Основные направления исследований - информационное и программное обеспечение исследований биологических систем, включающие
- Изучение механизмов молекулярной эволюции геномов рептилий рода Darevskia, приведших к возникновению партеногенеза у этих животных;
- Развитие информационных технологий (создание экспертно –аналитических и справочных информационных систем, растрово-векторных баз данных, разработка специальных программ для оценки генетической структуры популяции и филогенетических связей таксонов видового и надвидового уровней) на основе результатов исследований живой природы;
- Создание специальных моделей, методов, алгоритмов и программ для пространственно - временного анализа динамики популяций в условиях изменяющегося климата и антропогенных воздействий;
- Изучение теоретических вопросов биологических инвазий - инвазионные коридоры, векторы инвазий, адаптации видов–вселенцев, оценка риска инвазий, генетические, биологические, биогеографические и эволюционные аспекты влияния чужеродных видов на биологическое разнообразие биосистем различных уровней организации.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
1. Изучение механизмов молекулярной эволюции геномов рептилий рода Darevskia, приведших к возникновению партеногенеза у этих животных;
1.1.Установлено клональное разнообразие и формирование клонов партеногенетического вида Darevskia dahli (111 особей самок D. dahli из 5 популяций; 72 особей - первый основной клон; 21 особей – 2 промежуточный клон; остальные особи представляют 9 редких клонов, которые представлены несколькими особями). На рисунке показана филогенетическая сеть, построенная при помощи моделирования мутаций, на основе принципа минимальной эволюции, характерного для использованных маркерных локусов. Данная схема демонстрирует три независимых линии наследования, вероятно, возникших в результате трех независимых актов гибридизации при образовании партеногенетического вида D. dahli (Clonal Diversity and Clone Formation in the Parthenogenetic Caucasian Rock Lizard Darevskia dahli, PlosONE, 2014, p. 1-9)
1.2. Проведен анализ генетических параметров популяций ящериц комплекса Darevskia raddei (D. raddei nairensis и D. raddei raddei) и популяций D. valentini на основе анализа изменчивости 50 аллельных вариантов трех микросателлит содержащих локусов ядерных геномов у 83 особей. На рисунке показано филогенетическое дерево популяций D. r. raddei, D. r. nairensis и D. valentini, построенное на основании расстояний Fst алгоритмом кластеризации по методу “ближайшего соседа” с бутстреп поддержкой в 1000 итераций. Данный рисунок (2) демонстрирует, что популяции D. r. nairensis значимо отличаются от популяций D. r. raddei. Это свидетельствует о глубокой дивергенции популяций D. Raddei raddei и D. raddei nairensis комплекса D. raddei и ставит вопрос о возможности отнесения их к разным видам (Омельченко, и др. 2016, Генетика)
1.3. Проведен анализ аллельного полиморфизма трёх микросателлитсодержащих локусов (Du215, Du281, Du323) в популяциях D. rostombekowi (42 особи, из 4 популяций Армении) с помощью монолокусной ПЦР (с последующим клонированием и секвенированием продуктов амплификации). Было выявлено 11 аллельных вариантов трех локусов, которые отличаются по структуре микросателлитов и по однонуклеотидным вариациям – SNVs (single nucleotide variations), расположенным на фиксированных расстояниях от микросателлитного кластера и образующих различные сочетания – гаплотипы, характерные для определенных аллелей. Для установления, какие из этих аллелей имеют отцовское, а какие − материнское происхождение, был проведен ПЦР-анализ гомеологичных локусов у родительских видов (65 особей из 13 популяций D. raddei и 27 особей из 2 популяций D. portschinskii). Полученные ПЦР-продукты были клонированы и секвенированы. Показано, что аллели двуполых видов весьма разнообразны по структуре микросателлитов и также, в случае локусов Du281 и Du323, содержат однонуклеотидные вариации вне микросателлитов. По сочетанию этих вариаций и специфической структуре микросателлита было определено, от какого родительского вида унаследован тот или иной аллель каждого локуса у партеновида. По сочетанию аллелей каждого локуса были установлены генотипы для всех 42 особей D. rostombekowi. Особи с идентичными генотипами представляли отдельные клональные линии. Всего было детектировано 5 генотипов (представлены на рисунке ниже), которые различались по частоте встречаемости и географическому распространению. Наиболее распространенным оказался генотип 1, встречающийся у 24 особей (57,1%) из трех популяций. Генотипы 2 (8 особей – 19%) и 3 (8 особей – 19%) представлены в двух и одной популяциях соответственно. Редкие генотипы 4 и 5 представлены у одной особи для каждого (по 2,38%). Генотипическое разнообразие в четырех популяциях варьирует от 0% до 75% (в среднем 11,9%). Таким образом, полученные данные свидетельствуют о мультиклональности партеногенетического вида D. rostombekowi, в отличие от ранее предложенной моноклональности, основанной на аллозимном анализе. Комбинации определенных родительских однонуклеотидных замен, наследуемые партеновидом, формируют генотип-специфические маркеры, которые идентифицировали единичный акт межвидовой гибридизации, приведший к формированию одного основного (самого распространенного) клона. Другие клоны, различающиеся только по структуре микросателлита, возникали в результате мутаций в микросателлитном кластере основного клона. Таким образом, разработанный нами подход генотипирования может найти универсальное приложение для оценки клонального разнообразия и определения его происхождения у любых видов животных гибридного происхождения. (Ryskov A.P., Osipov F.A., Omelchenko A.V., Semyenova S.K., Girnyk A.E., Korchagin V.I., Vergun A.A., Murphy R.W. (2017) The origin of multiple clones in the parthenogenetic lizard species Darevskia rostombekowi // PLoS ONE 12(9): e0185161. https: //doi.org/10.1371/journal.pone.0185161).
2.Развитие информационных технологий на основе результатов исследований живой природы
2.1. Павлов Д.С., Петросян В.Г., Дгебуадзе Ю.Ю., Рожнов В.В., Решетников Ю.С., Павлинов И.Я., Корнеева Т.М., Бессонов С.А., Хляп Л.А., Варшавский А.А., Дорофеева Е.А., Сиделева В.Г., Попова О.А., Бобров В.В., Омельченко А.В., Назаренко Е.А. Web-ориентированная информационная система и интегрированная база данных по разнообразию позвоночных животных России.
База данных позвоночных животных России включает виды и подвиды 1430 пресноводных и морских рыб, 29 - земноводных, 84 – пресмыкающихся, 739 - птиц и 310 – млекопитающих. Информационная система позвоночных животных содержат все известные на сегодня виды, валидность которых не была пересмотрена в соответствующих систематических ревизиях. Для описания каждого вида принята общая концептуальная модель представления данных. БД предназначена для экологов, зоологов, ихтиологов, ботаников, географов. БД функционирует на основе мультифреймовой технологии в трех различных режимах: обзора, запроса и поиска. Режим обзора предназначен для навигации по иерархическому дереву при выборе вида из базы данных. Режим запроса и поиска обеспечивает функциональную мобильность для полнотекстового контекстного поиска в интегрированной базе данных.
2.2. Павлов Д.С., Петросян В.Г., Дгебуадзе Ю.Ю., Рожнов В.В., Бессонов С.А., Решетников Ю.С., Корнеева Т.М., Нухимовская Ю.Д., Дергунова Н.Н., Омельченко А.В. Web-ориентированная информационно-поисковая система по фауне и флоре особо охраняемых природных территорий (заповедников) России.
Информационно-поисковая система включает интегрированную базу данных организмов, охраняемых в настоящее время на заповедных территориях России. Русско-английская версия системы реализована на примере рыбообразных и рыб (321 вида), земноводных (26) и пресмыкающихся (56), птиц (696), млекопитающих (254), антоцеротовых и печеночников (328), мхов (883), лишайников (2015) и сосудистых растений (7920 видов). БД предназначена для экологов, зоологов, ихтиологов, ботаников, географов. Информационная система, включающая интегрированную базу данных, которая функционирует на основе мультифреймовой технологии в трех различных режимах: обзора, запроса и поиска. Режим обзора предназначен для навигации по иерархическому дереву при выборе вида из базы данных. Режим запроса и поиска обеспечивает функциональную мобильность для полнотекстового контекстного поиска в интегрированной базе данных.
2.3. Павлов Д.С., Петросян В.Г., Дгебуадзе Ю.Ю., Бессонов С.А., Омельченко А.В., Дергунова Н.Н. Генетические и биологические (зоологические и ботанические) коллекции Российской Федерации: База данных с WEB-ориентированным доступом
Созданная единая база данных генетических и биологических коллекций микроорганизмов, клеточных культур, гербариев, ботанических садов и живых организмов в заповедниках России предназначена для выполнения ключевых функций по проблеме инвентаризации и документирования генетических ресурсов в Российской Федерации. БД предназначена для генетиков, экологов, зоологов, ихтиологов, ботаников и географов, и является информационной основой для создания новых лекарственных препаратов, биотехнологий и прочих товаров и услуг.
2.4. Петросян В.Г., Рожнов В.В., Хляп Л.А., Бессонов С.А., Омельченко А.В., Варшавский А.А. Региональные фауны млекопитающих России: База данных с WEB-ориентированным доступом
БД “Региональные фауны млекопитающих России” c WEB-ориентированным интерфейсом предназначена как для специалистов биологов, так и для широкого круга пользователей. Ее можно использовать с целью унификации сбора, обработки и обмена зоологической информацией, для оценки таксономического разнообразия, а также мониторинга с целью оценки изменений параметров разнообразия, как на региональном, так и на федеральном уровнях. Она пригодна для использования в справочных и ознакомительных целях для пользователей любого уровня квалификации.
2.5. Рожнов В.В., Букварева Е.Н., Петросян В.Г., Бессонов С.А. WEB-ориентированная информационно-поисковая система-"Красная Книга Российской Федерации"
Общедоступная информационная система и интегрированная база данных по редким и исчезающим видам Российской Федерации. Информационная система состоит из двух частей – "Красная книга Российской Федерации (животные)" – 434 вида и "Красная книга РСФСР (растения)" – 533 вида.
2.6. Петросян В.Г., Зиновьева С.В., Филимонова Л.В., Ломакин В.В., Удалова Ж.В. Хасанова О.С. Буторина Н.Н. Геннадиева Т.М. База данных Гельминтологического музея Российской академии наук в среде локальной информационно - поисковой системы Helminthsys
Разработанная база данных (БД) Гельминтологического музея РАН в среде локальной информационно-поисковой системы Helminth_Sys (ИПС) предназначена для создания единого методологического подхода, систематизации коллекций гельминтов, накопленных в музее более чем за 60 лет. ИПС способствует быстрой инвентаризации и систематизации всех коллекций, облегчает поиск сведений о всех таксонах, на основе единой концептуальной модели представления данных как типового и идентифицированного материала, так и неопределенных фондов. Основой для разработки локальной версии БД был избран формат Microsoft Access. Разработаны табличная и экранная формы ввода данных, позволяющие провести инвентаризацию каждого вида паразитических червей по следующим показателям: место в музее (номера препаратов или пробирок); адрес коллекции (типовая – объединяющая типовые экземпляры; общая – включающая формы, идентифицированные до вида; или массовая – объединяющая формы, идентифицированные до рода или надродового уровня); автор первоописания и год публикации; систематическое положение; характеристика типового материала или возрастно-полового и численного состава особей; место и время сбора; хозяин паразита; место локализации; авторы определения, коллекционирования и препарирования; сведения из полевого и музейного журналов, библиография. Всего 27 показателей, определяющих полную этикетку вида.
2.7. Петросян В.Г., Зиновьева С. В., Филимонова Л.В., Ломакин В.В., Удалова Ж. В., Хасанова О.С., Буторина Н. Н., Геннадыева Т. М., Омельченко А.В., Бессонов С.А. Анализ фонда гельминтологических коллекций – Helminthsys.
Разработанное программное обеспечение Helminthsys предназначено для накопления, анализа и представления фонда гельминтологических коллекций музея РАН. Область применения: Биологические, сельскохозяйственные и медицинские науки Функциональные возможности программы: - ввод и редактирование, - организация регулярных и свободных запросов, - генерация отчетов, которые выполняются с помощью главного меню системы, включающего следующие разделы: Файл, Правка, Запись, Вид, Формат, Сервис, Окно, Справка.
2.8. Петросян В.Г. Интегрированная система управления базами данных и статистического анализ биологических данных - Biosystem office.
Biosystem office является компактной, мощной, высокопроизводительной, надежной и интегрированной системой управления базами данных и статистического анализа данных. Основные объекты системы сохраняются в одном единственном файле с расширением bdb. Система включает набор программных модулей для создания, модификации и сохранения основных объектов базы данных: таблиц, многотабличных форм, запросов, диаграмм и отчетов. Также, система включает методы описательной статистики; выявления выбросов; проверки статистических гипотез; множественного сравнения выборок и анализа долей, пропорций и сопряженных таблиц, дисперсионного и регрессионного анализов, а также методы многомерного анализа - кластерный анализ, главных компонент, дискриминантного анализа и вероятностных нейронных сетей и сети Кохонена.
3. Создание специальных моделей, методов, алгоритмов и программ для пространственно - временного анализа динамики популяций в условиях изменяющегося климата и антропогенных воздействий.
3.1. Проведен количественный анализ динамики численности важнейших ресурсных видов парнокопытных, характера их пространственного распределения и современной плотности животных для лесорастительных зон (хвойно-широколиственных лесов, таежной, лесостепной, степной зон, притундровых лесов и редкостойной тайги) России. На основе использования классических моделей популяционной динамики и анализа временных рядов показано, что для косули и кабана наблюдаются положительные тенденции увеличения численности за последние годы, а для лося отсутствуют положительные тенденции как на федеральном, так и на региональном уровнях. Представлены модели декомпозиции трендов, периодических и случайных составляющих динамики численности охотничье-промысловых видов. Приведены модельные оценки репродуктивного потенциала, годового воспроизводства и максимально возможной численности популяций изучаемых видов в рамках модифицированных дискретных моделей Мальтуса, Бивертона-Холта и Риккера (Петросян и др. 2012).
3.2.Разработана параметрическая дискретная модель (по времени) для анализа динамики численности бобров от вселения (1948 г.) до наших дней (2011 г.) в бассейне р. Таденки. Показано, что динамика численности популяции характеризуется стремлением к стационарному состоянию при наличии квазипериодической составляющей с периодами от 14 до 26 лет. Модельные оценки динамики показали, что периодическая составляющая имеет пилообразную форму, причем на каждом периоде в течение 6 лет численность бобров возрастает от минимального до максимального значения, а на остальной части периода уменьшается от максимального до минимального значения. Амплитуда колебаний квазипериодической составляющей составляет порядка 6 бобров и имеет слабую тенденцию к увеличению. Предполагается, что дальнейшее развитие бобровой популяции преимущественно будет зависеть от многих случайных событий, способствующих изменению таких регулирующих численность бобров факторов, как геоморфологические особенности местности, скорость восстановления кормов в заброшенных местообитаниях, масштабы и скорости развития бобровых поселений. Анализ устойчивости стационарного решения и оценка адекватности предложенной модели позволяют утверждать, что предлагаемая дискретная модель может быть использована для описания локальных популяций бобров других территорий с целью количественной оценки динамики их численности в зависимости от наличия доступных кормовых ресурсов(Petrosyan et al., 2013)
3.3. Издана коллективная монография, посвященной средообразующей деятельности бобра как ключевого вида малой реки на примере реки Таденки (Приокско-Террасный заповедник -ПТЗ). В этой монографии дано изучение динамики численности и распределения бобров в водоёмах заповедника с первых дней реинтродукции до настоящего времени (60 лет). Кроме этого охарактеризованы различные аспекты влияния бобров на водные и околоводные экосистемы малой реки Таденки, даны количественные и качественные характеристики влияния деятельности бобра на зоопланктон, макрозообентос, размножение амфибий, динамику черноольшаника и высшую водную растительность. Особое внимание уделено математическим моделям, предназначенным для выявления основных тенденций изменения численности и построения прогноза популяционной динамики с учетом особенностей экологии вида. Впервые проведен анализ потенциальных возможностей космических снимков среднего (Landsat 7) и сверхвысокого (IKONOS, GeoEye-1) разрешения для картирования объектов жизнедеятельности бобров на территории ПТЗ. Первичные данные были получены в ходе маршрутных обследований долин водотоков ПТЗ со спутниковым навигатором (GPS) в 2009–2012 гг. Были зафиксированы основные элементы бобрового ландшафта, при этом точечные объекты фиксировались одной точкой, линейные (плотины, бобровые пятна) – несколькими точками, площадные (бобровые пруды и луга) – картировались по периметру. Для комплексной обработки наземных и космических снимков нами была создана интегрированная база векторно-растровых данных в среде ГИС ArcGIS 9.3. Растровая часть базы данных включает космические снимки спутников серии IKONOS, Landsat 7 и GeoEye-1 за 2008, 2009 и 2010 гг. соответственно для территории ПТЗ и его охранной зоны (Речной бобр как ключевой… 2012)
3.4. Издана коллективная монография, в которой обобщены результаты оригинальных исследований авторов монографии и литературные данные по систематике, распространению, морфологии, экологии и роли ерша в разных пресноводных экосистемах. Ёрш имеет широкое распространение от Франции на западе до Колымы на востоке, в 1980-е годы началось его расселение в новые места - Италия, Франция, Ирландия; недавно попал в Северную Америку. Населяет реки, озера и осолоненные морские участки около дельты рек, отмечен от прибрежья до глубин 50-80 м, в реках избегает участков с быстрым течением. Ёрш имеет широкий спектр питания и может выступать как бентофаг, планктофаг и даже как хищник, поедая икру и молодь рыб. В силу своей высокой численности и быстрого размножения играет важную роль в пищевых цепях водоема, временами в некоторых водоемах может составлять сильную конкуренцию лещу и сиговым. В то же время он является основным пищевым объектом всех крупных хищных видов рыб - щуки судака, налима, окуня и угря. Хищники оказывают сдерживающее влияние на численность ерша, на качественный состав и структуру его популяций, кроме того они переводят малоценные виды рыб, к которым часто относят и ерша, в высококачественный продукт. Поэтому роль ерша в водоемах неоднозначна, и нет оснований считать его везде вредным и рекомендовать снижение его численности или даже уничтожение (Решетников и др. 2016).
3.5. Разработана математическая модель возникновения и развития биоценозов океанического обрастания в пелагиали. Показано, что сообщества обрастания являются удобными объектами моделирования при изучении закономерностей возникновения и функционирования биосистем, инвазий гидробионтов, применения биоиндикаторов и др. Представленные математические модели учитывают важнейшие взаимоотношения основных организмов обрастания (доминанты – ракообразные Lepadidae) в типичных для инвазии районах и глубинах при благоприятных и сравнительно постоянных абиотических факторах среды. В форме дифференциальных уравнений моделируется взаимодействие планктонных, оседающих на субстрат, личинок Lepas и Conchoderma (Lepadidae), обрастателей C. virgatum, L. anatifera, L. anserifera, L. hillii, наиболее распространённых хищников – крабов Planes minutus и рыб. В частности, моделируется поселение животных, «привлекательность» для них обрастателей, скорость поедания их разных возрастных групп хищниками. Вычислительные эксперименты показали, что скорость изменения плотности в разных возрастных группах Lepas и Conchoderma весьма отличается. Влияние пресса хищников на Conchoderma значительно выше, чем на Lepas. Важнейшее значение для динамики плотности обрастателей имеет их привлекающее влияние на циприсов и хищников в воде вблизи субстрата. Модели показали, что крабы и особенно рыбы – сильнейшие модификаторы биоценозов океанического обрастания, значительно сдерживающие рост количества обрастателей. При «исключении» рыб в вычислительных экспериментах количество Conchoderma резко увеличивается и становится близким по величине к количеству Lepas. Модели показали, что важнейшими факторами, лимитирующими океаническое обрастание, являются: скорость поселения на субстрате личинок Lepadidae, «привлекательность» обрастателей для хищников, поедание ими этих животных. Модели хорошо соотносятся с экспериментальными данными океанографических буйковых полигонов. Использование математических моделей для прогностических оценок инвазии обрастателей и дальнейшего развития их биоценозов весьма перспективно и не может быть заменено иными методами исследований (Iljin, Petrosyan et al., 2013)
3.6. Проведен сравнительный анализ количественных характеристик древесно-кустарниковых кормов в активных и заброшенных поселениях на территории Приокско-Террасного заповедника в бассейне р. Таденка, где бобры обитают более 60 лет. С использованием однофакторного дисперсионного анализа по фактору типа поселения (активные, заброшенные) показано, что многолетнее кормодобывание в поселениях приводит к уменьшению видового богатства (P=0.068) древостоя, Представлены различные гипотезы избирательного кормового воздействия бобров на различные ярусы растительного покрова (древостоя, подроста-подлеска) и выявлены факторы, приводящие к разреживанию и изменению возрастной структуры древостоя и подроста-подлеска. Показано, что изменение видового состава, сопровождающееся увеличением доли мало поедаемых и непоедаемых видов. Сделан вывод о том, что если при первичном использовании полоса кормодобывания не превышала 50 м, то при многократном использовании поселения и при отсутствии хищников зона кормодобывания расширяется до 165 м. Этот вывод подтверждается на основе точного критерия Фишера (P=0.005), χ2 с поправкой Йетса (P=0.002), отношения правдоподобия (P=0.0002). При повторных заселениях в ранее использованные поселения с не восстановившимися кормовыми ресурсами в бассейне р. Таденки основным местом заготовки древесно-кустарниковых кормов становится удалённая зона в пределах от 50 до 165 м от берега(Goryainova et al 2014)
3.7. Разработано программное обеспечение комплексной имитационной модели, включающей проблемно-ориентированную базу данных многолетнего зимнего маршрутного учета (1961-2012 гг.) важнейших ресурсных видов, которое предназначено для определения нормативов выделения квот и определения оптимальной структуры отстрела парнокопытных как на уровне отдельных охотничьих хозяйств, субъектов РФ, а также на федеральном уровне. На основе анализа данных мониторинга млекопитающих ( 6 травоядных и 3 плотоядных ) в период 1981-2012 гг показано, что распад СССР сначала вызвал снижение численности животных(1991-2000), в первую очередь в результате чрезмерного использования, а затем рост численности животных с 2000г. После распада СССР численность волка увеличилась более чем на 150% ( Bragina et al.,2015).
3.8. Проведен анализ многолетней динамики численности обыкновенного (речного) бобра (Castor fiber) и его поселений в бассейне р. Пушты и пойменных озёрах Мокши в юго-западной части Мордовского заповедника в 1940–2013 гг. Показано, что через 73 года после реинтродукции бобров количество их поселений и численность животных стабилизировались в диапазоне от 20 и 29 поселений и от 65 до 96 особей, соответственно. Проведенный комплексный анализ природных условий, климата, гидрологической сети, влияния хищников, болезней, пространственного размещения поселений, размеров занятых участков, количества плотин в поселениях, особенностей кормодобывания, запасов кормовых ресурсов, а также математическая обработка данных с помощью классических моделей популяционной динамики (Мальтуса, Бивертона-Холта и Рикера) и модели временных рядов позволяют утверждать, что динамика характеризуется климаксной стадией при флуктуации на низком уровне численности. Обсуждается гипотетическая – теоретическая качественная модель долговременной динамики численности бобровых популяций для разных скоростей восстановления кормовых ресурсов. В рамках этой модели показано, что динамика численности популяций на территории Березинского, Окского заповедников и национального парка Аллегейни характерна для высоких скоростей восстановления кормовых ресурсов (I тип динамики), а динамика численности для других популяций, обитающих на территории Лапландского, Ильменского, Печоро-Илычского и Мордовского заповедников – для низких скоростей восстановления кормовых ресурсов (II тип динамики). Утверждается, что дальнейшее развитие популяции в заповедниках в основном будет зависеть от функциональных (скорости восстановления кормов в заброшенных местообитаниях, масштабов и скорости развития черноольшаников на заброшенных бобровых поселениях) и случайных (морозных зим, зимних паводков и летних засух) факторов, оказывающих влияние на динамику бобровой популяции в заповеднике (Zavyalov et al, 2015).
3.9. Разработана оригинальная дискретная модель для анализа закономерностей динамики численности обыкновенного бобра (Castor fiber L.) после его вселения в Лапландский, Дарвинский, Приокско-Террасный, Центрально-Лесной, Окский и Хоперский заповедники, расположенные в северной, южной и центральной частях его ареала. Предложенная нами модель динамики численности расширяет наши знания о различных тенденциях динамики численности бобра после его реинтродукции. Ранее считалось, что в в таких случаях отмечается эруптивный тип динамики численности бобров. Однако наши исследования показали, что динамика численности обыкновенного бобра может быть описана с помощью 4 типов: эруптивный (Лапландский заповедник); одноступенчатый с квазипериодическим колебанием (Приокско-Террасный заповедник), многоступенчатый с квазипериодическими колебаниями (Дарвинский, Центрально-Лесной и Хоперский заповедники) и логистическим трендом изменения численности с периодическими колебаниями вокруг него (Окский заповедник) (Petrosyan et al., 2016).
3.10.Впервые с помощью специально разработанной процедуры, реализованной в среде ArcGis Desktop 10.4.1. проведен ретроспективный количественный анализ влияния средообразующей деятельности бобра на растительные сообщества бассейна р. Таденки, Приокско-Террасный заповедник, где бобры обитают более 65 лет. Показано, что избирательное кормодобывание бобра статистически значимо уменьшает (по критерию Тьюки) доли предпочитаемых бобрами видов деревьев в прибрежной 100-метровой зоне – береза (35%)>> осины (26%)>>липа (13%)=ива (11%) (P<0.05) и увеличивает доли непредпочитаемых видов – ольха (78%)>>сосна (65%)>>ель (30%) (P<0.05). Разработаны рекомендации для использования этой процедуры в средах других ГИС.
3.11. Исследованы механизмы влияния рыб на обилие мелких и крупных видов ветвистоусых ракообразных в мезокосмах с эвтрофными условиями. Показано, что рыбы смещали соотношение между обилием мелких и крупных видов ветвистоусых ракообразных в сторону увеличения количества мелких относительно контроля. Обогащение биогенными вещетвами, наоборот, смещало это соотношение в сторону крупных видов. Жизнедеятельность рыб и обогащение воды биогенными веществами приводили к статистически значимому повышению концентрации общего хлорофилла и хлорофилла синезеленых водорослей. При этом, не получено статистически значимого влияния рыб и обогащения воды биогенными веществами на общую биомассу ветвистоусых ракообразных и биомассу крупных видов из-за высоких дисперсий между повторностями. Тем не менее, средние значения биомасс свидетельствовали о влиянии рыб и обогащения биогенными веществами на общую биомассу и биомассу крупных видов ветвистоусых ракообразных (Фенева и др., 20016).
3.12.Мейотический драйв определяется как отклонение от менделевского наследования с превышением в потомстве гетерозиготы частоты одного из двух вариантов гена. Этот генетический феномен может оказывать влияние на гаметогенез, фертильность, поведение, систему спаривания, выживание популяций и репродуктивную изоляцию. В последние годы мейотический драйв был открыт у представителей разных таксонов - растений, грибов и животных (насекомых, птиц, млекопитающих). Эволюционные и экологические аспекты этого феномена представлены в коллективной статье The Ecology and Evolutionary Dynamics of Meiotic Drive (Lindholm A.K., Petrosyan V.G., Safronova L.D. et all.), (Trends in Ecology and Evolution) 2016, V. 31, No. 4, P: 315-326.
Изучение теоретических вопросов биологических инвазий
4.1. Проведен анализ данных об аллельном и генотипическом разнообразии украинских и армянских популяций партеногенетической ящерицы Darevskia armeniaca (4.1). На рисунке 4.2 показаны схемы двух моделей эволюции генотипов в популяциях D. armeniaca в Армении и на Украине (1963 г. Даревский И.С.,Щербак Н.Н.). Штриховкой показаны генотипы, образовавшиеся в украинской популяции и отсутствующие в популяциях Армении. Результаты моделирования показывают, что наиболее вероятной является модель Б – последовательного закрепления мутаций от генотипа к генотипу (Омельченко и др. 2016, РЖБИ).
4.2. База данных: Чужеродные виды млекопитающих в экосистемах России: WEB-ориентированная информационно–поисковая система.Чужеродные виды млекопитающих в экосистемах России: WEB-ориентированная информационно–поисковая система
В БД включены материалы о 62 видах млекопитающих, обосновавшихся в новых регионах, в том числе и тех, ареалы которых в последние десятилетия стали сокращаться. При описании путей внедрения чужеродных видов млекопитающих в аборигенные экосистемы использованы 4 основные группы: преднамеренно интродуцированные, реинтродуцированные, саморасселяющиеся и случайно интродуцированные. База данных предназначена для: автоматизации сбора информации (систематизация материала, создание информационной основы для ГИС); изучения разнообразия чужеродных млекопитающих на территории России и оценки степени «загрязнения» ими фауны России (как в целом, так и отдельных регионов); составления кадастров чужеродных видов для территорий различного масштаба; выяснения закономерностей распространения чужеродных видов на конкретной территории (выявление тенденций расселения и оценка участия в различных типах сообществ); оценки экологического влияния чужеродных видов; выбора показателей для разработки системы прогноза возможных инвазий и создания такой системы. БД предназначена для экологов, зоологов, ботаников и географов.
4.4. Петросян В. Г., Дгебуадзе Ю. Ю., Рожнов В. В., Виноградова Ю. К., Кривошеина М. Г., Решетников А. Н., Хляп Л. А., Фенёва И.Ю., Озерова Н. А., Омельченко А. В., Горяйнова З.И., Дергунова Н. Н., Башинский И.В., Назаренко Е. А. База данных чужеродных видов растений, животных и микроорганизмов Российской Федерации в среде Biosystem office.
Созданная база данных (БД) включает материалы о чужеродных видах растений, животных и микроорганизов, обосновавшихся в новых регионах, в том числе и тех, ареалы которых в последние десятилетия стали сокращаться. БД предназначена для решения задач по следующим направлениям - изучение особенностей инвазионного процесса отдельных групп живых организмов; выявление основных инвазионных коридоров и векторов переноса чужеродных организмов; прогнозирование и предотвращение инвазий; оценка ущерба от инвазионных видов - экономический и социально-политический; пути и способы сокращения отрицательных последствий от инвазий, развитие информационного обеспечения (создание БД видам в разных отраслях народного хозяйства).