Разработана концепция единого плана строения конечностей хвостатых и бесхвостых амфибий, которая может свидетельствовать в пользу их монофилии. Предложена гипотеза исходно бисериальной структуры архетипического состояния тетрапоидной конечности. Разработана концепция педоморфоза как ведущего фактора и механизма формирования не только новых морфофункциональных признаков, но и новых таксонов от видового уровня до новых классов. Экспериментальными методами выявлена роль тиреоидных гормонов в регуляции онтогенеза низших позвоночных (амфибий и костистых рыб). Выявлены пути и механизмы становления и эволюции метаморфоза и прямого развития у амфибий. Исследована эволюция механизмов регуляции онтогенеза у низших позвоночных. Выявлены онтогенетические механизмы взрывной морфологической дивергенции, сопровождающей становление пучка видов больших африканских усачей (Labeobarbus spp., Cyprinidae, Teleostei) озера Тана (Эфиопия). Создан ряд концепций морфофункциональных перестроек в процессе эволюции на основе системных исследований биомеханических и онтогенетических перестроек челюстного аппарата и изучения эндокраниального кинетизма амфибий, пресмыкающихся. Разработана типология морфологических элементов головы осетровых и полиодонтид, предложен эволюционный сценарий происхождения структурного типа черепа осетрообразных. Выявлены гетерохронии в развитии ряда структур головы осетров, белуги и американского веслоноса, ответственных за становление механизма протракции челюстей. Создан банк данных по географии, экологии и влиянию загрязнений на разные виды амфибий более чем для 2000 местонахождений.
Наиболее интересные результаты, полученные в 2023 – 2024 гг:
1. Половину видового разнообразия современных позвоночных составляют лучеперые рыбы. Особенно важной группой для понимания эволюции рыб являются осетрообразные - группа, стоящая в основании филогенетического древа лучеперых рыб и характеризующаяся очень специфическим морфологией ротового аппарата. Анализ 3D-реконструкций (рис. 1), полученных на основании серийных гистологических срезов головы развивающихся осетрообразных, позволил сформулировать тестируемую гипотезу о происхождения уникального морфотипа этих рыб на основе системного педоморфоза.
Опубликовано: Tsessarsky A. 2024. What is missing from the sturgeon jaw: Developmental morphology of the upper jaw in Acipenser // Journal of Anatomy, 00, P. 1–21. doi: https://doi.org/10.1111/joa.13953
2. Осуществлен анализ консервативной части генома симпатрических экоморф гольцов (оз. Кроноцкое, Камчатка), направленный на обнаружение основы наблюдаемых морфо-экологических адаптаций. Полученные данные показали монофилетическое происхождение данного пучка, существование репродуктивно изолированных линий, и что морфологическая и экологическая диверсификация кроноцких гольцов связана с изменениями в генах и регуляторных последовательностях, ответственных за активность нейрогуморальных осей (тиреоидной и лептина), онтогенез костей черепа, энергетический и ионный обмен. Полученные результаты позволили реконструировать генетический сценарий эволюции кроноцких гольцов, и продемонстрировали базовые направления генетической, физиологической и морфологической диверсификации при адаптивной радиации лососевых рыб.
Публикация: Katherine C. Woronowicz, Evgeny V. Esin, Grigorii N. Markevich, Crisvely Soto Martinez, Sarah K. McMenamin, Jacob M. Daane, Matthew P. Harris, Fedor N. Shkil; Phylogenomic analysis of the Lake Kronotskoe species flock of Dolly Varden charr reveals genetic and developmental signatures of sympatric radiation. Development, 2024; 151 (20): dev203002.
3. Водотоки, дренирующие вулканические ландшафты, характеризуются комплексом негативных факторов, приводящих к сокращению или гибели популяций гидробионтов. Однако в некоторых популяциях происходят быстрые адаптивные изменения, обеспечивающие их стабильное существование в экстремальных условиях. Нам удалось выявить механизмы адаптации к комплексному загрязнению воды тяжелыми металлами в популяциях одного из видов лососевых рыб, мальмы (Salvelinus malma), изолированных в вулканических ручьях Камчатки. Было установлено, что в основе адаптивных изменений физиологии, морфологии, поведения и жизненного цикла мальмы лежат изменения активности щитовидной железы. Эти популяции - пример сверхбыстрой (произошедшей менее чем за 30 лет) эндокринной адаптации к негативным факторам среды, который может рассматриваться как подтвержденный случай «эволюционного спасения» (evolutionary rescue) позвоночных. Ранее данное явление было описано лишь для лабораторных линий бактерий, грибов и некоторых модельных беспозвоночных. Полученный результат имеет высокую значимость для понимания процессов, происходящих в популяциях гидробионтов в условиях постоянно растущего антропогенного загрязнения и изменения климата.
Опубликовано: Esin, E. V., Shulgina, E. V., & Shkil, F. N. (2023). Rapid hyperthyroidism-induced adaptation of salmonid fish in response to environmental pollution. Journal of Evolutionary Biology, 36, 1471–1483. https://doi.org/10.1111/jeb.14220
4. Методами сравнительной морфологии исследованы адаптации личинок тропических лягушек к обитанию в фитотельмах – древесных микроводоемах. На примере трех близкородственных видов рода Kalophrynus (сем. Microhylidae), обитающих в южном Вьетнаме, показано, что переход к размножению в дуплах деревьев и стеблях бамбука ведет к смене типа питания головастиков (от микрофильтрации к оофагии), а следом за этим – к перестройке личиночного пищеварительного тракта, висцерального черепа и гиобранхиального аппарата.
Vassilieva A.B., Nguyen T.V. 2023. Restricting living space: Development and larval morphology in sticky frogs (Microhylidae: Kalophrynus) with different reproductive modes // Vertebrate Zoology. 73. P. 367-382. https://doi.org/10.3897/vz.73.e98618
