Основные достижения ИЭРиЖ за 2017 г.

Публикуем на сайте основные достижения Института, вошедшие в научный отчет за 2017 г.

Важное место среди них занимает детальный разбор с позиций экологии критической ситуации, сложившейся на Ямале, где многолетний перевыпас домашних оленей привел к катастрофическому истощению и деградации пастбищных тундровых экосистем, что неизбежно ставит под угрозу само существование на этой территории традиционной этнической формы хозяйствования. Рассмотрены причины и обстоятельства развития конфликта между ненецким оленеводством и существующими природными механизмами сохранения целостности экосистем. Показано, что сложившаяся в ЯНАО оленеводческая система близка к коллапсу, а попытки ее поддержания без учета экологических ограничений обречены на провал.

Заметных результатов удалось достичь в изучении морфофизиологических особенностей инвазивных видов животных (на примере восточноевропейской полевки) и растений (в частности клена ясенелистного и борщевика Сосновского), раскрыты некоторые механизмы, влияющие на успех их внедрения в новые местообитания.

Часть достижений важны с методической точки зрения, поскольку позволяют:

Интересные результаты удалось получить при изучении грызунов, обитающих в районах хронического химического и радиационного загрязнения на Урале.

Совместно с коллегами из ФНЦ Биоразнообразия ДВО РАН обобщены сведения по пространственному распределению техногенных радионуклидов в почвенно-растительном покрове Дальневосточного региона России и оценен вклад в загрязнение этих территорий аварийных выбросов от АЭС «Фукусима» в 2011 г.

В соавторстве с зарубежными коллегами опубликована обобщающая сводка «Изучение аномалий в естественных популяциях амфибий» (на английском языке)

Среди направлений исследований, по которым в 2017 г. был достигнут существенный прогресс - изучение экологической и эволюционной обусловленности географического распределения различных таксономических групп живых организмов:

Основные достижения института за последние годы


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.

,

Лишайники СУМЗ

На основе ежегодных регистраций исследованы начальные этапы восстановления сообществ эпифитных лишайников на стволах пихты сибирской после прекращения выбросов крупного медеплавильного завода на Среднем Урале. Уже в течение первого десятилетия территория бывшей лишайниковой пустыни активно реколонизируется. Стремительный рост разнообразия лишайников контрастирует со стабильностью низкого видового богатства травяно-кустарничкового яруса на этих же участках. Однако структура сообществ эпифитных лишайников на загрязненной территории пока принципиально отличается от фоновой: преобладают эксплеренты с высоким колонизационным потенциалом, а типичные для елово–пихтовых лесов виды отсутствуют или редки. Дальнейшее восстановление сообществ может тормозиться сохранением высоких концентраций токсикантов в коре деревьев и неблагоприятным из-за разрушения древесного и травяно–кустарничкового ярусов микроклиматом.

Михайлова И.Н. Динамика сообществ эпифитных лишайников в начальный период после снижения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2020. №1. С. 43–50. DOI: 10.31857/S0367059720010072


Миграции животных в Арктике

Современные изменения в природе особенно сильно заметны в Арктике, а делать прогнозы можно исследуя перемещения животных. В работе представлен архив данных по перемещению наземных и морских животных в Арктике с 1991 г. Приведены результаты трех исследований: о климатическом воздействии на миграцию беркутов, о географических различиях в адаптивной реакции репродуктивной фенологии северных оленей на изменение климата, и о видовых различиях в скорости передвижения наземных млекопитающих в ответ на повышение температуры.

В настоящее время приложены большие усилия для мониторинга популяций сапсана и кречета. Сделан первый циркумполярный обзор мест мониторинга арктических соколов и выявлены тенденции изменения их численности и продуктивности, приведена информация о распространении видов, фенологии и здоровье различных популяций. Обобщены данные по 24 участкам мониторинга соколов по всей Арктике. Ямал является одним из двух регионов, где мониторинг данных видов проводится на регулярной основе.

Показаны особенности прироста кормовых видов лишайников рода Cladonia в различных подзонах Ямала и Гыдана, в разных типах тундр и при разной пастбищной нагрузке. Снижения значений скорости роста модельных видов с юга на север, несмотря на значительное ужесточение гидротермических условий, не выявлено. Наибольшие значения прироста выявлены в кустарниковых тундрах и сообществах бугристых болот. Вид с наибольшим потенциалом для восстановления – C. stygia.

Sarah C Davidson, Gil Bohrer, Eliezer Gurarie, Scott LaPoint, Peter J Mahoney, Natalie T Boelman, Jan UH Eitel, Laura R Prugh, Lee A Vierling, Jyoti Jennewein, Emma Grier, Ophélie Couriot, Allicia P Kelly, Arjan JH Meddens, Ruth Y Oliver, Roland Kays, Martin Wikelski, Tomas Aarvak, Joshua T Ackerman, José A Alves, Erin Bayne, Bryan Bedrosian, Jerrold L Belant, Andrew M Berdahl, Alicia M Berlin, Dominique Berteaux, Joël Bêty, Dmitrijs Boiko, Travis L Booms, Bridget L Borg, Stan Boutin, W Sean Boyd, Kane Brides, Stephen Brown, Victor N Bulyuk, Kurt K Burnham, David Cabot, Michael Casazza, Katherine Christie, Erica H Craig, Shanti E Davis, Tracy Davison, Dominic Demma, Christopher R DeSorbo, Andrew Dixon, Robert Domenech, Götz Eichhorn, Kyle Elliott, Joseph R Evenson, Klaus-Michael Exo, Steven H Ferguson, Wolfgang Fiedler, Aaron Fisk, Jérôme Fort, Alastair Franke, Mark R Fuller, Stefan Garthe, Gilles Gauthier, Grant Gilchrist, Petr Glazov, Carrie E Gray, David Grémillet, Larry Griffin, Michael T Hallworth, Autumn-Lynn Harrison, Holly L Hennin, J Mark Hipfner, James Hodson, James A Johnson, Kyle Joly, Kimberly Jones, Todd E Katzner, Jeff W Kidd, Elly C Knight, Michael N Kochert, Andrea Kölzsch, Helmut Kruckenberg, Benjamin J Lagassé, Sandra Lai, Jean-François Lamarre, Richard B Lanctot, Nicholas C Larter, A David M Latham, Christopher J Latty, James P Lawler, Don-Jean Léandri-Breton, Hansoo Lee, Stephen B Lewis, Oliver P Love, Jesper Madsen, Mark Maftei, Mark L Mallory, Buck Mangipane, Mikhail Y Markovets, Peter P Marra, Rebecca McGuire, Carol L McIntyre, Emily A McKinnon, Tricia A Miller, Sander Moonen, Tong Mu, Gerhard JDM Müskens, Janet Ng, Kerry L Nicholson, Ingar Jostein Øien, Cory Overton, Patricia A Owen, Allison Patterson, Aevar Petersen, Ivan Pokrovsky, Luke L Powell, Rui Prieto, Petra Quillfeldt, Jennie Rausch, Kelsey Russell, Sarah T Saalfeld, Hans Schekkerman, Joel A Schmutz, Philipp Schwemmer, Dale R Seip, Adam Shreading, Mónica A Silva, Brian W Smith, Fletcher Smith, Jeff P Smith, Katherine RS Snell, Aleksandr Sokolov, Vasiliy Sokolov, Diana V Solovyeva, Mathew S Sorum, Grigori Tertitski, JF Therrien, Kasper Thorup, T Lee Tibbitts, Ingrid Tulp, Brian D Uher-Koch, Rob SA van Bemmelen, Steven Van Wilgenburg, Andrew L Von Duyke, Jesse L Watson, Bryan D Watts, Judy A Williams, Matthew T Wilson, James R Wright, Michael A Yates, David J Yurkowski, Ramūnas Žydelis, Mark Hebblewhite. Ecological insights from three decades of animal movement tracking across a changing Arctic. // Science. – 2020. – V. 370. – Issue 6517. – P. 712-715. DOI: 10.1126/science.abb7080 (https://science.sciencemag.org/content/370/6517/712.abstract (WoS, Scopus, РИНЦ))

Franke A., Falk, K., Hawkshaw K., Ambrose S., Anderson D. L., Bente P. J., Booms T., Burnham K.K., Ekenstedt J., Fufachev I., Ganusevich S., Johansen K., Johnson J. A., Kharitonov S., Koskimies K., Kulikova O., Lindberg P., Lindström B.-O., Mattox W. G., McIntyre C. L., Mechnikova S., Mossop D., Møller S., Nielsen O.K., Ollila T., Østlyngen A., Pokrovsky I, Poole K., Restani M., Robinson B. W., Rosenfield R., Sokolov A., Sokolov V., Swem T., Vorkamp K. Status and trends of circumpolar peregrine falcon and gyrfalcon populations // Ambio. – 2020. – V. 49. – №. 3. – P. 762-783. DOI: 10.1007/s13280-019-01300-z.

Соковнина (Абдульманова) С.Ю., Эктова С.Н. Прирост кормовых видов лишайников рода Cladonia (Cladoniacea) на пастбищах домашнего северного оленя // Растительные ресурсы. 2020. Т. 56, № 3. С. 221–240. DOI: 10.31857/S0033994620030085.

Источники финансирования работы: полевые и камеральные работы выполнены в рамках государственного задания Института экологии растений и животных УрО РАН, обработка и анализ полученных данных проведена в рамках гранта РФФИ (18-34-00327 – Оценка продукции напочвенных лишайников на севере Западной Сибири).

, , , , , ,

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

,

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

,

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


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