Skip to main content

Key Results of the Laboratory 2023-2024

1. Understanding the nature of spatial-genetic heterogeneity of populations is a pressing problem in modern ecological-evolutionary research. We discovered for the first time a fluctuating, highly significant genetic structuring of common shrew populations over short distances ( 300 m), driven by periodic changes in the ratio of resident to non-resident individuals. A scheme explaining the fluctuation of the genetic structure has been proposed. Because the set of alleles in a local grouping forms randomly in each cycle, there is no correlation between genetic and geographic distance. The fluctuating spatial-genetic structure favors the persistence of rare alleles in the population and high allelic α diversity, and it accounts well for the equal-rank differences among samples from the same and different chromosomal races. Thus, in species with a fluctuating spatial-genetic structure, significant differences in genetic-marker frequencies may not indicate genetic isolation.

Опубликовано: Shchipanov, N. A., Artamonov, A. V., Titov, S. V., Pavlova, S. V. 2023. Fluctuating fine-scale spatial genetic structure in the common shrews (Eulipotyphla, Mammalia) // Integrative Zoology. V. 18. № 3. P. 469-492.


2. The concept of chromosomal speciation implies that heterozygotes with multiple chromosomal translocations may show reduced fertility or be sterile. An analysis, conducted for the first time, of chromosome synapsis and recombination, as well as meiotic silencing of unsynapsed chromatin, in males of the common shrew heterozygous for multiple Rb translocations (Sorex araneus) from the Moscow-Seliger hybrid zone showed that, despite some abnormalities detected in spermatocytes (chromosome associations, elongated centromeres, and the absence of recombination nodules in some arms of the multivalent), orderly synapsis is generally observed for all chromosomes, including the 11 monobrachial homologs forming the multivalent CXI. The progress of meiosis in the hybrids is also indirectly indicated by the large number of morphologically normal spermatozoa. It is possible that the reduced "stringency" of the meiotic pachytene checkpoint means that even very long meiotic configurations do not cause complete sterility in complex inter-race heterozygotes. 

Опубликовано: Matveevsky S. N., Kolomiets O. L., Shchipanov N. A., Pavlova S. V. Natural male hybrid common shrews with a very long chromosomal multivalent at meiosis appear not to be completely sterile // JEZ Part B: Molecular and Developmental Evolution, 1-14. DOI: 10.1002/jez.b.23232. Q1

Рисунок 1. Хромосомы обыкновенной бурозубки. Схемы предкового пула хромосомных плеч (а), инвариантных (б) и вариабельных (в) частей кариотипа хромосомных рас; расоспецифичные наборы вариабельного набора хромосом хромосомных рас Москва (г) и Селигер (д) и конфигурация мейотического хромосомно-синаптонемного комплекса (ундекавалент/CXI) у межрасового гибрида F1 (е). Маркировка хромосомных плеч буквами дана в соответствии с номенклатурой стандартного кариотипа S. araneus (Searle et al., 1991).

 

Рисунок 2. Кариотипы исследованного самца-гибрида F1 между хромосомными расами Москвы и Селигера обыкновенной бурозубки S. araneus. (a) Кариотип с полосами G с девятью монобрахиальными метацентриками и двумя акроцентриками g/gm/mq/qp/pr/rk/ki/ih/hn/no/o, образующими ундекавалент (цепочку из одиннадцати, CXI) в мейозе. Двуплечие аутосомы bc, af, jl и tu представляют собой инвариантную часть кариотипа; половые хромосомы обозначены как XY2Y1. Черные точки отмечают положение центромер. (b) Мейотический (SC) кариотип. Хромосомные плечи обозначены в соответствии с номенклатурой стандартного кариотипа S. araneus (Searle et al., 1991).

 

Рисунок 3. Пахитенные хромосомы в сперматоците гибрида F1 Москва–Селигер (a–f). Представлены сигналы SYCP1 (пурпурный), SYCP3 (зеленый), CREST (красный), MLH1 (желтый), γH2AFX (фиолетовый) и DAPI (бледно-голубой). Показаны одни и те же ядра с разным количеством иммуносигналов (a–f). СК маркированы в соответствии с хромосомными плечами (см. рисунки 1f и 3). Маджентовыми стрелками обозначены H2AFX-позитивные области асинапсиса внутри хромосомных ундекавалентов (CXI) (e). Схема CXI (f) основана на мейотической конфигурации в ядре (a–e): каждое плечо окрашено в соответствии с цветом хромосомных плеч на рисунке 1. SYCP1-позитивные поперечные компоненты центральных элементов СК обозначены маленькими белыми палочками (f). SYCP1 виден в несинаптических областях (желтые наконечники стрелок) (a и схема f). Масштабные линейки (e) составляют 5 мкм.

3. Small mammals are an important component of ecosystems, possessing substantial biomass and exerting a significant influence both on the functioning of the ecosystem as a whole and on its individual components. Changes in population dynamics well before a species' range transformation can provide information on the emerging consequences of climate change. The pattern of population-abundance dynamics of species in the small-mammal community around the "Mirnoye" Yenisei Ecological Station of the A.N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution RAS was analyzed for 1976-2022. In XX century, the abundance dynamics of the community and a number of species were characterized by a four-year periodicity. The dynamics type shifted to a fluctuating pattern by the 1990s, but by 2022 a tendency toward the restoration of population cycles emerged in four species and in the community as a whole. A similar trend has been observed by other researchers, which may indicate a certain stabilization of climate change. 

Yakushov V.D., Sheftel B.I., 2023. Are population cycles recovering? // Integrative Zoology. 0: 1–10. Q1

Рисунок 1. Структура доминирования сообщества мелких млекопитающих в районе экологической станции «Мирное». Цветом обозначена доля вида в сообществе. Если вид отсутствовал в уловах, цвет соответствующей ячейки белый. L — структура сообщества на левом берегу Енисея, R — на правом.

 

Рисунок 2. Динамика численности сообществ мелких млекопитающих в районе экологической станции Мирное. (a,c) Средний кросс-спектр вейвлетов за 1976–1994 и 2008–2022 гг. соответственно. (b) Численность мелких млекопитающих (черные сплошные и прерывистые линии) и кросс-спектр вейвлетов. Цвета кодируются от синего (низкие значения) до темно-красного (высокие значения). Спектральная информация за пределами синего фона подвержена краевому эффекту (так называемый «конус влияния») и должна интерпретироваться с осторожностью. Сплошная белая линия обозначает статистически значимую (P < 0,05) область.

4. In Калмыкии опустынивание привело к расширению ареала пустынного вида грызунов – полуденной песчанки, колонизирующей новые пространства. What distinguishes colonists found in new and unfamiliar conditions from their conspecifics in the source population? 

Stress levels in the first colonists (pioneers) were higher in both males and females. However, in males, stress reactivity dropped to the level of the source population within a year, whereas in females it remained elevated in subsequent colonist generations (Fig. 1). 

Both male and female first colonists proved to be bolder and more curious (Fig. 2). However, male colonists became as shy as males in the source population within a year. In contrast, female colonists remained bold in subsequent generations. 

Thus, it was shown for the first time worldwide that the leading edge of an expanding range comes to be occupied by males that are flexible in their response to changing conditions, and by "special," atypical females — bold, curious, and stress-reactive relative to the source population. For philopatric female mammals, dispersal beyond the familiar ecological and social environment represents a particular challenge that requires special traits 

Tchabovsky et al. 2024, J Comparative Physiology B, Q2, IF = 1.7; Tchabovsky et al. 2024. Royal Society Open ScienceQ1, IF=2.9). (Чабовский А.In.)

Рисунок 1. Концентрация глюкокортикоидов в материнской популяции (s), новых колониях (nc) и колониях через 1 (c1) и 2–3 года (c2–3) у самцов (a) и самок (б).

 

Рисунок 2. Показатели смелости/любопытства в материнской популяции (s), новых колониях (nc) и колониях через 1 (c1) и 2–3 года (c2–3) у самцов (a) и самок (б).

5. Studies of animal reproductive cycles play a key role in understanding the mechanisms of population and evolutionary processes, and also have applied significance for population management. Inпервые с помощью цитологических методов, гормонального анализа и телеметрии исследован репродуктивный цикл у самок жёлтого суслика (Spermophilus fulvus) в природе. The four stages of the cycle (proestrus, estrus, metestrus, and anestrus) succeeded one another rapidly, such that pregnancy occurred within the first three days after the female emerged from hibernation. In сочетании с ранним созреванием молодых самок это указывает на ускоренное протекание основных жизненных процессов у Sfulvus compared with related species. Inыявленные стабильные различия между особями в уровне половых гормонов между могут указывать на физиологическую разнокачественность особей в популяции. The results obtained contribute to life-history theory and the reproductive biology of mammals. 

Vasilieva et al. 2024, Mammalian BiologyQ1. https://doi.org/10.1007/s42991-023-00387-y


6. Inосточно-Азиатский путь миграций птиц наименее изучен. The first geolocator tracking data have been obtained for the arctic warbler (Phylloscopus borealis), гнездящейся в Центральной Сибири, на пути через Inосточную Сибирь, Монголию, Китай и Тайвань к местам зимовки на Филиппинах и в Индонезии и обратно. Isolated recoveries of ringed birds confirm this route. 

Бурский О.In.; Heim et al. 2024, Journal of OrnithologyQ2. https://doi.org/10.1007/s10336-024-02146-3

Расчетные стационарные положения и траектория миграции талломной камышевки на основе геолокации по уровню освещенности, а также дальние возвраты колец этого вида. Диаметр точек соответствует количеству дней, проведенных на данном участке, в то время как цвет точки указывает на основной месяц пребывания (см. цветовую легенду). Неопределенности вокруг расчетных положений (межквартильный размах) нанесены в виде серых вертикальных и горизонтальных линий. Обратите внимание на возврат кольца одной особи, окольцованной в Монголии и повторно пойманной на том же самом участке в России, где гнездилась отслеживаемая геолокатором птица.

7. Monitoring of small mammals in post-agrogenic forest revealed a nonlinear community transformation: an abrupt shift from a "meadow" to a "forest" type of community as fields became overgrown. The trigger was the severe 2010 drought, the strongest in the past century. The abrupt shift from one type of small-mammal community to another, occurring alongside gradual vegetation change during succession, is another rare example of a threshold effect of "ecological resilience" (resilience) in supra-organismal biosystems, causing abrupt and poorly predictable regime shifts in their dynamics.

Щипанов, Калинин 2024, Известия РАН). https://doi.org/10.31857/S1026347024020081