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 24-24-00139
НазваниеБиомеханика опорно-двигательного аппарата позвоночных как морфофункциональная основа их адаптаций к жизни в различных средах
РуководительБеляев Руслан Игоревич, Кандидат 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 | 2024 г. - 2025 г. |
Конкурс№89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-101 - Зоология
Ключевые словакостно-мускульная система, биомеханика, локомоция, функциональная морфология, адаптивная эволюция, позвоночные животные, осетрообразные, акулы, хоботные, плезиозавры, рукокрылые
Код ГРНТИ34.41.35
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Развитие технологий открыло для современных исследователей новые горизонты в изучении биомеханики. Это фундаментальное направление науки, находящееся на стыке биологии, механики и математики, изучает все разнообразие движений, совершаемых животными. Челюстной аппарат, осевой скелет и его мускулатура, а также скелет и мускулатура конечностей являются структурными элементами тела, которые лежат в основе передвижения, взаимодействия со средой обитания, добычи и обработки пищи. Среди огромного разнообразия современных и ископаемых позвоночных мы наблюдаем практически бесчисленное множество вариантов устройства этих элементов скелетно-мышечного аппарата. Их особенности находятся во взаимосвязи с таксономическим положением животного, средой обитания, способом локомоции, размерами тела, пищевыми объектами и т.д. Выявление морфофункциональных основ преобразований челюстного аппарата, осевого скелета и конечностей у различных позвоночных животных, плавающих и передвигающих по суше и по воздуху, позволит понять, как специфика строения связана с выполняемыми ими функциями, и как происходила их адаптивная эволюция в разных группах позвоночных.
Объектами планируемых исследований являются три фундаментальные составляющие опорно-двигательного аппарата позвоночных животных – челюстной аппарат, позвоночный столб и конечности. Морфофункциональные исследования челюстного аппарата у акул и осетрообразных направлены на выявление специализации к питанию принципиально различающимися по своим характеристикам пищевыми объектами и реконструкцию их адаптивной эволюции. Исследования позвоночного столба у крупнейших из современных млекопитающих направлены на понимание взаимосвязи между подвижностью и экстремальным увеличением размеров тела. Изучение позвоночника плезиозавров направлено на реконструкцию подвижности в сложных многозвенных структурах. Исследование кинематики наземной локомоции млекопитающих, специализированных к машущему полету, позволит выяснить степень влияния локомоторной среды на взаимодействующие с опорой части локомоторного аппарата – конечности.
Решение этих задач внесет значимый вклад в общую концепцию биомеханики и функциональной морфологии современных позвоночных, и позволит продвинуться в области реконструкции движений ископаемых. Практическим результатом исследований будет материал для инженерных решений и построения моделей биомиметических роботов.
Ожидаемые результаты
Кинематика скелетных элементов челюстного аппарата питающихся представителей осетровых (русский осетр – бентофаг, белуга – хищник) на разных стадиях развития будет описана при помощи высокоскоростной видеосъемки. Будет проведен морфо-функциональный анализ работы ротового аппарата у фиксированных коллекционных экземпляров осетровых. На этой основе будут количественно описаны отличия в биомеханике челюстного аппарата осетра и белуги и построена кинематическая модель работы челюстного аппарата осетровых.
Комбинируя современные высокотехнологичные методы (компьютерная рентген-томография высокого разрешения с контрастом и без) с классическими (послойная препаровка и морфометрия, гистологические исследования), будут собраны данные по строению скелетно-мускульной системы висцерального аппарата у представителей обоих семейств отряда многожаберных акул (Chlamydoselachidae, Hexanchidae). На основании полученных данных будет произведено качественное (детальное описание строения) и количественное (масса, длина волокон и физиологический поперечник мышц) сравнение представителей отряда Hexanchiformes. Собранные данные позволят произвести корректный биомеханический анализ работы висцерального аппарата этих акул.
В рамках развития направления исследований биомеханики позвоночного столба копытных млекопитающих будут изучены крупнейшие из наземных млекопитающих – хоботные. Выяснение основных составляющих межпозвонковой подвижности (сагиттальной и латеральной гибкости, и осевого скручивания) в различных отделах позвоночного столба позволят определить направления специализации подвижности млекопитающих, связанные с гигантизмом. Полученные результаты будут проанализированы в сравнении с множеством видов современных парнокопытных, непарнокопытных и хищных, что позволит оценить статистическую достоверность полученных выводов.
Исследования межпозвонковой подвижности будут проведены и для шейного отдела позвоночника у мезозойских морских рептилий из клады Plesiosauria. Плезиозавры не имеют аналогов в современной биоте, для этих рептилий было характерно уникальное для морских животных удлинение шеи, которое происходило в первую очередь за счет увеличения числа шейных позвонков (сомитогенеза). Функциональное назначение подобной шеи является важнейшим вопросом в понимании феномена плезиозавров с момента открытия этой группы. Впервые будет проведен сравнительный анализ подвижности шеи у длинношеих плезиозавров из семейства Cryptoclididae и короткошеих и крупноголовых представителей семейства Pliosauridae. Полученные данные по подвижности будут проанализированы в сравнении с широким перечнем современных амниот для наиболее точной функциональной интерпретации результатов.
В рамках изучения кинематики наземной локомоции млекопитающих будет проведено первое в своем роде полное кинематическое описание движения конечностей летающих млекопитающих при ходьбе. Изучение животных, столь далеко зашедших в освоении локомоции с опорой на воздух, как летучие мыши, позволит оценить регресс их локомоции по твердым субстратам, и тем самым определить точку адаптивного компромисса в локомоторном аппарате при освоении машущего полета. Полученные данные позволят впервые количественно оценить эволюционный процесс вторичной депарасагиттализации, сопровождающий переход от наземной локомоции к передвижению по воздуху у млекопитающих.
Исследования челюстного аппарата акул и осетров позволят выявить специфику аппарата захвата добычи у этих рыб. Результаты исследований позвоночника позволят расширить и обобщить представления о межпозвонковой подвижности в осевом скелете позвоночных. Исследования кинематики наземной локомоции у летучей мыши позволят выявить влияние глубокой адаптации к новой среде обитания (воздушной) на наземную локомоцию млекопитающих.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ