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


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


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)

,

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


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

,

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

,

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


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


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


Благородный олень

На основе изучения материалов массовых палеонтологических сборов, моделирования экологических ниш и анализа данных палеоклиматологии выявлены различия в изменении ареала европейского благородного оленя на территории Европы и Западной Азии за последние 54 тыс. лет. Впервые показано, что в максимум последнего оледенения (26-19 тыс. лет) этот вид сохранялся не только в южноевропейских рефугиумах, как считалось ранее, но и в более северных районах Западной и Восточной Европы и на Урале. Основным фактором, ограничивающим его распространения, была средняя температура января.

Magdalena Niedziałkowska, Karolina Doan, Marcin Górny, Maciej Sykut, Krzysztof Stefaniak, Natalia Piotrowska, Bogumiła Jędrzejewska, Bogdan Ridush, Sławomira Pawełczyk, Paweł Mackiewicz, Ulrich Schmölcke, Pavel Kosintsev et al. Winter temperature and forest cover have shaped red deer distribution in Europe and the Ural Mountains since the Late Pleistocene // Journal of Biogeography. 2020. DOI: 10.1111/jbi.13989


Желтогорлая мышь

Описана история формирования ареала желтогорлой мыши (Apodemus flavicollis Melch., 1834) на Урале на основании морфологической изменчивости одонтологических характеристик, а также с учетом данных по генетической изменчивости данного вида. Выбор данного стенотопного вида, являющегося маркером широколиственной флоры и важным элементом палеореконструкций, позволил получить новые данные по динамике экосистем на Урале. Сравнительный анализ изменчивости желтогорлой мыши оценивали по размерным и морфотипическим характеристикам щечных зубов, это позволило сопоставить современные популяции позднечетвертичные остатки из отложений Уральского региона, а также привлечь для обобщения имеющиеся данные по европейской части ареала данного вида. Данный подход позволил оценить степень морфологического сходства позднечетвертичных и современных представителей желтогорлой мыши из локалитетов восточного края и центральной части ареала в контексте филогеографии данного вида.

Zykov S., Izvarin E. Variations in dental morphologies of yellow-necked mouse (Apodemus flavicollis Melchior, 1834) from Nizhneirginsky Grotto sediments (Middle Urals) in a phylogeographical context// Quaternary International. 2020. V. 546. P. 152-159.

,

Глобальная оценка изменчивости во времени связи радиального прироста деревьев с факторами климата

Современная модель, описывающая взаимосвязи климата и радиального прироста деревьев, преимущественно предполагает линейность связи между климатическими факторами и параметрами годичных колец. Этот подход используется в реконструкции климата на основе древесно-кольцевых хронологий. Однако в последнее время многие исследователи выполняют дендроклиматические реконструкции, не проверяя стационарность (стабильность) климатического сигнала в древесно-кольцевых хронологиях во времени. Это может привести к некорректной интерпретации данных и принятию неверных решений, в том числе и политических. Анализ 1965 публикаций по исследованию связей радиального прироста деревьев с климатом показал, что около 2/3 статей (n=1269) не содержат тестов на исследование стационарности этих связей. При этом нестационарность сигнала была выявлена как у различных параметров годичных колец (ширина, плотность, изотопный состав), так и в разных климатических зонах, у разных видов деревьев и на разных временных интервалах. Более того, в публикациях, где стабильность связи прироста с климатом не проверялась, имеют гораздо более высокую цитируемость, что, однако, может приводить к определенным заблуждениям в понимании процессов изменения климата. Выявляемая нестационарность в исследованиях годичных колец отражает сложные взаимосвязи между внешней средой и ростом деревьев.

Руководители: Профессор Вильмкинг М., доктор Труйе М.

Исполнители: ван дер Маатен-Теуниссен М., ван дер Маатен Э., Шарнвебер Т., Бурас А., Бирманн К., Гурская М., Халлингер М., Ланге Е., Шетти Р., Смилянич М.

Результаты опубликованы: Wilmking, M., van der Maaten‐Theunissen, M., van der Maaten, E., Scharnweber, T., Buras, A., Biermann, C., Gurskaya M., Hallinger M., Lange J., Shetti R., Smiljanic M., Trouillie M. Global assessment of relationships between climate and tree growth // Global Change Biology, 2020. № 26, Т.6. P. 3212-3220. DOI: 10.1111/gcb.15057


Сосна пицундская

Анализ климатического отклика ширины годичных колец сосны пицундской из пяти местообитаний на южном берегу Крыма и Черноморском побережье Кавказа показал, что радиальный рост этого представителя Красной книги России зависит главным образом от количества осадков, выпадающих не только летом, но и в предыдущую зиму. Выявлено также, что климатический отклик радиального прироста сосны пицундской меняется. В последние десятилетия условия в Крыму становятся более засушливыми. Соответственно, растет чувствительность прироста сосны к изменениям содержания воды в почве. А на Черноморском побережье Кавказа наоборот, индекс влагообеспеченности растет – и связь ширины годичных колец с климатическими параметрами ослабевает. Таким образом, крымские популяции сосны пицундской, в отличие от прикавказских, подвержены высокому риску из-за усиления аридизации климата.

Руководитель: с.н.с. Кукарских В.В.

Исполнитель: с.н.с. Дэви Н.М., инж. Горланова Л.А., инж. Сурков А.Ю., инж. Бубнов М.О., в.н.с. Хантемиров Р.М.

Результаты опубликованы в статье Climatic responses of Pinus brutia along the Black Sea coast of Crimea and the Caucasus в журнале ScienceDirect


Боярышница

Изучение взаимодействия насекомых-фитофагов и их кормовых растений актуально и необходимо как в теоретической экологии популяций и сообществ, так и в прикладных дисциплинах (сельскохозяйственной и лесной энтомологии, защиты и карантина растений). Как правило, хозяйственно значимые виды насекомых-фитофагов привлекают внимание исследователей во время вспышек массового размножения. Изучение популяций насекомых на низком уровне плотности необходимо для выяснения механизмов возникновения вспышек и их дальнейшего прогнозирования. Данная работа является результатом многолетних наблюдений взаимоотношений насекомого-фитофага (боярышницы Aporiacrataegi L.) с кормовыми растениями и анализом фенотипической пластичности имаго в период низкой плотности популяции, обитающей в Свердловской области. С момента вспышки массового размножения, закончившейся в 2013 г., спектр кормовых растений гусениц боярышницы сужался от нескольких видов до одного наиболее предпочитаемого (черемуха), т.е. осуществлялся постепенный переход фитофага от олигофагии к монофагии. При сравнении уровня смертности гусениц, развивавшихся на разных кормовых растениях, минимальным он оказался при питании черемухой. Имаго боярышницы, развивающиеся на черемухе, не только крупнее, но и растут быстрее, чем, на рябине, что является одной из причин наблюдаемой хронографической изменчивости размеров в ходе лёта генерации и свидетельствует об адаптивном характере постепенного перехода к монофагии в период низкой плотности.

Захарова Е.Ю., Шкурихин А.О., Солонкин И.А., Ослина Т.С. Влияние кормовых растений на жизнеспособность боярышницы Aporia crataegi L. при низкой плотности природной популяции // Экология. 2020. № 6. С. 450-456.DOI: 10.31857/S0367059720060104

,

X