Важнейшие результаты лаборатории 2025 г

1.Впервые показано, что речная минога способна генерировать электрические сигналы не только непосредственно вблизи жабр, но практически любым сегментом тела. Благодаря наличию множества отдельных электрогенерирующих структур во всех сегментах тела минога может варьировать амплитуду сигналов в широких пределах (на три порядка) и в любой точке тела. Эти разряды, генерируемые активно плавающими миногами, могут служить для электрокоммуникации при соприкосновении с другой особью, (рис 1 А) или для электроориентации при касании окружающих предметов (рис.1 Б). При этом сравнительно невысокая амплитуда сигналов может быть скомпенсирована генерацией сигнала «по месту». 
Зленко Д.В., зав. лаб. Д.С. Павлов. Zlenko D. V., Zvezdin A. O., Tyshchenko A. M., Kucheryavyy A. V., Pavlov D. S., Olshanskiy V. M. Electric activity of the adult European river lamprey // Journal of Experimental Biology. - 2025. - Vol. 228, No. 15. - Article jeb250621. DOI: 10.1242/jeb.250621 (Q1, 5-year IF: 2.8).

Рисунок 1. Электрические сигналы миног

2. Проблема возникновения биологической гомохиральности до сих пор остаётся одной из центральных проблем теорий происхождения жизни. Особо стоит вопрос о том, почему аминокослоты представлены L-изомерами, а углеводы – D-изомерами, а не наоборот? Предложена кинетическая схема химических реакций, описывающая кросс-каталитический процесс совместного синтеза аминокислот и углеводов, а также явным образом учтён вклад слабого взаимодействия в гамильтониан хиральных молекул. Предложенная схема успешно описывает формирование гомохирального мира с "правильной" ("биологической") хиральной поляризацией. 
(Зленко Д.В.; лаборатория ак. Д.С. Павлова).  Stovbun S.V., Skoblin A.A., Zlenko D.V. Cross-Catalysis and Weak Interactions: Keys to the Chiral Polarization of the Biosphere Chirality. 2025. V. 37. No 10. Article e70051 https://doi.org/10.1002/chir.70051  Q2

3. Экспериментально исследовали влияние краткосрочного тиреотоксикоза и гипотиреоидизма на метаболизм и реореакцию полосатого данио Danio rerio. Выявлено, что тиреотоксикоз вызывает ускорение, а гипотиреоидизм – замедление рутинного метаболизма рыб. Под воздействием тиомочевины снижается и плавательная способность полосатого данио. От уровня трийодтиронина в организме рыб зависят их двигательная активность и показатель мотивационной компоненты реореакции – чем выше уровень этого гормона, тем выше двигательная активность и вероятность проявления положительного типа реореакции (движения против течения). (Костин В.В.; лаборатория ак. Д.С. Павлова.) Павлов Д.С., Паршина В.Ю., Костин В.В., Сливко В.М., Шкиль Ф.Н. 2025. Влияние краткосрочного тиреотоксикоза и гипотиреоидизма на реореакцию полосатого данио Danio rerio (Danionidae) // Вопросы ихтиологии. Т. 65. № 4. С. 479–491. 

Общая схема работы тиреоидной системы, определяющей метаболизм и поведение:

  1. [Гипоталамус] —> [Гипофиз (ТТГ)] —> [Щитовидная железа] | +--------+--------+ | | Тироксин (T4) Трийодтиронин (T3) | | +--------+--------+ | [Влияние на ЦНС, метаболизм и мышцы] | [Изменение реореакции Danio rerio]

4. Патент RU № 2838427 C1 Способ контроля физиологического состояния двустворчатых моллюсков и система для его осуществления. Заявители: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭКОЛОГИИ И ЭВОЛЮЦИИ им. А.Н. СЕВЕРЦОВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИПЭЭ РАН), Владимир Менделевич Ольшанский, Петр Васильевич Машкин, Дмитрий Владимирович Зленко. Авторы: Ольшанский В.М., Волков С.В., Зленко Д.В., Машкин П.В., Скородумов С.В. и др. Приоритет от 04 октября 2024, Решение о выдаче 16 января 2025 г., дата регистрации 16 апреля 2025.

Важнейшие результаты лаборатории 2023-2024 гг

1. Чужеродные виды представляют потенциальную угрозу местным экосистемам и экономике. Рыба гамбузия Gambusia holbrooki - опасный инвазионный вид, но, несмотря на это, она по-прежнему используется на Черноморском побережье Кавказа для биологического контроля личинок комаров. Гибкое поведение позволяет гамбузии легко встраиваться в трофические сети. Среди гельминтов гамбузии, мы обнаружили нематод Pseudocapillariatomentosa и цестод Schyzocotyle acheilognathi. Нематода P. tomentosa впервые отмечена у рыб рода Gambusia. Цестода S. acheilognathi - наиболее успешный инвазионный вид паразитов в пресных водоемах планеты. Она чрезвычайно опасна для природных экосистем и аквакультуры, являясь возбудителем ботриоцефалеза, вызывающего массовую гибель молоди рыб. Необходимо ограничить использование гамбузии как средства биологического контроля. 

Опубликовано: Lebedeva D.I., Petrovskiy A.B., Reshetnikov A.N., 2024. Potential role of the Eastern mosquitofish (Gambusia holbrooki) in the spread of the harmful fish parasite, Asian tapeworm Schyzocotyle (Bothriocephalus) acheilognathi. // Parasitologia 2024, 4, 358–368. https://doi.org/10.3390/parasitologia4040031 

Район исследований на Черноморском побережье Кавказа (показан красной стрелкой). Черными кружками с желтой окантовкой показаны обследованные водоемы. Гамбузии, зараженные цестодой Schyzocotyle acheilognathi, выявлены в водоеме № 1.

 

2. Пересмотрена традиционная концепция о безусловно положительной роли убежищ в формировании численности популяции в среде с высокой плотностью паразитов и хищников. С помощью математической модели показано, что при недостаточном количестве убежищ общая смертность популяции резко возрастает. Этот эффект - результат взаимодействия возникающей динамической поведенческой структуризации и сильной внутривидовой конкуренции за убежища. Непластическая структуризация поведения (стабильное разделение на «смелых» и «робких» особей) снижает негативные эффекты. Математическое моделирование дополнено экспериментальными результатами по заражению радужной форели (Oncorhynchus mykiss) трематодами Diplostomum pseudospathaceum, способными манипулировать поведением хозяина. 

Опубликовано: Sandhu, S., Mikheev, V., Pasternak, A., Taskinen, J., Morozov, A., 2024. Revisiting the role of behavior-mediated structuring in the survival of populations in hostile environments. Communications Biology, Vol. 7(1), p.93.  Q1, IF=6,3

Вероятность заражения радужной форели метацеркариями трематод Diplostomum pseudospathaceum зависит как от поведения («смелые» и «робкие» особи; А – одиночные; В – в группе), так и от защитной тактики рыб в биотопах с разной надежностью убежищ (С). Сильнее всего заражаются одиночные робкие рыбы в гомогенной среде без убежищ (Опасный биотоп).

3. Описаны три гена foxg1 – ключевых регуляторов раннего развития переднего мозга и органов чувств – у миног, и их экспрессия у речной миноги Lampetra fluviatilis и у стерляди Acipenser ruthenus. Показано, что эти гены имеют общее происхождение у миног и других позвоночных, и возникли в результате двух циклов геномных дупликаций на ранних этапах эволюции. На основании филогенетических данных, сцепленных локусов и паттернов экспрессии точно установить попарное соответствие гомологичных генов foxg1 у миног и стерляди затруднительно. Появление трех гомологов foxg1 у бесчелюстных и челюстноротых могло произойти либо в результате двух раундов дупликации генома общего предка позвоночных (классическая модель), либо в результате первого общего раунда с последующей независимой полиплоидизацией в двух эволюционных линиях (современная гипотеза независимой дупликации). Таким образом, обнаружено общее происхождение генов foxg1 у всех позвоночных, что важно для понимания эволюции особенностей ориентации позвоночных в пространстве. 

Опубликовано: Ermakova GV, Kucheryavyy AV, Mugue NS, Mischenko AV, Zaraisky AG, Bayramov AV., 2024. Three foxg1 paralogues in lampreys and gnathostomes - brothers or cousins? Frontiers in Cell and Developmental Biology 11:1321317. doi: 10.3389/fcell.2023.1321317

Экспрессия foxg1 у эмбрионов L. fluviatilis. gallgc—коленчатый / ганглионарный комплекс передней боковой линии. (A–D)—экспрессия foxg1a, (E–H)—экспрессия foxg1b, (I–L)—экспрессия foxg1g.

4. Впервые разработана технология визуализации электрических полей рыб. Она позволяет: указать рыбу-источник, локализацию электрогенерирующих структур, отображать паттерны разрядов и распределения потенциалов в пространстве для одновременно происходящих электрических событий, количественно оценивать воздействия одной рыбы на другую при любом их взаимном расположении, показывать искажения электрических полей различными объектами. Технология позволит расширить представления об электрокоммуникации, электрогенерации и роли электрических полей в экологии и эволюции водных животных. Она даст возможность создать средства неинвазивного контроля состояния гидробионтов, биомониторинга среды и оценки токсичности синтетических веществ, включая наноматериалы. 

Опубликовано:  Zlenko D.V. , Olshanskiy V.M., Orlov A.A., Kasumyan A.O., MacMahon E., Xue W., Moller P. Visualization of Electric Fields and Associated Behavior in Fish and other Aquatic Animals // Behavior Research Methods, 2023, doi 10.3758/s13428-023-02175-5; Ольшанский В. М., Барон В. Д., МакМагон Е., Зленко Д. В. Электрические рыбы как объект фундаменталь­ных исследований // Известия вузов. ПНД. 2023. T. 31, № 6. С. 674–709. DOI: 10.18500/0869-6632- 003075

Электрическое поле, генерируемое двумя дерущимися африканскими клариевыми сомами (C. gariepinus, 30 и 42 см). А – разряд, генерируемый маленькой особью, подвергшейся нападению. B – разряд, генерируемый крупной атакующей особью. C – разряд, генерируемый маленькой особью, атакующей большого сома. D – электрическое поле, возникающее в результате мышечных сокращений (миограмма) у большого сома, вызванных атакой маленькой особи и совпадающее с разрядом маленького сома, показанным на C. Под каждой визуализацией показаны осциллограммы распределения электрического потенциала.

5. Разработана уникальная база данных по экологии североамериканской пресноводной красноухой черепахи Trachemys scripta elegans в Евразии при участии соавторов из 51 научной организации из 19 стран. Геоинформационный анализ данных за 50 лет выявил регионы самых ранних интродукций и динамику распространения, охватывающего 68 стран. Для восьми стран данные получены впервые. Установлены тенденции изменения численности, приуроченности к биотопам и успешности размножения черепахи в разных частях Евразии. Выявлена обширная географическая область успешной зимовки (без размножения), в которой рост числа заселенных водоемов и численности псевдопопуляций идет за счет любительских выпусков новых особей. Описан новый тип биологических инвазий – условная инвазия, происходящая без образования самовоспроизводящихся популяций. 

Опубликовано: Reshetnikov A.N., Zibrova M.G., … Petrovskiy A.B., … Petrosyan V.G. 2023. Rarely naturalized, but widespread and even invasive: the paradox of a popular pet terrapin expansion in Eurasia // NeoBiota. V. 81. P. 91–127. DOI: 10.3897/neobiota.81.90473

Пространственно-временная динамика инвазии красноухой черепахи Trachemys scripta elegans в Евразии 

6. Ранее, моделирование популяционной динамики в основном было связано с исследованиями экосистем в долгосрочной перспективе; переходными режимами пренебрегали. Однако, в настоящее время роль переходных режимов в динамике популяций полностью переосмысливается. В данной теоретической работе (на основе популяционных моделей с дискретным временем) показывается важность переходных неравновесных процессов для предсказания живучести экосистем и сохранения видов. В частности, показано, что внезапный коллапс экосистемы и исчезновение видов может происходит без какого-то влияния внешних факторов. Это происходит как следствие того, что длительный переходный квазистатичный режим ошибочно принимается за финальный, тогда как по окончанию этого режима, экосистема резко переходит в другой режим без всякого внешнего воздействия. Рассматриваются возможности моделирования подобных сценариев в экологии. 

Morozov, A. Y., Almutairi, D., Petrovskii, S. V., Lai, Y. C., 2023. Long transients in discontinuous time-discrete models of population dynamics. // Chaos, Solitons and Fractals. V. 174. P. 113707.