Результаты исследований

В 2015-2020 годах ряд исследований сотрудников лаборатории был посвящен механизмам быстрой эволюции гидробионтов. Показано, что главным движущим фактором такой эволюции служит естественный отбор. Важной предпосылкой быстрой эволюции служит нарушение функционирования ряда генетических систем. Роль случайных генетических процессов в эволюции большинства изученных видов незначительна; выявлены многочисленные факты, опровергающие гипотезу "молекулярных часов". Кроме того, в экспедициях на Тибетское плато, в горы Циньлин, на Кавказ и север России собраны значительные материалы, позволяющие обосновать важную роль древнего моря Паратетис в расселении и эволюции холодноводных гидробионтов. Выполнен также ряд прикладных исследований, в частности, по получению триплоидов лососевых рыб и генетической паспортизации пород радужной форели. Опубликована монография "Генетические методы в лососеводстве и форелеводстве" (Артамонова, Махров 2015).

<p>Рассмотрена одна из основных причин эволюционного стазиса, филогенетическая иммобилизация (термин И.И. Шмальгаузена) - снижение эволюционной пластичности в результате стабилизирующего отбора и фиксации вредных мутаций с эффектом, зависящим от местообитания. Показано, что в местообитаниях с нестабильными абиотическими условиями среды эволюционные процессы часто приобретают цикличный характер, и видообразование в этих условиях среды, как правило, не происходит. Подготовлена серия обзорных работ, посвященных проблеме формирования фауны Арктики.</p>

В ходе филогеографических работ удалось реконструировать события, происходившие в Северной Евразии в плейстоцене. В течение каждого периода плейстоцена образовывались рефугиумы, где сохранялись отдельные генетические группы Cladocera в период их массового вымирания в  вследствие оледенений и сильнейшей аридизации большей части непокрытых ледниками территорий. Из этих рефугиумов впоследствии происходило заселение освободившихся водоемов в периоды отступления ледников и увлажнения климата. Между выделяемыми нами регионами имеются достаточно широкие переходные зоны. Местоположение этих зон определяется не наличием географических барьеров для расселения кладоцер (которые там отсутствуют), а наличием в данном регионе выживших реликтовых генетических групп (родственников расселяющихся клад), заселивших освободившиеся водоемы в период смягчения климата и препятствующих дальнешему расселению своих родственников с запада на восток и с востока на запад.

 Результаты исследований ветвистоусым ракообразным вошли составной частью в фундаментальную монографию по фауне пресноводных беспозвоночных Палеарктики «Arthropoda: Class Branchiopoda Keys to Palearctic Fauna. Thorp and Covich’s Freshwater Invertebrates, 4th Edition» (2019).

К важнейшим достижениям коллектива следует отнести подготовку и опубликование монографии-определителя «Cladocera (Crustacea, Branchiopoda) Северной Евразии». Монография включает два тома, первый из которых содержит «Общую часть» с главами, посвященными подробному описанию результатов всех сторон исследования группы: истории ее изучения в мировом и региональном масштабе, внешнего и внутреннего строения, физиологии, генетики, ископаемых остатков, систематики, экологии, зоогеографии, фауногенеза и проблемы происхождения. Такой подробный обзор биологии группы также дается впервые в мировой практике. Во втором томе («Специальная часть») помещены описания 287 видов Cladocera, относящихся к 74 родам, 16 семействам и 4-м отрядам, обитающих в водоемах Северной Евразии, как пресноводных, так и морских. Для каждой таксономической группы (отряда, семейства, рода) составлены определительные ключи.

Результатом работ коллектива явилось заключение о значительных изменениях в фаунистическом составе жаброногих ракообразных на Северо-Востоке России в позднем плейстоцене-раннем голоцене. Мы считаем доказанным факт вымирания нескольких таксонов этих пресноводных животных, аналогично вымиранию «мамонтовой фауны», что принципиально важно для понимания характера изменений в пресноводных водоемах в это время.

Введение в палеоэкологию гипотезы о том, что в пресноводных водоемах одновременно с кризисом наземных экосистем также имел место биоценотический кризис, представляется принципиально новым шагом и может стимулировать проведение большого числа последующих работ. Продемонстрировано, что жаброногие ракообразные на северо-востоке России (в «берингийской зоне») были представлены как таксонами, присутствующими и сегодня в этом районе, так и таксонами, в настоящее время отсутствующими или необычными в нем , но широко распространенными в аридной зона Евразии.

Таким образом, сообщества жаброногих ракообразных существовали в континентальных водоемах северо-востока Евразии одновременно со своеобразными наземными сообществами ("мамонтовой фауной" и тундростепью). При этом в более южных степных водоемах Восточной Азии ситуация была прямо противоположной. Нами наглядно продемонстрировано, что там, как сами жаброногие ракообразные, так и их локальные фауны и сообщества в целом, остались неизменными как минимум с раннего плейстоцена. Подобное заключение подразумевает, что водоемы, в которых они обитали, также сохранились практически неизменными в течение, по крайней мере, двух последних миллионов лет.

Опыт долговременных мониторинговых наблюдений пелагического рачкового зоопланктона озера Глубокого, проводимых с 1991 года по настоящее время (исторически исследования зоопланктона здесь начались во второй половине XIX века), показал, что лишь многолетние наблюдения позволяют отделить кратковременные межгодовые различия от долгосрочных изменений в сообществе. Опыт этих наблюдений позволил проанализировать случаи антропогенного влияния, приведшие к исчезновению или, наоборот, появлению в нем новых видов, перераспределению рангов доминирования и изменение пространственного распределения некоторых видов. Большинство изменений произошло сравнительно быстро – в течение 5–10 лет после гидромелиорации на водосборе озера в 1960-х годах, но в целом перестройка сообщества ракообразных продолжалась около 30 лет. В последующее время изучаемое сообщество испытывало значительные воздействия естественных природных факторов, обитая в водоеме, находящемся в переходном мезотрофно-эвтрофном состоянии.

Получены важные результаты по оценке последствий реинтродукции обыкновенного бобра для экосистем малых водотоков лесостепной зоны; исследованиями структуры, динамики и функционирования экосистем пойменных водоемов; экологией головастиков амфибий. Описаны особенности расселения бобров и тенденции динамики его численности в условиях низкой обводненности территории и скудной кормовой базы. Установлено, что строительная активность бобров приводит к увеличению скорости осаждения взвешенного вещества, и снижению доли органической составляющей во взвешенных частицах. Обнаружены небольшие взаимосвязи деятельности бобров с концентрациями в воде фосфора (вымывание почвы из нор) и цинка (поступление с древесными остатками).

Исследование влияния бобров на обводненность лесостепных территорий показало, что бобры увеличивают долю водоемов на 0.04%, что сопоставимо с вкладом естественных озер. Проанализированы литературные данные по влиянию обыкновенного и канадского бобров на озерные экосистемы. Показано, что деятельность бобров в озерах способна приводить к изменению водного режима, гидрохимических свойств воды, структуры местообитаний, что в свою очередь может влиять на все биотические компоненты (водоросли, растительность, планктон, беспозвоночные, рыбы, амфибии, рептилии, птицы и млекопитающие).

В рамках исследований по изучению структуры, динамики и функционирования малых водоемов лесостепной зоны были собраны и проанализированы данные по абиотическим условиям и биоразнообразию стариц, находящихся в лимнофазе. Показано, что абиотические условия стариц определяются гидрологическим режимом и режимом освещенности, которые сформировались под влиянием деятельности человека. В этих условиях часть водоемов становятся неустойчивыми, другие остаются стабильными. Показано значение разнотипных водоемов, в том числе нарушенных, для поддержания биоразнообразия стариц в условиях снижения водообмена с главной рекой.

По результатам исследований состава маркерных полиненасыщенных жирных кислот, впервые обнаружены различия в спектрах питания головастиков остромордой лягушки и обыкновенной чесночницы. Лягушка предпочитает бактерий, причем не связанных с растительным детритом, тогда как основу рациона чесночницы составляют цианобактерии, зеленые и диатомовые водоросли и, возможно, высшие растения.