КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 22-24-00757
НазваниеТаксономическое, филогенетическое и функциональное разнообразие макробеспозвоночных горных водотоков в градиенте экологических факторов
РуководительЯныгина Любовь Васильевна, Доктор биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук, Алтайский край
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2022 г. - 2023 г. |
Конкурс№64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-103 - Гидробиология и ихтиология
Ключевые словамакробеспозвоночные, биоразнообразие, биоиндикация, экосистемы, реки
Код ГРНТИ34.35.33
СтатусУспешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В условиях постоянного роста антропогенной нагрузки и связанного с этим увеличения уровня антропогенной трансформации экосистем особо остро встают вопросы разработки новых подходов, направленных на получение быстрых и объективных оценок состояния экосистем, установление приоритетов сохранения экосистем и разработку стратегий восстановления нарушенных экосистем. Для решения этих вопросов первоочередное значение имеет познание естественной динамики сообществ, что будет способствовать более глубокому пониманию особенностей трансформации сообществ при антропогенном воздействии.
Проект направлен на исследование роли экологических градиентов в структурировании сообществ на основе изучения таксономического, филогенетического и функционального разнообразия (ТФФР) сообществ макробеспозвоночных горных водотоков. Комплексный анализ количественных оценок изменений ТФФР сообществ вдоль экологических градиентов будет способствовать формированию более глубоких представлений об экологических и эволюционных механизмах организации биологических сообществ, предоставляя важную дополнительную информацию о совместном влиянии разных факторов, поскольку таксономический, филогенетический и функциональный состав сообществ могут быть частично структурированы различными процессами .
Горные системы характеризуются наличием значительных экологических градиентов, что делает их удобным объектом для изучения изменений структуры сообществ под влиянием различных факторов. Проектом предусмотрено изучение ТФФР сообществ макробеспозвоночных горных водотоков, водосборы которых расположены в различных высотных зонах (от низкогорий до высокогорий). Впервые исследования ТФФР сообществ макробеспозвоночных будут выполнены в таком широком диапазоне высоты над уровнем моря и градиенте экологических условий (включая антропогенные), а обнаруженные тенденции будут проанализированы в различных пространственных масштабах и на различных уровнях (альфа-, бета- и гамма-) разнообразия. В ходе выполнения проекта впервые будут получены данные по содержанию стабильных изотопов углерода и азота в ЕРТ-таксонах (Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera) макробеспозвоночных водотоков Алтая и оценена информативность использования этих данных в качестве интегрального функционального показателя ТФФР.
Для решения поставленных задач будут выполнены комплексные исследования широкого круга гидрологических, гидрофизических, гидрохимических и гидробиологических характеристик горных водотоков. Несмотря на использование в ходе выполнения проекта данных, полученных в одном регионе (Русский Алтай), его результаты будут способствовать формированию представлений о динамике ТФФР горных водотоков в целом, что обусловлено обследованием обширного географического региона со значительно различающимися природными условиями на разных его участках (от лесной зоны до горной тундры), рассмотрением широкого диапазона факторов окружающей среды и значительных экологических градиентов.
Ожидаемые результаты
1. База данных по таксономическому составу, функциональным характеристикам и филогенетическим особенностям сообществ макробеспозвоночных горных водотоков Алтая различных высотных зон, а также условиям их обитания (вкл. гидрофизические, гидрологические, гидрохимические и гидробиологические характеристики)
2. Результаты оценки значимости различных экологических факторов в изменении ТФФР сообществ макробеспозвоночных водотоков, водосборная территория которых расположена на разной высоте над уровнем моря (от низкогорий до высокогорий)
3. Выявленные особенности изменения альфа-, бета- и гамма- разнообразия таксономических, филогенетических и функциональных характеристик сообществ макробеспозвоночных горных водотоков Алтая
4. Оценка возможности использования результатов анализа стабильных изотопов углерода и азота в макробеспозвоночных в качестве интегрального функционального признака при оценке ТФФР сообществ макробеспозвоночных горных водотоков
5. Анализ изменений ТФФР сообществ под влиянием антропогенной трансформации экосистем; выявление индексов ТФФР (и/или их комплекса), отражающих экологическое состояние и уровень антропогенной трансформации экосистем
Предлагаемый данным проектом синтетический подход, объединяющий традиционные методы исследований таксономического разнообразия, современные подходы к анализу функциональных аспектов разнообразия и достижения филогенетики сообществ позволит сформулировать новые представления об экологических и эволюционных механизмах формирования сообществ макробеспозвоночных горных водотоков.
Результаты этого проекта также расширят знания о биоразнообразии слабоизученных экосистем (рек Алтая), дадут ценные знания об особенностях антропогенной трансформации ТФФР сообществ, позволят определить индикаторные показатели для оценки состояния экосистем различных высотных зон, что будет использовано при разработке, дополнении и совершенствовании методологии экологического мониторинга.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2022 году
На первом этапе выполнения проекта основное внимание было уделено сбору натурного материала для проведения исследования. Выполнены экспедиционные работы на 30 малых водотоках, расположенных на высоте от 350 до 2300 м над у.м., получены современные натурные данные по видовому разнообразию, численности, биомассе, структурным характеристикам донных сообществ и факторам их формирования в разнотипных реках Алтайской горной страны. В результате анализа полученных данных выявлено, что видовое богатство, численность и биомасса ЕРТ таксонов макробеспозвоночных снижались с повышением высоты над уровнем моря и были тесно связаны между собой и с температурой воды, концентрацией и уровнем насыщения воды кислородом, содержанием в воде биогенных элементов и БПК5.
Собраны и проанализированы литературные и архивные данные по гидроморфологическим, гидрохимическим, гидрофизическим и гидробиологическим характеристикам горных водотоков Алтайской горной страны. Показано, что характер донных отложений и изменения экологических условий, связанных с высотой водосбора реки над уровнем моря, являются ведущими факторами изменчивости донных сообществ горных рек Алтая. Проанализированы особенности продольного распределения макробеспозвоночных в водопадных реках. Сформирована база данных, содержащая архивные и полученные в ходе выполнения проекта данные. Анализ этих данных позволил выявить тенденции изменения экологических условий обитания макробеспозвоночных в водотоках в градиенте высоты над уровнем моря и выделить наиболее значимые экологические градиенты.
Публикации
1. Яныгина Л.В. Оценка влияния промышленно-селитебной агломерации г. Горно-Алтайска на экологическое состояние р. Улалушка Известия Алтайского отделения Русского географического общества, № 2 (65). С. 82-91. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.24412/2410-1192-2022-16504
2. Яныгина Л.В. Пространственные аспекты организации сообществ макробеспозвоночных горных водотоков Алтая Биология внутренних вод, № 6. – С. 759–765. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.31857/S0320965222060225
3. Яныгина Л.В., Шипунов П.А. The role of waterfalls in the structure of macroinvertebrate communities of the Tevenek River (Lake Teletskoye basin, Northeastern Altai) Acta Biologica Sibirica, Vol. 8. P. 521–529 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.14258/abs.v8.e32
4. Яныгина Л.В. Современное состояние сообществ макробеспозвоночных низкогорных водотоков Алтая Водные и экологические проблемы Сибири и Центральной Азии. Материалы IV Всероссийской научной конференции с международным участием., Т. 2. – С.346-349. (год публикации - 2022)
5. Яныгина Л.В., Шипунов П.А. Сообщества макробеспозвоночных водопадных рек: таксономическое разнообразие и пространственное распределение Чтения памяти В.И. Жадина, Санкт-Петербург: СПбФ ИИЕТ РАН, 2022. – С.97-98 (год публикации - 2022)
6. - Секреты рек: у нас в гостях биолог Любовь Васильевна Яныгина За науку, 2022. № 22 (1679) (год публикации - )
7. - Гидробиолог Любовь Яныгина рассказала, какого качества вода в алтайских реках телеканал Катунь 24 — новости Барнаула и Алтайского края, программа «Новое утро» 14.03.2022 (год публикации - )
Аннотация результатов, полученных в 2023 году
На заключительном этапе реализации проекта основное внимание уделено анализу информативности использования показателей таксономического, филогенетического и функционального разнообразия сообществ макробеспозвоночных при оценке экологического состояния низкогорных водотоков. Выполнены полевые работы на участках выше и ниже населенных пунктов еще двух водотоков, в ходе которых собраны макробеспозвоночные и их трофические ресурсы для анализа стабильных изотопов углерода и азота. Выявлено, что на всех исследованных участках реках, протекающих по селитебным территориям, макробеспозвоночные различного таксономического положения обогащены δ15N. Показано, что повышенные значения δ15N в тканях макробеспозвоночных сохраняются и в период пониженного поступления загрязняющих веществ с водосбора (период снежного покрова).
Структурные характеристики сообществ донных макробеспозвоночных также являются чувствительным индикатором изменений экологического состояния рек под влиянием селитебных территорий. Проведенные исследования показали, что функциональное богатство сообществ является наиболее чувствительным показателем (по сравнению с таксономическими и филогенетическими показателями), способным отражать степень антропогенной трансформации водных экосистем. Снижение таксономического и функционального богатства донных сообществ ниже селитебных зон свидетельствует о высокой значимости этого вида антропогенного воздействия в трансформации донных сообществ низкогорных водотоков Алтая.
Завершен анализ особенностей изменений показателей функционального и филогенетического разнообразия сообществ макробеспозвоночных в градиенте экологических факторов, связанных с изменением высоты водосбора рек. Анализ данных показал, что наибольшую долю изменчивости функционального и филогенетического богатства сообществ макробеспозвоночных водотоков объясняли высотная зона, концентрация и уровень насыщения воды кислородом. Показано, что альфа- и гамма-компоненты функционального и филогенетического разнообразия снижаются от низкогорных водотоков к высокогорным, при этом бета-разнообразие (отражающее степень сходства сообществ разных рек одной высотной зоны) растет. Проведенные исследования позволили выявить существенные различия трофических условий в водотоках разных высотных зон, проявляющиеся как в трансформации изотопных подписей трофических ресурсов, так и перестройках рациона макробеспозвоночных. Макробеспозвоночные высокогорных водотоков и их трофические ресурсы обеднены δ15N, что, по-видимому, отражает снижение содержания азота на водосборной территории высокогорных рек.
Полученные данные свидетельствуют о высокой информативности использования изотопных подписей макробеспозвоночных и показателей функционального богатства сообществ как в качестве маркеров антропогенной трансформации урбанизированных экосистем, так и в качестве индикаторов изменения экологических условий водосборной территории рек. Полученные результаты способствуют развитию представлений о факторах формирования биоразнообразия сообществ макробеспозвоночных горных водотоков, а также пониманию особенностей трансформации сообществ в зонах повышенного антропогенного воздействия.
Информация о ходе выполнения проекта размещена на сайте ИВЭП СО РАН: http://iwep.ru/scientific-work/grants-of-scientific-foundations/1569/
Публикации
1. Яныгина Л.В. Особенности структурных перестроек сообществ водных макробеспозвоночных низкогорных водотоков Алтая под влиянием селитебных территорий Трансформация экосистем, Трансформация экосистем 6 (5), 95–106. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.23859/estr-220915
2. Яныгина Л.В., Бурмистрова О.С., Волгина Д.Д., Котовщиков А.В., Парадосский В.Л., Шипунов П.А. Сообщества макробеспозвоночных горных водотоков Алтая: факторы формирования и особенности распределения в градиенте высоты над уровнем моря Труды Зоологического института РАН, 327, № 3, 2023, c. 419–429 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31610/trudyzin/2023.327.3.419
3. Яныгина Л.В., Волгина Д.Д. Показатели функционального разнообразия сообществ макробеспозвоночных в оценке экологического состояния горных водотоков Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы : сборник материалов / отв. ред. И. И. Томилина - Ярославль : Филигрань, 2023. – С.291-294. (год публикации - 2023)
Возможность практического использования результатов
Результаты могут быть использованы для совершенствования системы экологического мониторинга водных объектов.