Лаборатория сенсорных систем позвоночных
Адрес: Россия, 119071, Москва, Ленинский проспект, д. 33.
Телефон: 8 (495) 952-37-86, 8 495 954 13 11
e-mail: evgeniasysueva@gmail.com
В начале 1970-х годов силами ученых ИЭМЭЖ РАНнаучно-исследовательский центр для проведения фундаментальных исследований, не связанных с военной тематикой, появился на черноморском побережье Кавказа, сначала в районе поселка Большой Утриш, а затем – Малый Утриш, где была создана Утришская морская станция Института, функционирующая и поныне. В создании и организации станции группа А.Я. Супина приняла самое деятельное участие. В дальнейшем Лев Мухарамович Мухаметов взял на себя все организационные и технические проблемы станции, благодаря чему научно-исследовательская работа не прекращалась.
С 1971-го года группа по изучению морских млекопитающих стала называться группой эволюции сенсорных систем позвоночных. Перед группой стояла задача комплексного морфофизиологического изучения закономерностей эволюционных и адаптивных изменений сенсорных нервных центров позвоночных животных. Особое место в работе группы, как и ранее, занимали исследования сенсорных систем водных млекопитающих.
В 1974-м году группа получила статус лаборатории и стала называться лабораторией сенсорных систем позвоночных. Неизменным заведующим лабораторией в течение 40 лет был доктор биологических наук, профессор, лауреат государственной премии СССР Александр Яковлевич Супин. С 2014-го года лабораторию возглавил доктор биологических наук Владимир Владимирович Попов.
Работы по исследованию слуха проводились не только на Утришской морской станции, но и на Дальнем Востоке, в Перу, Китае, Америке и странах Европы, на разных видах морских млекопитающих.
На сегодняшний день в состав лаборатории входят также три группы: группа гидродинамики дельфинов, группа исследования циклов сна бодрствования морских млекопитающих и группа экологии морских млекопитающих.
Лаборатория сенсорных систем позвоночных ИПЭЭ РАН – один из немногих в России научных коллективов, активно работающий в области биологии и физиологии сенсорных систем морских млекопитающих. Основное направление работ лаборатории – сравнительное исследование нервной системы, сенсорных систем (зрительной, слуховой, соматосенсорной) и двигательной системы наземных и водных млекопитающих.
Морские млекопитающие – китообразные и ластоногие – традиционный объект исследования лаборатории.
В течение многих лет лаборатория занимается изучением работы фундаментальных механизмов слуховой системы дельфинов. Для этой цели был адаптирован метод регистрации стволовых вызванных потенциалов (Supin et al., 2001), который позволяет неинвазивно регистрировать суммарную электрическую активность стволовых центров слуховой системы. Этот метод позволяет полностью контролировать акустические условия проведения экспериментов, работать на неподготовленных, недрессированных животных. К достоинствам метода стоит отнести и то, что амплитуда регистрируемых вызванных электрических потенциалов у зубатых китов относительно велика, на порядок больше, чем у человека, что значительно повышает точность измерений.
В рамках Постоянно действующей экспедиции РАН по изучению животных Красной книги Российской Федерации и других особо важных животных фауны России проводятся исследования по влиянию интенсивных шумов на параметры слуха кита белухи.
Для проведения работ по изучению физиологии слуха морских млекопитающих лаборатория ведет активное сотрудничество с зарубежными коллегами:
Hawai’I Institute of Marine Biology, USA
Institute of Hydrobiology (IHB),
Chinese Academy of Sciences (CAS)
Основной экспериментальной базой лаборатории является Утришская морская станция ИПЭЭ РАН.
В лаборатории также ведутся работы по изучению зрительного анализатора у различных видов водных и полуводных млекопитающих. Гистологические исследования сетчатки глаза происходят с применением современных методов цифровой фотографии и компьютерной обработки данных. Ретинальная топография исследуется postmortem на тотальных препаратах сетчатки. В процессе исследования подсчитывается количество ганглиозных клеток сетчатки в микроучастках по всей поверхности сетчатки, измеряются расстояния между клетками, определяются зоны максимальной концентрации клеток (зоны наилучшего видения), характер статистического распределения клеток, рассчитывается ретинальная разрешающая способность.
Одно из перспективных направлений в работе лаборатории – психофизиологические исследования слуха человека, в частности, ЧРС – частотной разрешающей способности слуха. Результаты этих исследований представляют интерес не только для фундаментальной науки, но и для медицинской практики.
Работы по изучению механизмов сна на классических лабораторных животных и морских млекопитающих ведутся по следующим направлениям: эволюция и биологическая роль (функция) сна; особенности и механизмы сна морских млекопитающих и птиц; поведенческие латерализации и функциональные асимметрии у морских млекопитающих; реакция морских млекопитающих на антропогенный шум.
Для сотрудников группы биоакустики, возглавляемой д.б.н., проф. Евгением Васильевичем Романенко, основными направлениями исследований являются: гидродинамика морских млекопитающих (теория крыла, моделирующего хвостовую лопасть дельфина) и изучение акустической коммуникации и поведения черноморских афалин.
За время существования лаборатории были разработаны новые методы исследования нейрофизиологии морских млекопитающих, на основе полученных данных были сформулированы многие абсолютно новые положения. Нехарактерное по сравнению с наземными млекопитающими расположение основных сенсорных областей коры мозга (зрительной, слуховой, соматосенсорной) позволило выдвинуть новую схему эволюции коры мозга у млекопитающих в целом.
Особого упоминания заслуживают работы по изучению физиологии слуха морских млекопитающих. Были выработаны новые методики, получены уникальные данные. На ряде видов дельфинов (дельфин афалина, белуха, амазонская иния, морская свинья, ложная касатка, дельфин - белобочка, и др.) с помощью электрофизиологического метода были изучены такие характеристики слуха, как быстродействие, чувствительность и частотный диапазон, частотная и временная избирательность, пространственная избирательность, механизмы звукопроведения и бинаурального слуха, и многие другие. Получены данные, которые изменили представления о слухе этих животных, опровергли некоторые ложные гипотезы и, фактически, позволили создать новый подход к изучению слуха млекопитающих. Эти результаты суммированы в монографиях (Supin et al., 2001; Попов, Супин, 2013).
Исследована топографическая организация сетчатки у ряда видов морских млекопитающих (китообразных и ластоногих), разработаны методы получения тотальных препаратов, анализа пространственного распределения клеток сетчатки (к.б.н. А.М.Масс). Установлены особенности топографической организации поля зрения китообразных и ластоногих, в частности, наличие у китообразных двух (а не одной, как у всех других млекопитающих) зон наилучшего видения в назальном и темпоральном секторах поля зрения, что обеспечивает универсальное вводно-воздушное зрение и большой сектор обзора. У ластоногих имеется одна зона наилучшего видения, подобно наземным хищным. Измерена ретинальная разрешающая способность в зонах наилучшего видения. Обнаружен неизвестный ранее механизм повышения остроты разрешающей способности сетчатки за счет кластерной группировки ганглиозных клеток.
Разработана оригинальная методика тестирования слуха, которая позволяет количественно оценить способность к различению сложных звуковых сигналов. Методика находит применение при фундаментальных и прикладных исследовании слуха человека (проф. А.Я.Супин, к.б.н. Д.И.Нечаев, н.с. О.Н.Милёхина).
Исследование цикла сон-бодрствование у дельфинов выявило у дельфинов совершенно неизвестный до этого механизм так называемого однополушарного сна. Это исследование, проведенное совместно А.Я. Супиным и Л.М. Мухаметовым, получило статус ОТКРЫТИЯ, а профессор Супин стал лауреатом Государственной премии СССР.
Были получены экспериментальные данные о соотношении функциональной асимметрии мозга (однополушарного сна / бодрствования) и асимметричного состояния глаз у китообразных (у белухи и дельфинов – афалин). Было установлено, что глаз контралатеральный спящему полушарию большую часть времени закрыт или прикрыт (более 90% времени). При этом глаз, контралатеральный бодрствующему полушарию чаще открыт или прикрыт (Lyamin et al., 2002a; 2004). Таким образом, одностороннее закрывание глаз может служить надежным критерием сна китообразных.
К настоящему моменту времени сотрудниками лаборатории исследованы особенности сна более чем у 25 видов животных, включая водных и полуводных млекопитающих (китообразные, ушастые и настоящие тюлени, морж, калан, амазонский ламантин, гиппопотам, нутрия), у нескольких видов наземных не лабораторных млекопитающих (слон, антилопа блесбок, доман, африканский слепыш), а также у 3 видов птиц и у 2 видов черепах.
Группой биоакустики в результате многолетнего теоретического и экспериментального изучения биогидродинамических механизмов плавания дельфинов разработана теория крыла, моделирующего хвостовую лопасть дельфина. Создан аналитический метод расчета гидродинамических характеристик крыла. Исследования кинематики и гидродинамики черноморских дельфинов включили в себя оценку предельной скорости плавания дельфина, формулирование закона деформации тела активно плывущего дельфина, изучение упругих свойств кожных покровов, доказательства наличия у дельфинов механизмов управления пограничным слоем.
В результате многолетних наблюдений и экспериментов, в том числе с использованием двойной электроакустической связи между изолированными дельфинами, были получены данные об изменении поведения и сигнализации афалин в процессе адаптации к условиям неволи, разнообразным стрессовым воздействиям и экспериментальным ситуациям, свидетельствующие о возможности использования параметров сигнализации для оценки состояния животных. Были изучены различия в характере использования свистов-автографов животными разного возраста, пола и эмоционального состояния.
В целом по результатам исследований лаборатории в свет выпущены десятки работ как в российских, так и в заграничных журналах и сборниках. Данная печатная продукция имеет высокие индексы цитирования. Результаты доложены также на множестве отечественных и международных конференций. Исследования лаборатории поддерживаются многочисленными грантами.
| Попов | Владимир | Владимирович | Заведующий лабораторией | д.б.н. | Главный научный сотрудник |
| Романенко | Евгений | Васильевич | Главный научный сотрудник | д.б.н. | Профессор |
| Супин | Александр | Яковлевич | Главный научный сотрудник | д.б.н. | Профессор |
| Сысуева | Евгения | Викторовна | Старший научный сотрудник | к.б.н. | |
| Милехина | Ольга | Николаевна | Научный сотрудник | к.б.н. | |
| Масс | Алла | Михайловна | Старший научный сотрудник | к.б.н. | |
| Нечаев | Дмитрий | Игоревич | Старший научный сотрудник | к.б.н. | |
| Савинкин | Олег | Владимирович | Главный специалист подразделения | ||
| Костина | Галина | Николаевна | Ведущий инженер | ||
| Назаренко | Евгений | Александрович | Ведущий инженер | ||
| Сидорова | Татьяна | Николаевна | Ведущий инженер | ||
| Гейко | Сергей | Петрович | Ведущий инженер | ||
| Глазов | Дмитрий | Михайлович | Ведущий инженер | ||
| Плетенко | Михаил | Георгиевич | Старший инженер | ||
| Сидорова | Ирина | Эдуардовна | Старший инженер | ||
| Клишин | Владимир | Олегович | Старший инженер | ||
| Томозова | Марина | Сергеевна | и.о. научного сотрудника | ||
| Тараканов | Михаил | Борисович | Младший научный сотрудник |