Лаборатория экологии, физиологии и функциональной морфологии высших позвоночных

Направления исследований

Лаборатория ведет междисциплинарные исследования по таким направлениям, как экология организмов и сообществ, функциональная и эволюционная морфология, экологическая физиология, биологическое разнообразие, генетика, биотехнология. Исследования ведутся с привлечением широкого спектра биологических объектов, охватывающих уровни биологической организации от молекулярного до биоценотического.

В настоящее время в Лаборатории разрабатываются следующие темы фундаментального и прикладного характера: изучение путей и закономерностей эволюционных преобразований морфо-функциональных систем; изучение механизмов высокоэффективной утилизации растительных кормов и молекулярно-генетические исследования микробиоты кишечного тракта животных различных систематических групп и разной экологической специализации; исследование теплообмена высших позвоночных и роли их покровов в терморегуляции организма; исследования локомоторных адаптаций; разработка научных основ рационального использования биоресурсов; проектирование и изготовление телеметрической систем для научных исследований.

К наиболее важным результатам работы Лаборатории за последние годы, относятся следующие.

Показано, что аллометрия в размерах различных отделов пищеварительного тракта грызунов при сохранении общей его изометрии говорит о наличии функциональных и структурных ограничений на морфологическую компоновку пищеварительного тракта как модульной конструкции. При этом у мелких млекопитающих-фитофагов, не имеющих в пищеварительном тракте объемных камер, необходимых для длительной микробной ферментации грубых целлюлозосодержащих кормов, интенсификация микробных процессов достигается посредством предельного измельчения субстрата. Преобладание в ферментативных органах пищеварительного тракта растительных волокон служит одной из причин необычайно высокой активности микробной целлобиогидролазы (0.2 мкмоль/мин/г). Полученный результат может быть полезен при разработке искусственных биотехнических систем для получения пищевых (кормовых) продуктов из грубой клетчатки различного происхождения.

Безразмерный коэффициент k, характеризующий общее содержание волокон в преджелудке (1) и слепой кишке (2), отнесенный к массе тела у водяной полевки (Arvicola terrestris, A.t.), полевки-экономки - Microtus oeconomus, M.o., серой полевки - M. arvalis s.l., M.a., рыжей полевки - Clethrionomys glareolus, C.g., желтогорлой мыши - Sylvaemus flavicollis, S.f. (https://link.springer.com/article/10.1134/S1062359017050119).

Получены данные, позволяющие говорить о том, что высокую уреазную активность микросимбионтов в желудочно-кишечном тракте растительноядных животных можно рассматривать в качестве одного из элементов поддержания азотистого баланса как организма хозяина, так и его симбиотической микробиоты.

Уреазная активность в желудочно-кишечном тракте зайца-русака при потреблении зимнего (1) и летнего (2) рационов.

В результате многолетних исследований предложена новая модель эволюции и расселения мамонтов Старого и Нового Света, которая показывает, что распространение представителей р. Mammuthus через высокие широты Евразии в Северную Америку стало возможным только после их адаптации к холоду и приспособлению к питанию на северных пастбищах. Мамонтовая фауна Северной Америки формировалась путем смешения нативных и проникших из Евразии видов.

© Science (http://science.sciencemag.org/content/350/6262/805)

В результате многолетних исследований мелких млекопитающих на базе сравнительно-цитогенетических подходов с целью разрешения спорных вопросов систематики и установления филогенетических взаимоотношений между различными таксонами описано 5 новых видов млекопитающих: Amphinectomys savamis, Gerbillus rupicola, Taterillus tranieri, Grammomys selousi и Dendromus lachaisei. Комплексные исследования, включающие цитогенетический и молекулярный подходы, позволили восстановить все этапы кариологической эволюции, а также,  установить филогенетические связи между видами в некоторых родах африканских грызунов (Arvicanthis, Mastomys, Acomys, Lophuromys, Taterillus, Gerbillus, Mus и Gerbilliscus).

Сотрудник лаборатории В.М. Анискин во время полевых работ в Гвинее

Обнаружен парадоксальный, на первый взгляд, комплекс термофизиологических адаптаций у крупного специализированного обитателя афро-альпийской зоны чернокоготной жестковолосой мыши Lophuromys melanonyx. Теплоизоляция волосяного покрова этого животного, обитающего в холодных горных условиях, хуже, чем у более мелких родственных видов – золотистоногой (L. chrysopus) и короткохвостой (L. brevicaudus) жестковолосых мышей, населяющих теплые тропический лес и верещатники. Снижение теплоизоляции у ведущего дневной образ жизни высокогорного вида можно интерпретировать как способ, облегчающий использование солнечного излучения для поддержания теплового баланса тела.

Типичные термограммы представителей р. Lophuromys, полученные при одинаковой температуре окружающей среды; у более крупного высокогорного вида L. melanonyx среднее значение и разброс температур на поверхности волосяного покрова выше, чем у L. brevicaudus (https://link.springer.com/article/10.1134/S0012496616010130).

Экспериментально измерены вязкоупругие свойства отдельных адгезионных фибрилл геккона-токи (Gekko gecko). Высокая внутренняя вязкость адгезионных фибрилл, способствующая значительному рассеиванию энергии при их деформациях во время контакта с субстратом, должна быть учтена в физических моделях, описывающих ключевые свойства адгезива гекконов, и в технических разработках по созданию искусственных гекконоподобных микрофибриллярных адгезивов «сухого» типа.

Измерение вязкоупругих деформаций адгезионных щетинок с подошвенной поверхности пальцев геккона-токи (https://link.springer.com/article/10.1134/S0012496616020101).

Показано, что морфофункциональная специфика челюстного аппарата и слуховой капсулы млекопитающих наиболее ярко проявляется на уровне подсемейств или семейств, хотя может быть выявлена (с разной степенью надежности) и на более низких уровнях таксономической иерархии. Адаптивная специализация челюстного аппарата проявляется в изменении параметров, определяющих режим его работы (раздавливание, разрезание, разные варианты перетирания пищевого объекта). Широкий спектр функциональной специализации челюстного аппарата в таксонах грызунов (песчанок, тушканчиков, соневых и др.), тем не менее, оказывается сходным в разных таксономических группах. Специализация проявляется в особом строении режущих элементов зубов и костной основы челюстного аппарата, а также в усложнении или упрощении структуры челюстных мышц. В разных группах одинаковые режимы работы обеспечиваются сходными морфологическими преобразованиями, что определяет высокую частоту параллелизмов в строении функционально значимых элементов.

Варианты зиго-масcетерной конструкции (новая типология).

Проведено уточнение численности популяций у ряда промысловых копытных и ее динамики в связи с хозяйственной деятельностью человека в ретроспективе и в современных условиях. Предложены меры для стабилизации численности копытных. Разработаны принципы организации охотничьего хозяйства, охраны, управлении ресурсами охотничьих животных и их рационального использования.

Книги, посвященные биологии копытных, охотничьим ресурсам, их использованию и охране.

Сотрудник лаборатории Т.П. Сипко (слева) во время мечения зубров.

Разработаны и используются в исследованиях радиотехнические средства, позволяющие в течение длительного времени (до 1 года) определить положение животных на местности и физиологические параметры: температуру тела, ЭКГ, ЭМГ, ЭЭГ, частоту дыхания. Радиопередатчики с различной функциональностью имеют размеры от миниатюрных вживляемых (массой от 2.5 г) до крупных (до 350 г), фиксируемых на поверхности тела животного и способных принимать координаты от отечественной системы ГЛОНАСС и, при необходимости, от китайской  Beidou в дополнение к системе GPS. Разработан пилотный вариант сайта (http://westra.ru/moose/index.html) для онлайн-обработки данных с GPS-радиометок как часть будущего аппаратно-программного комплекса. Созданная аппаратура использовалась в Амурской, Белгородской, Калужской, Костромской, Курской, Московской, Орловской, Рязанской, Тверской областях, Якутии и Краснодарском крае при исследованиях косуль, лосей, оленей, зубров, кабанов, лошадей, находящихся на вольном содержании, лис, бобров, выхухолей, ежей, черепах.

Радиопрослеживание перемещения лосей в Костромской области; на врезке — лось с одетым на шею радиопередатчиком, принимающим и транслирующим сигналы GPS.

Принципиальная схема и варианты исполнения миниатюрных радиопередатчиков массой около 2.5 г, позволяющих определять местонахождение мелких животных и температуру их тела на расстоянии до нескольких сотен метров в течение нескольких месяцев; у радиопередатчика  справа температурный датчик (термистор, 3) вынесен наружу; 1 – ферритовая антенна; 2 – элементы питания; 3 – температурный датчик (изолирован эпоксидным компаундом); 4 – магнит, позволяющий отключить генерацию сигналов у неиспользуемого передатчика (https://elibrary.ru/item.asp?doi=10.7868/S0044513416010104).

Сотрудники лаборатории