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


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

,

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


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

,

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


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


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


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.

,

Половой диморфизм зуба у полевок

Впервые методами геометрической морфометрии на примере географически удаленных горных популяций красно-серой полевки (Craseomys rufocanus) установлено возрастание степени полового диморфизма в строении третьего верхнего щёчного зуба (M3) от Южного до Полярного Урала. Усиление полового диморфизма M3 к северу и в нетипичных низкогорных биотопах соответствует проявлению "принципа компенсации" Ю.И. Чернова на внутри- и межпопуляционном уровнях, способствуя снижению трофической конкуренции самцов и самок за счет усиления морфофункциональной специализации их зубов. Переключение морфогенеза щёчных зубов красно-серой полевки и их морфофункциональная специализация у самцов и самок позволяют виду сохранить популяционную устойчивость в климатически неблагоприятные годы, а также в форпостных поселениях нетипичных ландшафтов низкогорий Среднего Урала и в более суровых условиях гор Полярного Урала с ограниченными трофическими ресурсами. Выявленный феномен морфогенетической пластичности зубов полевок и потенциальной возможности их адаптивной морфологической специализации необходимо учитывать в палеоэкологических реконструкциях и эволюционной синэкологии как эффект "принципа компенсации" Ю.И. Чернова на внутри- и межпопуляционном уровнях.

Васильев А.Г., Большаков В.Н., Васильева И.А. Внутри- и межпопуляционная одонтологическая изменчивость красно-серой полевки (Craseomys rufocanus) и принцип компенсации Ю. И. Чернова // Экология. 2020. № 1. С. 5–15. DOI: 10.31857/S0367059720010138


Изменчивость грызунов в Оренбургской области

Установлены существенные изменения морфофункциональных признаков в синтопных ценопопуляциях двух симпатрических модельных видов грызунов – рыжей полевки (Clethrionomys glareolus) и малой лесной мыши (Sylvaemus uralensis) в Оренбургской области, произошедшие за 30 лет (1986 – 2016 гг.) на фоне значимых изменений климата (среднегодовой температуры). Выявлены направленные хронографические изменения морфогенеза нижней челюсти и ее морфофункциональные перестройки, связанные с изменением трофических предпочтений как у полевок, так и у мышей. Несмотря на смену климатического режима и связанного с этим изменения растительности, а также таксономическую удаленность видов, у них выявлен параллелизм хронографической изменчивости, отражающий высокий положительный коэволюционный потенциал – сходную морфогенетическую реакцию на изменение условий среды в разные годы. Полученные данные прямо свидетельствуют о реальности быстрых направленных перестроек морфогенеза в ценопопуляциях симпатрических видов грызунов при изменении климата за исторический период времени.

Васильев А.Г., Васильева И.А., Городилова Ю.В.,, Чибиряк М.В. Сопряженная хронографическая изменчивость морфофункциональных признаков в ценопопуляциях двух симпатрических видов грызунов // Экология. 2020. № 4. С. 284–297. DOI: 10.31857/S0367059720040125

,

Элиминация генома у лягушек

Впервые в России исследована элиминация генома у диплоидных гибридов озерной и прудовой лягушек. Прямыми молекулярными методами (ПЦР, определение нуклеотидной последовательности) показано, что элиминация ядерного генома сопровождается элиминацией соответствующего митохондриального генома. Установлено, что гибридогенез может быть направлен как на элиминацию L-генома, так и R-геномапри преимущественнй элиминация ядерного генома lessonae. Обнаружены (3) гибридные особи без элиминации генома. Отмечен уникальный гибридный самец, продуцирующий R или Lсперматозоиды. Данная особь обладает митохондриальным геномом lessonae (L), в отличие от остальных, несущих митохондриальный геном ridibundus (R). Этот эксклюзивный вариант можно рассматривать как пример смены системы элиминации L-генома на систему элиминации R или L-генома. Вероятно, этот феномен, связан с влиянием митохондриального генома (lessonae (L)) на сдвиг в магистральной схеме элиминации ядерного генома.

Ikuo Miura, Ivan Sitnikov, Vladimir Vershinin and Andrei Lebedinskii Hybridogenesis in the water frog Pelophylax esculentus 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 Pelophylax esculentus from Ural region, Russia. // Bulletin of the herpetological society of Japan. 2020. №1. P. 109. ISSN 1345-5826 (in Japanese)

Miura I., Vershinin V., Vershinina S., Lebedinsky A., Sitnikov I. and Trofimov A. Genome elimination mechanisms and population structures in the water frog Pelophylax esculentus from Ural region, Russia // Genes. (in litt.)

, , , ,

Чернотелки

Дан таксономический обзор 32 видов и подвидов рода Blaps Fabricius, 1775 из Центрального и Южного Казахстана. Описаны два новых вида: Blaps skopini sp. п. и Blaps fouquei sp. п. Первый вид наиболее похож на Blaps granulata Gebler, 1825, B. granulipennis Skopin, 1966 и B. tsharynensis Skopin, 1961, но отличается от этих последних упомянутых видов более длинным каудальным расширением надкрылий, формой и пунктировкой переднеспинки, строение мужских парамер и женских половых протоков. Blaps fouquei sp. п. наиболее сходен с B. seriata Fischer von Waldheim, 1820 и отличается более длинными усиками, уплощенными вдоль шва надкрыльями, строением мужских парамер и женских половых протоков. Blaps turcomanorum Seidlitz, 1893 отмечен для Казахстана впервые. Создан определитель всех видов, известных в рассматриваемом регионе.

Chigray I.A., Ivanov A.V., 2020. A review of the genus Blaps (Coleoptera: Tenebrionidae) of Central and South Kazakhstan witn description of two new species // Acta Zoologica Academiae Scientiarum Hungaricae 66(2), pp. 111–162 DOI: 10.17109/AZH.66.2.111.2020


X