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 23-14-00128

НазваниеРасселение гидробионтов в континентальных водоемах Понто-Каспийского бассейна как непрерывный ряд событий от палеогеновых миграций и неогеновых волн вселения из Паратетиса к плейстоценовым пульсациям ареалов и современным антропогенным инвазиям

РуководительКотов Алексей Алексеевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 2023 г. - 2025 г. 

Конкурс№80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-101 - Зоология

Ключевые словазоология, биоразнообразие, Cladocera, Copepoda, Anostraca, Amphipoda, континентальные водоемы, молекулярная филогенетика, биогеография, филогеография, систематика, фаунистика

Код ГРНТИ34.35.15


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Данный проект посвящен фундаментальной проблеме понимания общих закономерностей изменений паттернов биоразнообразия континентальных водоемов под влиянием естественных факторов и человеческой деятельности. В рамках данной тематики, коллективом предлагается комплексный проект по выявлению общих закономерностей колонизации гидробионтами новых территорий в прошлом и настоящем на примере нескольких модельных групп в обширном регионе со сложной геологической историей в кайнозое – Понто-Каспийском бассейне. В рамках конкретной цели будут проводиться работы по следующим конкретным задачам: 1) Провести филогеографический анализ ряда таксонов гидробионтов различной систематической принадлежности (ракообразных Cladocera, Anostraca, Amphipoda, Mysida и рыб Actinopteri) и выявить генетическими методами историю их расселения в глобальном масштабе и в пределах Понто-Каспийского региона в плейстоцене-голоцене и в предшествующие эпохи. Данные работы по нескольким группам ракообразных будут подкреплены таксономическими ревизиями. 2) Значительно повысить уровень знаний об эндемизме разных групп ракообразных (Cladocera, Anostraca, Copepoda и Amphipoda) на уровне таксонов и гаплотипов; непосредственно описать и переописать ряд таксонов, эндемичных для региона, а также эндемичных для всего региона Паратетиса (Средиземноморья – Черноморья – Каспийского региона). 3) Специально изучить широтную переходную зону между основными биогеографическими областями ("бореальной" и "тропической" в схеме Коровчинского и др., 2021) с целью ее более точной локализации и проверки гипотезы о том, что она примерно совпадает с зоной древнего эндемизма и положение первой обуславливается наличием в этом регионе древних филогенетических линий, занявших пригодные местообитания и осложнявших продвижение через них родственным линиям в широтном направлении. 4) Среди объектов данного проекта, специально изучить таксоны, для которых отмечено расширение их ареалов по Волге и другим рекам на север и продемонстрировать решающий вклад в этот процесс антропогенного переноса и малую проницаемость переходной зоны между биогеографическими областями для естественного расширения ареалов теплолюбивых видов на север. 5) Выявить общие черты и отличия расширения ареалов водных животных при естественном расселении (в т.ч., из ледниковых рефугиумов) и при их распространении из регионов-доноров в виде биологических инвазий. 6) Сформировать базу данных последовательностей («штрих-кодов») митохондриального гена COI аборигенных и чужеродных видов ветвистоусых ракообразных и некоторых других ракообразных (Anostraca, Copepoda, Amphipoda. Mysida) Понто-Каспийского региона и непосредственно подтвердить новые случаи криптических инвазий в других регионах, для которых он является донором инвазий. 7) Провести комплексное изучение истории современного (последние 50 лет) расширения ареалов различных видов водных животных в основных речных бассейнах Европейской России. Проект будет сосредоточен на нескольких модельных группах: ветвистоусых ракообразных (Cladocera), голых жаброногах (Anostraca), веслоногих ракообразных (Copepoda), амфиподах (Amphipoda), мизидах (Mysida) и костных рыбах (Actinopteri). Наш проект позволит взглянуть под новым углом на проблему биологических инвазий, которые относятся к основным современным угрозам для биоразнообразия.

Ожидаемые результаты
В настоящее время появляется все больше фактов, показывающих, что благодаря непреднамеренному воздействию человека, например, в результате интродукции чужеродных видов, с трудом сохраненные экосистемы могут измениться до неузнаваемости в течение весьма короткого времени. Этот процесс нуждается в изучении и осмыслении, в том числе, в виде сравнения современных паттернов расселения гидробионтов с таковыми далекого и недавнего прошлого. Исследования в данном направлении могут помочь разработать методы контроля инвазий, что представляется важной народнохозяйственной и природоохранной задачей. Настоящий проект направлен на создание научных основ стратегии и тактики эффективного сохранения и управления водными экосистемами, в том числе, выработки конкретных рекомендаций по минимизации негативных воздействий, что особенно важно в условиях ограниченности финансовых ресурсов. Крайне важной в рамках данного проекта является прогностическая сторона работ, позволяющая предсказать развитие ситуации с тем или иным видом и экосистемой под влиянием чужеродных видов. Помимо практического значения, особо следует отметить значимость изучения динамики ареалов организмов для фундаментальной науки - все нарастающий по масштабам и скорости инвазионный процесс является удобной моделью для получения новых фундаментальных знаний о механизмах эволюционных преобразований видов и механизмов формирования биоразнообразия. Поскольку в Понто-Каспийском бассейне период активизации антропогенных инвазий является лишь этапом в постоянных пертурбациях ареалов различных видов, мы можем использовать знания о таковых, случавшихся в различные предыдущие эпохи, для предсказания последствий современных процессов и выработке рекомендаций по ограничению их негативных последствий. Непосредственно для контроля биологических инвазий представляется весьма актуальной проверка нашей гипотезы о том, что переходная зона между биогеографическими областями, сформировавшаяся под действием исторических факторов, мало проницаема для естественного расширения ареалов отдельных видов. Она преодолевается в виде "дисперсионных событий", актов переноса (естественного или антропогенного). Поэтому естественное проникновение теплолюбивых видов тропического генезиса в северном полушарии на север в современных условиях (с устоявшимися границами и переходными зонами) весьма ограничено, и такие факты в качестве презумпции (если нет прямых доказательств противного) надо рассматривать как антропогенные заносы с последующим расширение ареалов, а не как естественные процессы. Новизна данного проекта заключается в сравнительном анализе палео- и неоинвазий на основании оригинальных данных по нескольким группам пресноводных животных, что с одной стороны, позволит использовать имеющуюся информацию о палеоинвазиях для прогнозирования последствий современных инвазий, и, наоборот – на основе изучения современных инвазий повысить точность реконструкций палеоинвазий. Оригинальный анализ будет усилен анализом имеющейся литературы по данному вопросу. В конечном итоге будут получены принципиально новые знания о механизмах формирования локального (в данном случае, бассейнового) биоразнообразия водных систем. Кроме того, анализ расширения ареалов позволит выявить механизмы динамики генетической структуры популяций и формообразования живых организмов. Новизна проекта также связана с его мультдисциплинарностью, поскольку в состав коллектива входят систематики, эволюционные морфологи, генетики, специалисты по популяционной биологии и экологи с широким охватом объектов исследований. Мало того, вопросы филогеогорафии Понто-Каспийского региона будут решаться в масштабах более глобальной филогеографии ряда таксонов из разных групп. Помимо новизны общих подходов, реализация проекта (помимо его аналитической составляющей) должна привести к накоплению многочисленных новых фактов в области фиксации изменений ареалов и новых находок, в том числе, для фауны РФ и их предварительной систематизации и занесения в общедоступные базы данных, а также выявления вселения чужеродных видов и потенциальных, криптических и явных биологических инвазий.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Разобрано более 400 спиртовых проб из нескольких регионов, представляющих особый интерес для данного проекта: Краснодарского края, Дагестана, Калмыкии и Казахстана, а также из ряда регионов Средней полосы РФ, Горного Крыма и Ирана. Все ветвистоусые ракообразные из старых и вновь собранных проб определены до вида или, в сложных случаях, до группы видов. Все определения занесены в рабочую базу данных коллектива, которая является базисом для выполнения проекта. Специально подробно изучена фауна ветвистоусых ракообразных (Cladocera) низменностей Предкавказья для установления общих закономерностей их распространения, т.е. выявления локальных очагов биоразнообразия региона. Все таксоны отнесены к следующим географическим фаунистическим комплексам: (1) широкораспространенный евразийский (WE), (2) южный тропический (ST), (3) средиземноморско-понто-каспийский эндемичный (EN), (4) аридный (AR); и двум искусственным группам: (5) широко распространенные неревизионные таксоны (WS) и (6) восточные (возможно, антропогенные) вселенцы (IS). Руководителю представляется крайне важным этот опыт выделения фаунистических комплексов ветвистоусых ракообразных в Европе. Распределение фаунистических комплексов между двумя основными биотопами в Тамани и в остальном Предкавказье существенно различается: оно относительно сходно для бентосных + литоральных (BP) видов, но сильно различается для планктонных видов (PL). Среди видов PL в Таманской подобласти доля видов EN, IS и AR значительно выше, а доля WE и WS значительно ниже, чем в остальном Предкавказье. Ovalona cambouei (Cladocera: Anomopoda) впервые найдена на территории Российской Федерации. Получено более 1000 «баркодов» (последовательностей гена COI) представителей родов Daphnia, Scapholeberis, Moina, Bosmina, Chydorus, Pleuroxus из нескольких территорий в пределах исследуемого региона. Для каждого таксона были построены предварительные «идентификационные деревья» по результатам оригинальных сиквенсов, и таковых, выгруженных и бах данных Genbank и BOLD. Продемонстрированы специфичность таксона Daphnia triquetra и парафилетичекий статус комплекса видов D. atkinsoni, к которому первая относилась до настоящего времени. Показано, что группа видов D. atkinsoni является эндемиком Средиземноморско-Понто-Каспийского региона. Начато полногеномное исследование данного комплекса. К настоящему времени получены риды, геномы еще не собраны окончательно, однако качество покрытия признано очень хорошим, достаточным для сборки полных митохондриальных геномов и получения скаффолдов ядерного генома большой длины, которые также предварительно собраны, но еще не приведены в состояние, достаточное для их депонирования в GenBank. Проведены аналитические работы по филогеографии комплекса видов Daphnia similis, базирующейся на генах COI, 12S и 18S и построены предварительные сети гаплотипов митохондриального гена COI. Проведены аналитические работы (гены COI, 18S) для последующего филогенетического анализ рода Pleuroxus и филогеографического анализа группы видов P. truncatus, в результате которого планируется в дальнейшем очертить плейстоценовые рефугиумы пресноводной фауны, в том числе, в Понто-Каспийском регионе. Продолжено филогеографическое исследование группы видов Bosmina longirostris, базирующееся на анализе последовательностей четырех генов (16S, COI, ITS, HSP90), в результате которого, помимо прочего, несколько случаев антропогенных инвазий чужеродных гаплотипов и даже видов в пределах данного обычнейшего комплекса видов. Получены многочисленные последовательности генов COI, 12S, 18S и 28S представителей рода Bythotrephes, являющегося видом, резко расширяющим свой ареал. Проведен цикл работ по генетическим исследованиям рода Chirocephalus (Anostraca), а также по ряду таксонов Niphargus (Amphipoda), получены сиквенсы митохондриального гена COI помогут реконструировать их филогеографические отношения. Проведены пробные ПЦР реакции и секвенирование последовательностей нескольких митохондриальных генов (COIи 16S) амфипод рр. Pontogammarus и Dikerogammarus и мизид Paramysis lacustris. Собраны необходимые данные для литературного обзора по филогеографиии экологии понто-каспийских видов амфипод и мизид, а также проведены предварительный анализ и обобщение имеющихся данных по распространению высших ракообразных понто-каспийского и понто-азовского комплекса в водоемах Средней и Нижней Волги. Составлены списки фауны гарпактикоида бассейна Северного Каспия и солоноватоводных водоемов полуострова Крым. Три из обнаруженных видов гарпактикоид являются новым для науки. Один вид является новым для Каспия. Проведен исчерпывающий анализ публикаций по рыбам бассейна Волги и Камы с целью выявления всех документированных регистраций фактически всех видов-вселенцев, а также актуализированы данные о находках и распространении массовых аборигеннных видов в регионе. Для чужеродных видов приведены данные последовательностей COI, 16S и 18S и данные по генетическому полиморфизму по этим локусам, т.е. фактически закончено создание массива данных «эталонных» последовательностей для ДНК-идентификации чужеродных видов рыб. Проведено тестирование и подбор оптимальных условий ПЦР для нескольких локусов тюльки. Использование данных праймеров сможет существенно расширить достоверность восстановления мультилокусной филогении тюльки в дальнейших исследованиях.Нами было принято решение к секвенированию всего митогенома тюльки с целью выбора наиболее релевантных локусов. В настоящее время получена предварительная «черновая» сборка митогенома тюльки из Рыбинского водохранилища. В то же самое время, получены предварительные результаты полногеномного секвенирования ряда популяций тюльки, но это данные пока находятся в стадии обработки. Как и планировалось, к концу первого (неполного) года было трудно ожидать каких-то глубоких обобщений по его тематике было трудно. Однако, к общим заключениям следует отнести обобщение всей имеющейся информации о рыбах бассейна Волги (в том числе, инвазионных видах). Наиболее общим является выявление у ветвистоусых ракообразных потенциального рефугиума в районе Таманского полуострова и дельты Кубани, что вполне соответствует современным выводам по другим группам. К концу года опубликованы или приняты в печать три статьи, в том числе две – в отечественных журналах Scopus Q2, то есть, план по статьям значительно перевыполнен. Состав коллектива за год не претерпел каких-либо изменений.

 

Публикации

1. Аксенова М.Д., Кроленко И.И., Котов А.А. Cladocera (Crustacea: Branchiopoda) in lowlands of the Ciscaucasian Region, European Russia Arthropoda Selecta, - (год публикации - 2023)

2. Гарибян П.Г., Аксенова М.Д. Ovalona cambouei (Guerne & Richard, 1893) (Cladocera: Anomopoda: Aloninae): The first record for Russia Invertebrate Zoology, 20(4): 411–416 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.15298/invertzool.20.4.06

3. Карабанов Д.П. и др. A Dataset of Non-Indigenous and Native Fish of the Volga and Kama Rivers (European Russia) Data, 8, 154. https://doi.org/10.3390/ data8100154 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/data8100154

4. - УЧЕНЫЕ СФОРМИРОВАЛИ БАЗУ ДАННЫХ ЧУЖЕРОДНЫХ И АБОРИГЕННЫХ РЫБ РЕК ВОЛГИ И КАМЫ Новости ИПЭЭ РАН, 01.11.2023 (год публикации - )