Итоги деятельности

Представлены результаты фундаментальных работ института за последние годы.

Среди наиболее значимых достижений можно отметить следующие:

Установлены экологические особенности растений и животных в горных и субарктических районах, показаны зональные и высотные адаптации к специфическим условиям обитания

Обобщены результаты более чем 40-летних комплексных (ботанических, зоологических, почвенных, гидробиологических) исследований экосистем Полярного Урала и Ямала, описана их динамика и разработан прогноз изменений при крупномасштабном освоении нефтегазовых месторождений

На глобальном уровне обобщены характеристики экосистемы тундрового биома; выполнен цикл радиоэкологических и популяционных исследований последствий радиоактивного заражения на территориях Восточно-Уральского радиоактивного следа и Тоцкого ядерного полигона

Описаны закономерности трансформации и выявлены механизмы устойчивости популяций и сообществ в условиях аэротехногенного загрязнения среды тяжелыми металлами; разработана методология экологического нормирования, определены величины критических токсических нагрузок и разработаны экологические нормативы для темнохвойных лесов Среднего Урала

Разработаны теоретические и методические основы организации дендроклиматического мониторинга в бореальных лесах России, с помощью методов дендрохронологии проведена реконструкция климатически и антропогенно обусловленных изменений лесотундровой растительности в различных секторах Урало-Сибирской Субарктики за последние 500-600 лет (в Заподносибирском секторе - за последние 4500 лет)

Исследована популяционная структура и динамика эндемичных и редких видов растений Северного и Среднего Урала, севера Западной Сибири, разработаны методические основы их кадастра и охраны

Выявлены закономерности исторических преобразований состава фаун и структуры животного населения в позднем кайнозе во всех природных зонах Урала, а также направленность, скорости, масштабы и степень обратимости морфологической эволюции отдельных таксонов

Дана развернутая характеристика естественного воспроизводства популяций полупроходных сиговых рыб (на примере бассейна Нижней Оби), разработана система оценок экологической емкости нерестилищ

На основе многолетних экспедиционных и стационарных исследований животных и растений Урала и прилегающих районов Субарктики подготовлены и изданы "Красная книга Среднего Урала" (Свердловская и Пермская области), "Природа Ямала", "Экология Ханты-Мансийского автономного округа", "Красная книга Ямало-Ненского автономного округа".

Основные достижения института за последние годы


Выполнен цикл исследований лесных древостоев в головной части Восточно-Уральского радиоактивного следа (ВУРС). Была сделана оценка содержания 90Sr у доминирующей древесной породы –березы повислой (Betulapendula).Показано, что содержание радионуклида уменьшается в ряду: кора > листья ≥ мелкие ветви > крупные ветви > ствол. В градиенте плотности загрязнения почв концентрации 90Sr в надземных органах березы увеличиваются, а коэффициенты переноса снижаются не линейно, а в соответствии со степенной функцией. Созданы математические модели, которые позволяют провести инвентаризацию 90Sr в биомассе деревьев в зоне ВУРСа, используя данные о запасах древесины в лесах, о плотности загрязнения почв и коэффициентов переноса радионуклида. Модели повышают точность расчетов, уменьшают количество проб и сокращают время исследования загрязненных лесных экосистем.

Позолотина В.Н., Лебедев В.А., Антонова Е.В., Григорьев А.А., Шалаумова Ю.В., Тарасов О.В. Современное состояние древостоев в зоне Восточно-Уральского радиоактивного следа, ближней к эпицентру Кыштымской аварии // Экология. 2022. № 1. С. 42–54. DOI.org/10.31857/S0367059722010097 (WoS Q4, IF =0.741, Scopus Q3)


В холодных арктических и высокогорных экосистемах изменение климата проявляется не только в быстром повышении температуры, но и в увеличении зимних осадков. В Уральских горах за последнее столетие зимы стали теплее и многоснежнее. Была проведена оценка смещения зарослей кустарниковой растительности на основе анализа возрастной структуры (на примере можжевельника сибирского Juniperus sibirica) вдоль высотного градиента на 7 вершинах Южного и Северного Урала. Наиболее массово интенсивная экспансия можжевельника в горные тундры и луга происходила во второй половине ХХ века на малоснежных участках склонов (перевалах гор). Выявлены положительные корреляции между продвижением кустарника и холодными осадками или температурой на Северном и Южном Урале, соответственно. На Южном Урале помимо кустарниковой растительности происходит активная экспансия и древесной растительности.

Grigoriev A.A., Shalaumova Y.V., Balakin D.S., Erokhina O.V., Abdulmanova S.Y., Moiseev P.A., Camarero, J.J. Alpine Shrubification: Juniper Encroachment into Tundra in the Ural Mountains. Forests. 2022. V.13. 2106. DOI.org/10.3390/f13122106. (WoS Q1, IF =3.282, Scopus Q1)


На основе выявленных связей между надземной фитомассой и диаметрами стволов модельных деревьев, данных о ширине годичных колец и измерений морфометрических параметров деревьев на двадцати высотных профилях в переходной зоне лес–горная тундра шириной 340–500 м на склонах гор Кольского п-ова, Полярного Урала и плато Путорана, было выявлено, что экспансия древостоев в горные тундры и повышение их сомкнутости в последние 110 лет привели к увеличение надземной фитомассы в 9–33 раза (с 18–79 до 639–828 тон на один километр границы леса). Установлено, что эти изменения в течение последнего столетия обусловлены повышением температуры в начале лета и увеличением выпадения осадков в начале зимы в этих регионах. 

Moiseev P.A., Hagedorn F., Balakin D.S., Bubnov M.O., Devi N.M., Kukarskih V.V., Mazepa V.S., Viyukhin S.O., Viyukhina A.A., Grigoriev A.A. Stand biomass at treeline ecotone in Russian subarctic mountains is primarily related to species composition but its dynamics driven by improvement of climatic conditions. Forests. 2022.V.13. 254. DOI.org/10.3390/f13020254 (WoSQ1, IF =3.282, ScopusQ1)


Была выполнена оценка возможных экологических рисков воздействия на водные экосистемы при освоении промышленных запасов газа на Ямале. Начиная с 2014г. в юго-восточной части полуострова на этапах разведки, обустройства и эксплуатации месторождений углеводородов проведены комплексные гидрологические, гидрохимические и гидробиологические работы. Показано, что наибольшее влияние на гидробионтов оказывает повышенная концентрация взвешенных веществ в воде, главным образом на зообентос. Наблюдалось обеднение его видового состава, снижение численности и биомассы, что связано с сокращением доли крупных гидробионтов или их исчезновением (моллюски, поденки). Из ихтиофауны наиболее чувствительны к взвешенным веществам сиговые рыбы, из карповых – озерный гольян; толерантны –девятииглая колюшка, сибирский голец-усач. Повышенные концентрации взвешенных веществ в осенний период стали причиной прекращения подъемной миграции сиговых рыб из Обской губы в глубокие верховые озера. Наиболее сильные воздействия на водные экосистемы происходят при обустройстве месторождений, и затем снижаются при эксплуатации. 

Копориков А.Р., Степанов Л.Н., Ярушина М.И., Богданов В.Д. Влияние обустройства месторождений углеводородов на водные экосистемы полуострова Ямал // Экология. 2022. № 4. С. 241–254. DOI.org/10.31857/S0367059722040047 [Koporikov A.R., Stepanov L.N., Yarushina M.I., Bogdanov V.D. Impact of the development of hydrocarbon deposits on water ecosystems of the Yamal peninsula // Russian Journal of Ecology. 2022. Vol. 53. №. 4. P. 239–252. DOI.org/10.1134/S106741362204004X] (WoS Q4, IF =0.741, Scopus Q3)


Исследована оценка динамики мощности дозовых нагрузок на ихтиофауну водоема-охладителя Белоярской АЭС за 45-летний период эксплуатации (с 1977 г.). За это время на АЭС эксплуатировались реакторы разных типов: на первом этапе работали два блока с тепловыми реакторами АМБ-100 и АМБ-200;с 1989 г. по 2016 г. – один энергоблок БН-600;в настоящее время – два энергоблока с быстрыми нейтронными реакторами БН-600 и БН-800. Изменение мощности дозовых нагрузок по временным отрезкам совпадает с работой энергоблоков разных типов. Более высокие дозовые нагрузки отмечались во время работы первых двух энергоблоков. При этом следует отметить, что даже в этот период они не превышали безопасный предел 10 мкГр/ч. Минимальный уровень дозовых нагрузок на рыбу совпал с работой энергоблоков БН-600 и БН-800. Улучшение радиоэкологической ситуации в водоеме-охладителе Белоярской АЭС связано с тем, что при переходе на эксплуатацию энергоблоков на быстрых нейтронах содержание гамма-излучающих радионуклидов (60Со и 137Сs) в воде снизилось в сотни раз. При этом дозовые нагрузки на ихтиофауну уменьшились в 2–11 раз. Сохранение нагрузок в большей степени определяется остатками внутреннего облучения. 

Городецкий В.Г., Трапезников А.В., Трапезникова В.Н., Коржавин А.В. Динамика дозовых нагрузок на ихтиофауну водоема-охладителя Белоярской АЭС // Атомная энергия, 2022, т. 132, вып. 5 с. 297–302 (WoS Q4, IF =0.330, Scopus Q3)


Для консолидации и актуализации данных по птицам полуострова Ямал и Приобской лесотундры были переработаны и обобщены все известные опубликованные и неопубликованные сведения по этой наиболее многочисленной в видовом отношении группе позвоночных животных. Выполнено обобщение многолетних исследований о распространении, численности, миграциях, поведении, гнездовой биологии, экологии, линьке всех видов птиц на территории, охватывающей разные подзоны тундр полуострова Ямал и лесотундру, прилегающую к Нижней Оби. Обобщение охватывает период с 1970 г. по начало XXI века. В итоге подготовлена и издана двухтомная сводка «Птицы полуострова Ямал и Приобской лесотундры». В первый том включены вводные главы и видовые очерки всех отрядов Неворобьиных птиц, во второй том – видовые очерки отряда Воробьеобразных, заключительные главы, список использованной литературы, указатели русских и латинских названий птиц. Монография может быть основой для дальнейшего мониторинга состояния населения птиц и отдельных видов. 

Рябицев В.К., Рыжановский В.Н. Птицы полуострова Ямал и Приобской лесотундры / М.; Екатеринбург: Кабинетный ученый, 2022. Т. 1: Неворобьиные. 624 с. ISBN 978-5-7584-0685-4; Т. 2: Воробьинообразные. 392 с. ISBN 978-5-7584-0685-4


На примере двух близкородственных видов крупных соколов – кречета Falco rusticolus и балобана F. cherrug показан генетический механизм адаптации животных к условиям высокогорья в период климатических изменений. Используя методы геномики, эпигеномики и функциональной геномики, исследован процесс быстрой колонизации балобаном холодного Цинхай-Тибетского нагорья за счет генов, полученных при гибридизации с кречетом, обитающим в Арктической зоне. Механизм возникновения ключевых генов, обеспечивающих приспособление животных к низким температурам, раскрывает важную роль мутаций в регуляции экспрессии генов, связанных с гипоксией, липидным обменом и адаптацией к ультрафиолетовому излучению. Полученные сведения вносят существенный вклад в понимание того, как животные могут адаптироваться к экстремальным условиям обитания. 

L. Hu, J. Long, Y. Lin, Zh. Gu, H. Su, X. Dong, Zh. Lin, Q. Xiao, N. Batbayar, B. Bold, L. Deutschová, S. Ganusevich, V. Sokolov, A. Sokolov, H.R. Patel, P.D. Waters, J.A.M. Graves, A. Dixon, Sh.Pan, X. Zhan. Arctic introgression and chromatin regulation facilitated rapid Qinghai-Tibet Plateau colonization by an avian predator // Nature Communications. 2022. V.13. 6413. DOI.org/10.1038/s41467-022-34138-3 (WoS Q1, IF =17.694, Scopus Q1).


Проведен обзор исторического изменения ареала кабана и области его современного распространения в Северной Евразии, а также оценка влияния биотических, абиотических и антропогенных факторов на изменение границ ареала. Обобщена информация из экспертных оценок специалистов из исследуемых регионов, научных публикаций, официальных документов и наблюдений волонтеров. Показано, что кабан продвинулся дальше на север в европейской, чем в азиатской части ареала. Описаны географические границы распространения вида в восьми крупных биогеографических регионах. Климат и наличие подходящих местообитаний определяются как факторы, наиболее влияющие на расширение ареала вида, однако давление охоты и подкормка также способны существенно ограничивать или расширять его границы. Анализ методов учета и регулирования численности дикого кабана в Евразии показал отсутствие единой системы оценки изменений в ареале этого вида. Сотрудничество между управленцами, политиками и исследователями необходимо для мониторинга распространения дикого кабана и расширения его ареала по всей Северной Евразии. Это особенно актуально сейчас, когда Европа и Азия столкнулись с проблемой распространения африканской чумы свиней и растущим конфликтом между человеком и расширяющимся ареалом дикого кабана. 

Markov N., Economov A., Hjeljord O., Rolandsen C.M., Bergqvist G., Danilov P., Dolinin V., Kambalin V., Kondratov A., Krasnoshapka N., Kunnasranta M., Mamontov V., Panchenko D. and Senchik A. The wild boar Susscrofa in northern Eurasia: a review of range expansion history, current distribution, factors affecting the northern distributional limit, and management strategies // Mammal Review. 2022. V.52. P. 519–537. DOI.org/10.1111/mam.12301 (WoS Q1, IF =5.373, Scopus Q1)


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


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.

,

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

,

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

,

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


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


X