Лаборатория функциональной экологии наземных животных

Впервые выявлен видовой состав жуков-щелкунов коренных и производных сообществ Уральской горной страны, определены структурно–функциональные закономерности их преобразования в различных градиентах среды (широтный, высотный, антропогенный). Показана иерархичность факторов, определяющих структурную дивергенцию сообществ Elateridae естественных и модифицированных территорий. Различия в структуре видовых сообществ элатерид, в первую очередь, определяются широтной зональностью. Результаты кластерного анализа свидетельствуют, что элатеридные комплексы средней тайги хорошо дистанцированы от комплексов южнотаежной подзоны. Внутри подзон расхождение видовых комплексов разных местообитаний обусловлено их степенью трансформации, наряду с безусловной зависимостью глубины преобразований от продолжительности функционирования источников выбросов, особенностей рельефа местности и связанной с этим микроклиматической спецификой. Структура видовых комплексов щелкунов изменяется как между таежными подзонами, так и по градиенту загрязнения. Видовые комплексы отличаются по степени доминирования: в средней тайге – полидоминантная структура, в южной – резкое супердоминирование в импактной зоне. С усилением антропогенной трансформации в подзоне южной тайги увеличивается зависимость динамики численности всего элатеридного комплекса от динамики численности доминирующего вида. В условиях средней тайги антропогенное преобразование местообитаний рассматриваемым типом загрязнения смягчается гидротермическими особенностями, что способствует большей устойчивости элатеридокомплексов. Численность популяций щелкунов в естественных и преобразованных таежных биотопах определяется, в первую очередь, стабильностью гидротермического режима, который изменяется под действием выбросов медеплавильного производства. Показано (совместно с Н.Л. Уховой, что в коренных лесах Урала видовой состав жуков-щелкунов и доля разных видов соответствуют определенному типу леса и обеспеченности его теплом и влагой. Видовое разнообразие производных биотопов, как правило, увеличивается в сравнении с коренными типами леса. Изменения исходных растительных сообществ в ходе естественных процессов (ветровалы, гари) сопровождаются увеличением видового разнообразия, связанным с проникновением видов, характерных для лугов, с иной экологической функцией и пищевой специализацией. Такое увеличение биоразнообразия отражает снижение функциональной сбалансированности и взаимосвязи компонентов исходного сообщества. В случае сильных антропогенных трансформаций с существенным нарушением растительного покрова (в зонах действия медеплавильного производства) и снижением общего количества различных групп почвообитающих беспозвоночных животных (например, таких крупных сапрофагов, как дождевые черви), среди жуков-щелкунов начинают преобладать виды, личинки которых обладают способностью к полифагии, функционально замещая сапрофагов в процессах минерализации мертвой органики. Восстановительные процессы сообществ с сильной антропогенной трансформацией выражаются в последовательном усложнении трофической структуры комплексов жуков-щелкунов, характеризующейся большей функциональной эффективностью. На сообществах Elateridae установлено, что с ростом урбанизации происходит сокращение видового богатства и разнообразия, снижается количество и доля бореальных и возрастает доля эвритопных и характерных для луговых сообществ видов. Это приводит к значительному расхождению их с естественными элатеридокомплексами, что проявляется в снижении показателя тождественности населению щелкунов лесных экосистем. В распространении щелкунов-ксилобионтов ведущим является температурный режим. Наибольшее видовое богатство дендрофильных хищников семейства приходится на подзону южной тайги и подтаежных лесов. Очевидно, именно здесь существует температурный оптимум для большинства видов ксилобионтных элатерид. Установлен ряд новых сведений, касающихся трофических и субстратных преферендумов групп Elateridae, Curculionidae и Scarabaeidae в Уральском регионе. Показано, что различные варианты жизненных стратегий рассмотренных семейств жесткокрылых связаны с использованием широкого спектра пищевых ресурсов и типов субстратов. В случае элатерид это выражается в преобладании полифагии, у долгоносиков – в преобладании неспециализированной фитофагии, а у копробионтов – в пространственно- временной и фракционной разобщенности представителей группы. Кроме того, на примере щелкунов показана поливариантность репродуктивных стратегий при разных типах антропогенного воздействия. На примере навозных жуков установлены закономерности межвидовых взаимоотношений важной группы редуцентов-деструкторов в процессе минерализации копролитов. Показано, что происходит последовательная смена видов навозников разной пищевой специализации, что снижает конкуренцию и повышает эффективность разложения органики. Разработана и успешно применяется в долгосрочном мониторинге типизация урбанизированных территорий. 36 - летний мониторинг популяций сибирского углозуба показал скоррелированность падения численности популяции и плодовитости животных в условиях рекреационной нагрузки и загрязнения. Прижизненные учеты плодовитости сибирского углозуба дают возможность оценить физиологическое состояние яичников самок в популяции, выявляя как последствия непериодических (катастрофических) воздействий, так и негативную составляющую влияния хронических антропогенных нагрузок в условиях рекреации. Изучение влияния процессов урбанизации на мелких млекопитающих позволило выявить ряд закономерностей в формировании видового состава и демографических параметров сообществ грызунов и бурозубок в каждом из обследованных лесопарков г. Екатеринбурга. В целом с ростом урбанизации отмечается обеднение видового спектра мелких млекопитающих, сокращение доли насекомоядных (Sorex araneus, S. caecutiens, S. isodon, S. tundrensis, S. minutus, S. minutissimus) и полевок (Microtus arvalis, M. agrestis, M. oeconomus, Clethrionomys glareolus, C. rutilus, C. rufocanus), при увеличении доли мышей (Apodemus agrarius, A. uralensis). Цито- гистологические особенности репродуктивной сферы бесхвостых амфибий выявили наличие патологий в сфере сперматогенеза на урбанизированных территориях. В условиях теплового загрязнения водоемов, способствующего распространению вида-вселенца – озерной лягушки, отмечается максимальная плодовитость самок; гонады самцов на фоне ярко выраженных патологических процессов (формирование аномальных сперматозоидов) реагируют усилением функции сперматогенеза (увеличение количества сперматозоидов). Получены уникальные многолетние данные по тератогенезу амфибий. Разработана методология анализа внешних и скелетных аномалий земноводных. Получены данные по спектрам и встречаемости аномалий 8 видов амфибий Урала. Впервые установлены спектры девиантных форм скелета сеголеток природных популяций 4-х видов семейства Ranidae (озерной, сибирской, травяной и остромордой лягушек). Получены данные о закономерностях изменения спектра и частоты встречаемости скелетных девиаций изучаемых видов в градиенте урбанизации. Показано, что специфика формообразовательной потенции и различия в выживаемости, определяемые особенностями репродуктивной стратегии каждого из видов, оказывают влияние на спектр и частоту девиантных форм скелета амфибий в природных популяциях. Результаты исследования вносят вклад в развитие представлений о специфике процессов морфогенеза амфибий в природных популяциях и могут быть использованы в экологическом мониторинге. Впервые для Палеарктики установлено влияние инфицированности цистами трематоды (Holostephanus volgensis) на морфогенез скелета сеголеток остромордой лягушки R. arvalis. Сочетание инвазированности цистами в сочетании с изменением температурного режима, эвтрофикацией и загрязнением нерестовых водоемов, существенно влияет на частоту формирования девиантных форм скелета (вклад паразитарной инвазии в формирование девиантных форм скелета составил 57,1% в лесопарковой зоне и 18,9% в лесной популяции (χ2=7,14, p<0,01). Получены новые данные о видовом составе гельминтофауны 6 видов бесхвостых амфибий Урала. Установлено, что видовое богатство гельминтов изученных видов семейства Ranidae, отражающее разнообразие биоценотических связей, увеличивается у широкораспространенных эвритопных видов. Установлены закономерности преобразования структуры гельминтофауны R. arvalis, обитающей на урбанизированных территориях, а также данные о влиянии ряда экологических факторов на генетическое разнообразие остромордых лягушек. Установлены особенности изменения гельминтофауны в различных размерно-возрастных группах R. arvalis на урбанизированной территории. На примере Rana arvalis изучена связь зараженности лягушек гельминтами в зависимости от генотипа и степени урбанизации. Установлено, что наибольшей инвазированности подвергаются особи гетерозиготных генотипов. Показано, что особи с редкими генотипами преимущественно заражаются только в том случае, если обилие паразитов в популяции относительно низко. Собраны новые сведения по эндопаразитофауне мелких млекопитающих лесопарков и парков г. Екатеринбурга. У обследованных грызунов наиболее многочисленны два вида нематод: типичный паразит лесных мышей – Syphacia stroma (Linstow, 1884) и паразитирующий также у человека – Strongyloides ratti (Sandground, 1925), что имеет эпидемиологическое значение. Изучение полиморфных и мономорфных видов семейства Ranidae (остромордая, озерная, травяная и сибирская лягушка) показало генетическую детерминированость адаптивного потенциала сравниваемых видов. Причем у разных видов носители сходных аллелей оказываются близки по физиологическим параметрам, существенно уклоняясь от средневидовой нормы. Получены новые сведения по экофизиологической специфике гемоглобинов четырех представителей семейства Ranidae: Pelophylax ridibundus Pallas, 1771, Rana temporaria Linnaeus, 1758, R. arvalis Nilsson., 1842 и R. amurensis Boulenger, 1886. Наряду с межвидовыми различиями связанными с особенностями экологии, установлены важные физиологические различия родов Rana и Pelophylax, У зеленых лягушек (P. ridibundus) отсутствует рост гемоглобина в конце метаморфоза, что связано с его фетальной структурой. Это обеспечивает P. ridibundus преадаптивное преимущество в условиях повышенных температур и эвтрофикации и является одной из причин неконкурентного замещения озерной лягушкой исчезающих аборигенных видов. На основе многолетних мониторинговых исследований популяций элатерид, амфибий, мелких млекопитающих разработана оригинальная концепция о направлениях морфофизиологической и морфогенетической изменчивости на видовом, популяционном и организменном уровнях; доказана высокая роль доминантных мутаций в быстром адаптивном успехе популяций, а также очерчен круг вариантов жизненных стратегий, имеющих принципиальное значение при адаптивном преобразовании наземной биоты в условиях современных экосистем. Комплексные исследования в области онтогенеза, трофологии, паразитологии амфибий, экологической физиологии, экологической генетики, элементов адвентивной фауны позволили разработать ряд методологических пособий и рекомендаций по экологической экспертизе и мониторингу. Материалы исследований использованы в Красной книге Свердловской области (2009).