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


Палеофаунистическая реконструкция эмского межледниковья на Урале (по материалам отложений из Махневской Ледяной пещеры)

Междисциплинарные исследования позволили сопоставить палинологические и фаунистические данные отложений Махневской Ледяной пещеры на границе Среднего и Северного Урала. Палинологический анализ пыльцы древесных пород указывает на принадлежность отложений межледниковому периоду. Фаунистический анализ показал преобладание видов лесных грызунов, обилие насекомоядных млекопитающих, земноводных и рептилий. Остатки криоксерофильных (Dicrostonyx sp., Lasiopodomys gregalis) и степных (Ochotona sp.) видов немногочисленны. Состав палинокомплексов и фауны млекопитающих позволяют надежно датировать отложения пещеры Эмским межледниковьем (Микулино, Казанцево, MIS 5e). В настоящее время исследуемый район является самой северной точкой в мире, относящейся к этому периоду, с многочисленными останками позвоночных и богатыми спорово-пыльцевыми комплексами. Работа важна для понимания динамики биоразнообразия фауны Урала в историческом аспекте.

Fadeeva T., Kosintsev P., Lapteva E., Kisagulov A., Kadebskaya O. Makhnevskaya Ledyanaya Cave (Middle Urals , Russia): Biostratigraphical reconstruction // Quat. Int. 2020.Т. 546. № June 2019. С. 135–151. doi.org/10.1016/j.quaint.2019.11.006


История сосны обыкновенной Pinus sylvestris в восточном Причерноморье

История взаимодействия бореальных флор Северной Евразии с флорой горных районов средних широт остается недостаточно изученной.Двадцать четыре популяциисосны обыкновенной Pinus sylvestrisв Крыму, на Кавказе и в Малой Азии были проанализированы с использованием маркеров митохондриальной и хлоропластной ДНК для исследования истории сосны обыкновенной в регионе Черного моря и определения путей миграции и генетических связей с популяциями северной части ареала. И мтДНК, и хпДНК выявили единое происхождение популяций в Восточном Причерноморье и их глубокие отличия отпопуляций основного ареала сосны, свидетельствующие о длительной изоляции, подобной изоляциии анклавов сосны обыкновенной на Пиренейском и Апеннинском полуостровах.Время разделения популяций сосны восточного Причерноморья и основного ареала было оценено с помощью метода аппроксимирующих байесовских вычислений примерно 1 млн лет. Гаплотипы митохондриальной ДНК (митотипы) сосны обыкновенной, распространенные на Западном Кавказе, являются генетически промежуточными между митотипами из Восточной Европы и другими митотипами из региона восточного Причерноморья, что указывает на их рекомбинантное происхождение. Мы предполагаем, что они образовались благодаря миграции на Кавказ с севера и гибридизации с деревьями, несущими местные митотипы. Реконструкция ареала сосны обыкновенной, проведенная для времени последнего ледникового максимума, имевшего место около 20000 лет назад, с помощью метода моделирования экологических ниш, показала возможность таких миграционных событий в тот период.

Semerikov, N. V., Petrova, I. V., Sannikov, S. N., Semerikova, S. A., Tashev, A. N., Lascoux, M., & Semerikov, V. L. (2020). Cytoplasmic DNA variation does not support a recent contribution ofPinus sylvestrisL. from the Caucasus to the main range. Tree Genetics & Genomes, 16(4). doi: 10.1007/s11295-020-01458-8

,

Подорожник

Подведены итоги сравнительного исследования экологических, биохимических и генетических характеристик семенного потомства подорожника большогоиз зон радиоактивного (Восточно-Уральский радиоактивный след – ВУРС) и химического (Карабашский медеплавильный завод – КМЗ) загрязнения. Механизмы действия ионизирующей радиации и химических токсикантов на биоту различны, однако жизнеспособность и адаптивный потенциал семенного потомства подорожника из разных зон не различались. Специфика адаптивных реакций растений проявилась на биохимическом уровне. Прооксидантный сдвиг у проростков подорожника, т.е. повышение содержания вторичных продуктов перекисного окисления липидов и активация систем антиоксидантной защиты, был выявлен только в радиоактивной зоне. В популяциях подорожника из обеих загрязненных зон генетическая изменчивость снижена по сравнению с фоновыми выборками. Причиной этого феномена в зоне ВУРСа стал низкий уровень миграции семян в связи с ограничением доступа человека на загрязненную территорию, а в зоне влияния КМЗ – трудность закрепления мигрантов на участках с сильным антропогенным загрязнением. Актуальность исследования определяется тем, что техногенный стресс на биосферу постоянно возрастает. Сравнительные исследования хронических внешних воздействий на биоту необходимы для решения фундаментальных проблем экологии, кроме того, полученные результаты являются научной основой для разработки норм экологической безопасности.

Karimullina E., Mikhailovskaya L.N., Pozolotina V., Аntonova E. Radionuclide uptake and dose assessment of 14 herbaceous species from the East-Ural Radioactive Trace area using the ERICA Tool // Environmental Science and Pollution Research. 2018. V. 25. №14. P. 13975–13987. http://dx.doi.org/10.1007/s11356-018-1544-y

Shimalina N. S., Antonova E. V., Pozolotina V. N. Genetic polymorphism оPlantago major populations from the radioactive and chemical polluted areas // Environmental pollution. 2020. V. 257. 113607https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.113607

Шималина Н.С., Орехова Н.А., Позолотина В.Н. Особенности про- и антиоксидантных систем Plantagomajor, длительное время произрастающего в зоне радиоактивного загрязнения // Экология. 2018. № 5. С. 333-341. [Shimalina N.S., Orekhova N.A., Pozolotina V.N. Features of Prooxidant and Antioxidant Systems of Greater Plantain Plantago major Growing for a Long Time under Conditions of Radioactive Contamination // Russian Journal of Ecology. 2018. V. 49. № 5. P. 375-383.] https://doi.org/10.1134/S1067413618050120

Шималина Н.С., Позолотина В.Н., Орехова Н.А., Антонова Е.В. Оценка биологических эффектов у семенного потомства PlantagomajorL. в зоне воздействия медеплавильного производства // Экология. 2017. №6. 420–430. [Shimalina N.S., Pozolotina V.N., Orekhova N.A., Antonova E.V. Assessment of Biological Effects in Plantago major L. Seed Progeny in the Zone of Impact from a Copper Smelter // Russian Journal of Ecology. 2017. V. 48. № 6. P. 513–523.] https://doi.org/10.1134/S1067413617060108

, , ,

Ольховские болота

Обобщены многолетние исследования Ольховской болотно-речной системы (ОБРС) используемой Белоярской АЭС в качестве естественного фильтра на пути жидких сбросов. Создана концептуальная модель радиоэкологического мониторинга зоны влияния жидких сбросов Белоярской АЭС. Показано, что за 35 летний период уровень загрязнения верхних слоев донных отложений Ольховского болота снизился за счет перераспределения радионуклидов с поверхностным стоком, миграции в глубину и естественного радиоактивного распада. После реконструкции сбросов в 2007 году вынос радионуклидов в открытую гидрографическую сеть снизился в 2–3 раза и составил для 90Sr – 48,2∙106 Бк∙год–1, а 137Cs – 94,8∙106 Бк∙год–1.Миграция радионуклидов на сопредельные с ОБРС территории ограничена прибрежной полосой затапливаемых почв. Радиоэкологическая ситуация, сложившаяся в ОБРС потенциально опасна. Развитие миграционных процессов (перемещение фронта загрязнения по вектору стока) может привести к увеличению выноса радионуклидов в открытую гидрографическую сеть и требует постоянного контроля.

Михайловская Л.Н. Коржавин А.В. Трапезникова В.Н., Трапезников А.В.Концептуальная модель и многолетние результаты радиоэкологического мониторинга зоны влияния жидких сбросов Белоярской атомной электростанции // Медико-биологические и социально-психологические проблемы безопасности в чрезвычайных ситуациях. 2020. №3. с. 68-75DOI 10.25016/2541-7487-2020-0-3-68-75

, ,

На основе анализа ядерной ДНК впервые проведена реконструкция эволюционной истории домашних лошадей на территории Северной Евразии. Представлены данные по 278 полным геномам древних животных – это самая крупная серия для живого организма после человека. Обнаружены две вымерших линии лошадей, которые существовали во времена раннего одомашнивания (около 5 тысяч лет назад), одна на дальнем западе (Иберия), другая – на дальнем востоке (Сибирь) Евразии. Показано, что Иберия не могла быть центром одомашнивания лошади, как считалось ранее. С помощью картирования генетических изменений в пространстве и времени удалось проследить пути обмена лошадей между разными культурами в прошлом. Наибольший вклад в генетическое разнообразие современных лошадей внесли персидские лошади в результате византийско-сасанидских войн и ранних исламских завоеваний. Отмечено, что в результате селекции генетическое разнообразие лошадей значительно сократилось. 

,

С целью повышения точности палеоэкологических реконструкций характеристик наземных сообществ обобщены данные по преобразованию информации при переходе мелких млекопитающих из объектов биоценозов в субфоссильное состояние через стадию жертв сов-миофагов. Предложены критерии выделения трех групп жертв: 1) основные жертвы – составляют большую долю рациона, как по количеству добытых особей, так и по их массе и доминируют в отложениях; 2) альтернативные жертвы достигают существенной доли в питании периодически; 3) сопутствующие жертвы – либо обитают в биотопах, редко облавливаемых птицей, и/либо выходят за пределы предпочитаемого диапазона по массе. Впервые проведена экспериментальная оценка степени изменений характеристик моляров узкочерепной полевки (Microtus gregalis) из погадок сов. На одних и тех же образцах показано, что после прохождения через пищеварительную систему совы размеры зубов уменьшаются уже на начальных стадиях переваривания, что может внести погрешность при реконструкции размеров животных. Разрушение поверхностных слоев эмали и дентина жевательной поверхности приводит к почти полной утрате данных о микростачиваниях зубов. 


На основе высокопроизводительного секвенирования ДНК почвенных грибов, обитающих в районах воздействия двух медеплавильных заводов, впервые обнаружен филогенетический сигнал в реакции наземных организмов на токсическую нагрузку – существование связи устойчивости к промышленному загрязнению со степенью родства между видами (в пределах класса Agaricomycetes). Впервые экспериментально подтверждена гипотеза, что вступающие в симбиоз с корнями древесных растений представители Agaricomycetes более устойчивы к загрязнению среды по сравнению с видами, которые питаются исключительно за счет разложения мертвого органического вещества. Результаты важны для понимания закономерностей функционирования почвенной биоты в экстремальных местообитаниях, а также для целей биотехнологии и рекультивации загрязненных почв. Наиболее перспективные подходы к рекультивации почв включают микоремедиацию – инокуляцию почвы устойчивыми к избытку тяжелых металлов видами грибов. Наличие филогенетического сигнала позволяет подбирать виды грибов, для которых доказана повышенная устойчивость к длительному промышленному загрязнению. Знание о чувствительных к загрязнению группах позволяет прогнозировать, какие виды могут представлять «слабые звенья» в процессах деструкции мертвого органического вещества в экстремальных условиях.

,

Проведен анализ конфликтных взаимоотношений бурого медведя и человека на большей части ареала хищника за период с 2000 по 2015 гг. Выделены общие черты и местные особенности в сценариях атак между географическими районами с различной историей сосуществования человека с бурым медведем, разными стратегиями ведения охотничьего хозяйства и охраны природы. Отмечен рост числа нападений медведя на человека, наиболее заметный в Европе. Частота нападений положительно коррелирует с плотностью населения медведя и отрицательно – с плотностью населения человека. Подробно рассмотрены обстоятельства и возможные причины нападений. Население людей в мире растет и рекреационная нагрузка на местообитания медведей увеличивается, поэтому знание триггеров реализации крайне агрессивного поведения медведя приобретает в современных условиях огромное значение/

,

На основе 19-летних наблюдений в субарктических тундрах Ямала обнаружены изменения трофических связей в экосистеме. За период исследований на фоне климатических изменений существенно трансформировался один из ключевых компонентов пищевой цепи тундры – сообщество грызунов. Снизилась амплитуда колебаний численности грызунов, в структуре населения уменьшилась доля леммингов и увеличилась доля полевок. Лемминги – наиболее предпочитаемая жертва тундровых хищников. Спад численности леммингов вызвал снижение плотности гнезд зимняка – модельного вида хищника. Однако после изменений в сообществе грызунов среднее число птенцов в гнезде зимняка относительно численности мелких грызунов возросло. За короткий промежуток времени популяция зимняков смогла адаптироваться к изменениям основного кормового ресурса. Результаты важны для понимания происходящих изменений структуры и механизмов трофических взаимодействий в сообществах тундр, без которого невозможен надежный прогноз реакций арктических экосистем на глобальные изменения климата.

,

X