris L.), выжившие после радиационной аварии на ПО «Маяк» 1957 года в зоне Восточно-Уральского радиоактивного следа (ВУРСа). Получена ретроспективная оценка влияния ионизирующей радиации и климата на годовой прирост деревьев с использованием дендрохронологических методов. На участках с высоким начальным уровнем загрязнения почв 90Sr (около 12,2 и 26,6 МБк/м2) скорость радиального прироста сосны была значительно снижена в 1959 г. Синхронность хронологий на загрязненных и контрольных участках была нарушена. Скорость роста деревьев восстановилась спустя 6–8 лет после аварии, в последующий период все хронологии были высоко синхронными. Показано, что и климат, и ионизирующая радиация ограничивали радиальный прирост сосны. Влияние облучения было сопоставимо с влиянием сильной засухи – основного экстремального климатического события в этом регионе, а в некоторых случаях превышало его (ИЭРиЖ УрО РАН, д.б.н. Позолотина В.Н., к.б.н. Кукарских В.В., к.б.н. Дэви Н.М., к.б.н. Модоров М.В., к.б.н. Михайловская Л.Н., к.б.н. Шималина Н.С.).

Kukarskih V.V., Modorov M.V., Devi N.M., Mikhailovskaya L.N., Shimalina N.S., Pozolotina V.N. Radial growth of Pinussylvestris in the East Ural Radioactive Trace (EURT): Climate and ionizing radiation // Science of the Total Environment. 2021. 781. 1346827, Q1, IF=7.963.


Загрязнение среды может десинхронизировать фенологию птиц и их жертв

Показано, что загрязнение среды может десинхронизировать фенологию птиц и их жертв. Исследованы сезонная динамика биомассы листогрызущих насекомых, сроки гнездования и успех размножения мухоловки-пеструшки в зоне воздействия выбросов Среднеуральского медеплавильного завода. Вблизи завода гнездование птиц запаздывает и менее продуктивно по сравнению с незагрязненными территориями. В год с ранней весной и быстрым развитием насекомых сроки гнездования мухоловки отставали от периода максимальной доступности жертв, особенно вблизи завода. Такая десинхронизация привела к увеличению смертности птенцов и ухудшению воспроизводства. Этот ранее не учитываемый косвенный эффект загрязнения среды важен для прогнозирования судьбы популяций на импактных территориях (ИЭРиЖ УрО РАН, д.б.н. Бельский Е.А., к.б.н. Бельская Е.А.)

Belskii E., Belskaya E. Trophic match/mismatch and reproduction of the pied flycatcher Ficedulahypoleuca in a metal-polluted area // Environmental Pollution. 2021. V. 276. P. 116754.DOI: 10.1016/j.envpol.2021.116754 Q1, IF=8.071

,

Сотрудники Института открыли новые для науки формы гумуса

Описаны ранее неизвестные формы гумуса – морфологические типы строения верхней части почвенного профиля. Нетипичные формы широко представлены в техногенно загрязненных лесах. Они формируются из-за неодинаковой скорости реагирования разных слоев органогенных горизонтов на изменение внешних условий, в результате чего в одном профиле могут быть запечатлены следы нескольких стадий эволюции почв. Нетипичные формы отражают развертывание двух противоположных процессов: деградации (из-за подавления сапрофагов макрофауны) и реградации (в ходе реколонизации лесной подстилки сапрофагами после прекращения поступления поллютантов). Выполнена детальная инвентаризация форм гумуса на загрязненных территориях, предложена их номенклатура, разработана типология и схема эволюции. Предложено включить нетипичные формы гумуса в Европейскую морфофункциональную классификацию. Поскольку нетипичные формы – это неравновесные состояния системы, на основе анализа их спектра можно оценивать направленность и завершенность процессов деградации и реградации почв на загрязненных территориях, что важно при управлении почвенными ресурсами 


Где почвенные грибы могут прятаться от загрязнения?

С использованием высокопроизводительного секвенирования грибной ДНК впервые исследована роль крупных древесных остатков в поддержании разнообразия почвенных грибов в условиях хронического промышленного загрязнения тяжелыми металлами. Показано, что вблизи разлагающихся стволов пихты сибирской и ели сибирской в лесной подстилке формируются специфические и более разнообразные сообщества грибов по сравнению с окружающими участками. В отличие от лесной подстилки, разнообразие почвенных грибов в разлагающейся древесине не снижается под влиянием загрязнения. Хотя вклад крупных древесных остатков в общее разнообразие почвенных грибов в загрязненных лесах незначителен, высока их роль в выживании отдельных чувствительных к загрязнению видов. Результаты важны для разработки стратегий рекультивации загрязненных территорий (ИЭРиЖ УрО РАН, к.б.н. Микрюков В.С., к.б.н. Дуля О.В., к.с.-х.н. Бергман И.В., Логинова А.Д.)

Mikryukov V.S., Dulya O.V., Bergman I.E., Lihodeevskiy G.A., Loginova A.D., Tedersoo L. Sheltering role of well-decayed conifer logs for forest floor fungi in long-term polluted boreal forests // Frontiers in Microbiology. 2021. V. 12. P. 729244, DOI: 10.3389/fmicb.2021.729244, Q1, IF=5.64


Механизм доминирования инвазивного клена – успех в конкуренции за свет

Впервые в двух пространственных масштабах установлено, что чужеродный клен ясенелистный сильнее детерминирует разнообразие растительных сообществ, чем местные деревья. С ростом сомкнутости крон клена ясенелистного снижается разнообразие трав. При одинаковой сомкнутости крон число видов трав под кленом на 20–40% ниже, чем под местными видами деревьев. Также клен ясенелистный перехватывает более высокую долю светового потока, чем местные виды деревьев. Надежно установлено, что изменение световых условий – реальный механизм средообразующего влияния клена ясенелистного. Вместе с тем, результаты однозначно свидетельствуют о существовании иных механизмов его инвазивности. Результаты необходимы для разработки методов регулирования распространения и численности инвазивных видов растений.

Veselkin D.V., Dubrovin D.I., Pustovalova L.A. High canopy cover of invasive Acer negundo L. affects ground vegetation taxonomic richness // Scientific Reports. 2021. №1 (11) DOI: 10.1038/s41598-021-00258-x Q1, IF=4.379

Веселкин Д.В., Дубровин Д.И., Рафикова О.С., Липихина Ю.А., Золотарева Н.В., Подгаевская Е.Н., Пустовалова Л.А., Яковлева А.В. Затенение и перехват света в заросляхинвазионныхвидовAcer negundo и Sorbariasorbifolia // Российский Журнал Биологических Инвазий. 2021. №4. с. 30–42 DOI: 10.35885/1996-1499-2021-14-4-30-42, Scopus


Выживаемость личинок налима в нерестовых притоках и пойме Оби

На основе многолетних данных оценена выживаемость личинок налима в нерестовых притоках и пойме Оби. Впервые установлено, что смертность ранних личинок налима от вылупления до полного перехода на экзогенное питание составляет 99 %, а абсолютная численность молоди на местах нагула в пойме Оби зависит от общего количества личинок, скатившихся с нерестилищ. Выявлена зависимость выживания личинок налима от ряда факторов среды (период от затопления поймы до начала нагула; средняя температура воды до начала нагула и количество суток до прогрева воды выше 5 °С). Оценка и прогноз успешности выживания личинок важны для понимания процессов устойчивости изучаемых популяций рыб, разработки мер по их охране и воспроизводству.

Копориков А.Р., Богданов В.Д. Выживание ранних личинок налима (LotalotaL., 1758) в пойме Оби // Экология. 2021. № 6. С. 420–429. DOI: 10.31857/S0367059721060068, Q4, IF=0.684

,

Как влияет изменение климата на миграционные пути и места гнездовий соколов-сапсанов

Изучены пути миграции 56 сапсанов (Falcoperegrinus) из 6 популяций, гнездящихся в Евразийской Арктике. Полученные данные сопоставлены с результатами секвенирования 35 геномов из 4 из этих популяций. Установлено, что сапсаны использовали пять миграционных маршрутов через Евразию, которые, вероятно, сформировались в результате долготных и широтных сдвигов в местах их размножения во время перехода от последнего ледникового максимума к эпохе голоцена. Обнаружено, что ген ADCY8 связан с популяционными различиями в расстоянии миграции. Изучение механизма регуляции этого гена показало, что наиболее вероятным селективным агентом для дивергенции ADCY8 между популяциями сапсана является долговременная память. Согласно прогнозам, глобальное потепление повлияет на миграционные стратегии и сократит ареалы размножения сапсанов в Евразийской Арктике. Результаты расширяют представления о формировании, поддержании и будущем миграционных маршрутов арктических птиц (ИЭРиЖ УрО РАН, к.б.н. Соколов В.А., к.б.н. Соколов А.А., к.б.н. Покровский И.Г.)

Z. Gu, S. Pan, Z. Lin, L. Hu, X. Dai, J. Chang, Y. Xue, H. Su, J. Long, M. Sun, S. Ganusevich, V. Sokolov, A. Sokolov, I. Pokrovsky, F. Ji, M. W. Bruford, A. Dixon and X. Zhan / Climate-driven flyway changes and memory-based long-distance migration. Nature, 2021.Vol. 591, No. 7849, p. 259-264. DOI: 10.1038/s41586-021-03265-0, Q1,IF=49.962


Проведен филогенетический анализ рододендрона золотистого (Rhododendron aureum)

Проведен филогенетический анализ рододендрона золотистого (Rhododendron aureum) – альпийского кустарника, распространенного от Алтая до Чукотки. Выявлено три основные генетические группы: Сибирская, Северо-Восточная и Северотихоокеанская. В Северотихоокеанскую группу вошли популяции Камчатки, юга Дальнего Востока России и территорий, близких к центральной Японии. Эта группа наиболее разнообразна и является предковой к группам Сибири и Северо-Востока. Демографический анализ показал, что расхождение между этими группами предшествовало последнему ледниковому максимуму около 113–165 тыс. лет назад. Моделирование экологической ниши вида предсказывает расширение его ареала в период похолодания. Структура генетического разнообразия R. Aureum свидетельствует о выживании этого вида в высоких широтах в течение плейстоцена с ограниченным вкладом южных популяций в распространение вида в Северо-Восточный регион и Сибирь. Результаты согласуются с ранее полученными данными по филогеографии других древесных видов северо-восточной Азии (ИЭРиЖ УрО РАН, к.б.н. Полежаева М.А., к.б.н. Модоров М.В., к.б.н. Ранюк М.Н., д.б.н. Семериков В.Л.).

Polezhaeva M.A., Tikhonova N.A., Marchuk E.A., Modorov M.V., Ranyuk M.A., Polezhaev A.N., Badmayeva N.K. &Semerikov V.L. / Genetic structure of a widespread alpine shrub Rhododendron aureum (Ericaceae) across East Asia // Journal of Plant Research. 2021. 134.P. 91–104. DOI: 10.1007/s10265-020-01241-9,Q2, IF=2.629


X