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 проекта 19-14-00045
НазваниеМорфофункциональные особенности мельчайших шестиногих (Hexapoda)
Руководитель Полилов Алексей Алексеевич, Доктор биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва
Конкурс №35 - Конкурс 2019 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 слова Миниатюризация, насекомые, Insecta, коллемболы, Hexapoda, морфология, анатомия, полет, методы, трехмерная электронная микроскопия
Код ГРНТИ34.33.19
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Миниатюризация – одно из основных направлений эволюции насекомых (Четвериков, 1915), которое может приводить к уменьшению размеров тела до сопоставимого с одноклеточными организмами. В результате миниатюризации у насекомых наблюдаются значительные перестройки, затрагивающие практически все органы (Polilov, 2016), а у мельчайших насекомых возникают модификации не только на органном, но и на клеточном уровне (Polilov, 2012, 2017). Наши работы по исследованию явлений, связанных с миниатюризацией, сформировали новое направление в эволюционной и функциональной морфологии беспозвоночных, а крупные открытия, сделанные в этой области, поставили перед наукой новые вопросы: их решение чрезвычайно актуально и будет иметь безусловное фундаментальное и прикладное значение. Проект представляет собой комплексную работу в нескольких направлениях, каждое из которых принципиально важно для изучения влияния размеров тела на строение и жизнедеятельность животных.
Последствия миниатюризации в разных группах насекомых могут быть как общие, так и принципиально различные (Polilov, 2015, 2016). Проект предполагает существенно расширить представления о миниатюризации как явлении через привлечение к исследованию новых объектов, как среди насекомых, так и среди других шестиногих (Hexapoda). Впервые будет изучена анатомия мельчайших коллембол и выделены морфологические особенности этих животных, связанные с миниатюризацией. Изучение коллембол, представителей сестринской группы для насекомых, и масштабный сравнительный анализ морфофункциональных особенностей мельчайших представителей двух классов Hexapoda дадут возможность выявить общие закономерности эволюции надкласса при миниатюризации.
Последние годы активно развиваются методы трехмерного изучения ультраструктурной организации клеток и тканей живых организмов. Миниатюрные размеры наших объектов позволяют исследовать их целиком с нанометровом разрешением при помощи современных трехмерных электронных микроскопов и нанотомографов. Привлечение этих методов для изучения микронасекомых позволит получить принципиально новые данные о строении органов чувств и центральной нервной системы на клеточном и субклеточном уровне, проекциях отдельных рецепторов в мозговые центры и начать работу над первым полным коннектомом насекомых.
Размер тела – важная характеристика животных, которая во многом определяет не только морфологию, но и физиологию и биологию вида (Шмидт-Ниельсен, 1987). Работ, описывающих функциональное значение структурных особенностей, связанных с миниатюризацией, совсем немного, и одна из задач нашего проекта – начать заполнять этот пробел. В этих рамках, в первую очередь, будут исследованы функциональные основы полета микронасекомых и принципы работы их органов чувств. Недавно нами было впервые показано, что, несмотря на экстремально малые размеры тела, жуки-перокрылки (Coleoptera: Ptiliidae) способны к активному машущему высокоманевренному полету (Polilov et al., 2017). Первые результаты изучения работы их крылового аппарата свидетельствует о том, что кинематика и аэродинамика полета микронасекомых принципиально отличается от таковых у крупных насекомых. Расширение круга изучаемых объектов (исследование полета миниатюрных двукрылых), совершенствование методов получения и анализа данных позволят получить важнейшие сведения о полете мельчайших насекомых. Исследование миниатюризации органов чувств, включая волюмометрический анализ клеточных и субклеточных элементов, механизмов свето-темновой адаптации органов зрения и морфофункциональный анализ антеннальных сенсилл позволят сформулировать принципы миниатюризации сенсорных систем.
Данные, накопленные нами за предыдущие годы, вместе с результатами этого проекта, станут основой для масштабного аллометрического анализа качественных и количественных изменений, связанных с уменьшение размеров тела у Hexapoda. Этот анализ позволит выявить общие принципы масштабируемости органов, тканей и клеток, а также уточнить высказанные нами ранее гипотезы о факторах, лимитирующих минимальные размеры тела животных.
Результаты проекта могут существенно повлиять на современную науку: значительно расширить представления о явлении миниатюризации в животном мире, предопределить новые направления в изучении трехмерной организации органов чувств насекомых и миниатюризации сенсорных систем, в коннектомике насекомых, в исследовании полета насекомых и разработке миниатюрных летательные аппаратов.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Панина И.В., Потапов М.Б., Полилов А.А.
Effects of miniaturization in the anatomy of the minute springtail Mesaphorura sylvatica (Hexapoda: Collembola: Tullbergiidae)
PeerJ, https://peerj.com/articles/8037 (год публикации - 2019)
10.7717/peerj.8037
2.
Полилов А.А.
Маленькие перепончатокрылые и большие фундаментальные задачи
Евроазиатский симпозиум по перепончатокрылым насекомым (Владивосток, 9–15 сентября 2019 г.): тезисы докладов (год публикации - 2019)
10.25221/hym4
3.
Макарова А.А., Полилов А.А.
Первая субклеточная реконструкция целого сложного глаза насекомого на примере Megaphragma amalphitanum (Hymenoptera: Trichogrammatiae)
IV Евроазиатский симпозиум по перепончатокрылым насекомым (Владивосток, 9–15 сентября 2019 г.): тезисы докладов, https://doi.org/10.25221/hym4 (год публикации - 2019)
10.25221/hym4
4.
Дьякова А.В., Макарова А.А., Полилов А.А.
Морфология антеннальных сенсилл мельчайших наездников Megaphragma (Hymenoptera: Trichogrammatidae)
IV Евроазиатский симпозиум по перепончатокрылым насекомым (Владивосток, 9–15 сентября 2019 г.): тезисы докладов, https://doi.org/10.25221/hym4 (год публикации - 2019)
10.25221/hym4
5.
Полилов А.А., Рибера И., Яворская М.И., Кардосо А., Гребенников В.В., Бойтель Р.Г.
The phylogeny of Ptiliidae (Coleoptera: Staphylinoidea) – the smallest beetles and their evolutionary transformations
Arthropod Systematics & Phylogeny, 77(3): 433-455 (год публикации - 2019)
10.26049/ASP77-3-2019-4
6.
Веко Е.Н., Полилов А.А.
Влияние миниатюризации на анатомию Corynoneura scutellata Winnertz, 1846 (Diptera: Chironomidae) – одного из мельчайших двукрылых
Зоологический журнал, 99(12): 1398-1410 (год публикации - 2020)
10.31857/S0044513420090184
7.
Фарисенков С.Э., Лапина Н.А., Петров П.Н., Полилов А.А.
Extraordinary flight performance of the smallest beetles
Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(40): 24643-24645 (год публикации - 2020)
10.1073/pnas.2012404117
8.
Будино Б.Е., Бойтель Р.Г., Горб С.Н., Полилов А.А.
Functional diversity of attachment and grooming leg structures is retained in all but the smallest insects
Journal of Zoology, https://doi.org/10.1111/jzo.12840 (год публикации - 2020)
10.1111/jzo.12840
9.
Петров П.Н., Фарисенков С.Э., Полилов А.А.
Miniaturization re-establishes symmetry in the wing folding patterns of featherwing beetles
Scientific Reports, 2020, 10: 16458 (год публикации - 2020)
10.1038/s41598-020-73481-7
10.
Коломенский Д., Фарисенков С., Энгельс Т., Лапина Н., Петров П., Леманн Ф.-О., Ониши Р., Лю Х., Полилов А.
Aerodynamic performance of a bristled wing of a very small insect
Experiments in Fluids, 61: 194 (год публикации - 2020)
10.1007/s00348-020-03027-0
11. Коломенский Д., Фарисенков С., Энгельс Т., Лапина Н., Петров П., Леманн Ф.-О., Ониши Р., Лю Х., Полилов А. Flow Dynamics and Flight of the Smallest Featherwing Beetles Proceedings of the Seventeenth International Conference on Flow Dynamics, 78-79 (год публикации - 2020)
12.
Полилов А.А., Макарова А.А.
Constant neuropilar ratio in the insect brain
Scientific Reports, 10:21426 (год публикации - 2020)
10.1038/s41598-020-78599-2
13. Веко Е.Н., Полилов А.А. Особенности анатомии миниатюрных короткоусых двукрылых (Diptera: Sphaeroceridae, Ephydridae) Зоологический журнал (год публикации - 2021)
14. Коломенский Д., Фарисенков С., Энгельс Т., Лапина Н., Петров П., Леманн Ф.-О., Ониши Р., Лю Х. Computational Fluid Dynamics Analysis of a Small Beetle The 34rd Computational Fluid Dynamics Symposium, Paper No. D04-1 (год публикации - 2021)
15. Фарисенков С.Э., Коломенский Д., Петров П.Н., Энгельс Т., Лапина Н.А., Леманн Ф.-О., Ониши Р., Лю Х., Полилов А.А. Novel flight style and light wings boost flight performance of tiny beetles Nature (год публикации - 2021)
Публикации
1.
Панина И.В., Потапов М.Б., Полилов А.А.
Effects of miniaturization in the anatomy of the minute springtail Mesaphorura sylvatica (Hexapoda: Collembola: Tullbergiidae)
PeerJ, https://peerj.com/articles/8037 (год публикации - 2019)
10.7717/peerj.8037
2.
Полилов А.А.
Маленькие перепончатокрылые и большие фундаментальные задачи
Евроазиатский симпозиум по перепончатокрылым насекомым (Владивосток, 9–15 сентября 2019 г.): тезисы докладов (год публикации - 2019)
10.25221/hym4
3.
Макарова А.А., Полилов А.А.
Первая субклеточная реконструкция целого сложного глаза насекомого на примере Megaphragma amalphitanum (Hymenoptera: Trichogrammatiae)
IV Евроазиатский симпозиум по перепончатокрылым насекомым (Владивосток, 9–15 сентября 2019 г.): тезисы докладов, https://doi.org/10.25221/hym4 (год публикации - 2019)
10.25221/hym4
4.
Дьякова А.В., Макарова А.А., Полилов А.А.
Морфология антеннальных сенсилл мельчайших наездников Megaphragma (Hymenoptera: Trichogrammatidae)
IV Евроазиатский симпозиум по перепончатокрылым насекомым (Владивосток, 9–15 сентября 2019 г.): тезисы докладов, https://doi.org/10.25221/hym4 (год публикации - 2019)
10.25221/hym4
5.
Полилов А.А., Рибера И., Яворская М.И., Кардосо А., Гребенников В.В., Бойтель Р.Г.
The phylogeny of Ptiliidae (Coleoptera: Staphylinoidea) – the smallest beetles and their evolutionary transformations
Arthropod Systematics & Phylogeny, 77(3): 433-455 (год публикации - 2019)
10.26049/ASP77-3-2019-4
6.
Веко Е.Н., Полилов А.А.
Влияние миниатюризации на анатомию Corynoneura scutellata Winnertz, 1846 (Diptera: Chironomidae) – одного из мельчайших двукрылых
Зоологический журнал, 99(12): 1398-1410 (год публикации - 2020)
10.31857/S0044513420090184
7.
Фарисенков С.Э., Лапина Н.А., Петров П.Н., Полилов А.А.
Extraordinary flight performance of the smallest beetles
Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(40): 24643-24645 (год публикации - 2020)
10.1073/pnas.2012404117
8.
Будино Б.Е., Бойтель Р.Г., Горб С.Н., Полилов А.А.
Functional diversity of attachment and grooming leg structures is retained in all but the smallest insects
Journal of Zoology, https://doi.org/10.1111/jzo.12840 (год публикации - 2020)
10.1111/jzo.12840
9.
Петров П.Н., Фарисенков С.Э., Полилов А.А.
Miniaturization re-establishes symmetry in the wing folding patterns of featherwing beetles
Scientific Reports, 2020, 10: 16458 (год публикации - 2020)
10.1038/s41598-020-73481-7
10.
Коломенский Д., Фарисенков С., Энгельс Т., Лапина Н., Петров П., Леманн Ф.-О., Ониши Р., Лю Х., Полилов А.
Aerodynamic performance of a bristled wing of a very small insect
Experiments in Fluids, 61: 194 (год публикации - 2020)
10.1007/s00348-020-03027-0
11. Коломенский Д., Фарисенков С., Энгельс Т., Лапина Н., Петров П., Леманн Ф.-О., Ониши Р., Лю Х., Полилов А. Flow Dynamics and Flight of the Smallest Featherwing Beetles Proceedings of the Seventeenth International Conference on Flow Dynamics, 78-79 (год публикации - 2020)
12.
Полилов А.А., Макарова А.А.
Constant neuropilar ratio in the insect brain
Scientific Reports, 10:21426 (год публикации - 2020)
10.1038/s41598-020-78599-2
13. Веко Е.Н., Полилов А.А. Особенности анатомии миниатюрных короткоусых двукрылых (Diptera: Sphaeroceridae, Ephydridae) Зоологический журнал (год публикации - 2021)
14. Коломенский Д., Фарисенков С., Энгельс Т., Лапина Н., Петров П., Леманн Ф.-О., Ониши Р., Лю Х. Computational Fluid Dynamics Analysis of a Small Beetle The 34rd Computational Fluid Dynamics Symposium, Paper No. D04-1 (год публикации - 2021)
15. Фарисенков С.Э., Коломенский Д., Петров П.Н., Энгельс Т., Лапина Н.А., Леманн Ф.-О., Ониши Р., Лю Х., Полилов А.А. Novel flight style and light wings boost flight performance of tiny beetles Nature (год публикации - 2021)
Публикации
1.
Панина И.В., Потапов М.Б., Полилов А.А.
Effects of miniaturization in the anatomy of the minute springtail Mesaphorura sylvatica (Hexapoda: Collembola: Tullbergiidae)
PeerJ, https://peerj.com/articles/8037 (год публикации - 2019)
10.7717/peerj.8037
2.
Полилов А.А.
Маленькие перепончатокрылые и большие фундаментальные задачи
Евроазиатский симпозиум по перепончатокрылым насекомым (Владивосток, 9–15 сентября 2019 г.): тезисы докладов (год публикации - 2019)
10.25221/hym4
3.
Макарова А.А., Полилов А.А.
Первая субклеточная реконструкция целого сложного глаза насекомого на примере Megaphragma amalphitanum (Hymenoptera: Trichogrammatiae)
IV Евроазиатский симпозиум по перепончатокрылым насекомым (Владивосток, 9–15 сентября 2019 г.): тезисы докладов, https://doi.org/10.25221/hym4 (год публикации - 2019)
10.25221/hym4
4.
Дьякова А.В., Макарова А.А., Полилов А.А.
Морфология антеннальных сенсилл мельчайших наездников Megaphragma (Hymenoptera: Trichogrammatidae)
IV Евроазиатский симпозиум по перепончатокрылым насекомым (Владивосток, 9–15 сентября 2019 г.): тезисы докладов, https://doi.org/10.25221/hym4 (год публикации - 2019)
10.25221/hym4
5.
Полилов А.А., Рибера И., Яворская М.И., Кардосо А., Гребенников В.В., Бойтель Р.Г.
The phylogeny of Ptiliidae (Coleoptera: Staphylinoidea) – the smallest beetles and their evolutionary transformations
Arthropod Systematics & Phylogeny, 77(3): 433-455 (год публикации - 2019)
10.26049/ASP77-3-2019-4
6.
Веко Е.Н., Полилов А.А.
Влияние миниатюризации на анатомию Corynoneura scutellata Winnertz, 1846 (Diptera: Chironomidae) – одного из мельчайших двукрылых
Зоологический журнал, 99(12): 1398-1410 (год публикации - 2020)
10.31857/S0044513420090184
7.
Фарисенков С.Э., Лапина Н.А., Петров П.Н., Полилов А.А.
Extraordinary flight performance of the smallest beetles
Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(40): 24643-24645 (год публикации - 2020)
10.1073/pnas.2012404117
8.
Будино Б.Е., Бойтель Р.Г., Горб С.Н., Полилов А.А.
Functional diversity of attachment and grooming leg structures is retained in all but the smallest insects
Journal of Zoology, https://doi.org/10.1111/jzo.12840 (год публикации - 2020)
10.1111/jzo.12840
9.
Петров П.Н., Фарисенков С.Э., Полилов А.А.
Miniaturization re-establishes symmetry in the wing folding patterns of featherwing beetles
Scientific Reports, 2020, 10: 16458 (год публикации - 2020)
10.1038/s41598-020-73481-7
10.
Коломенский Д., Фарисенков С., Энгельс Т., Лапина Н., Петров П., Леманн Ф.-О., Ониши Р., Лю Х., Полилов А.
Aerodynamic performance of a bristled wing of a very small insect
Experiments in Fluids, 61: 194 (год публикации - 2020)
10.1007/s00348-020-03027-0
11. Коломенский Д., Фарисенков С., Энгельс Т., Лапина Н., Петров П., Леманн Ф.-О., Ониши Р., Лю Х., Полилов А. Flow Dynamics and Flight of the Smallest Featherwing Beetles Proceedings of the Seventeenth International Conference on Flow Dynamics, 78-79 (год публикации - 2020)
12.
Полилов А.А., Макарова А.А.
Constant neuropilar ratio in the insect brain
Scientific Reports, 10:21426 (год публикации - 2020)
10.1038/s41598-020-78599-2
13. Веко Е.Н., Полилов А.А. Особенности анатомии миниатюрных короткоусых двукрылых (Diptera: Sphaeroceridae, Ephydridae) Зоологический журнал (год публикации - 2021)
14. Коломенский Д., Фарисенков С., Энгельс Т., Лапина Н., Петров П., Леманн Ф.-О., Ониши Р., Лю Х. Computational Fluid Dynamics Analysis of a Small Beetle The 34rd Computational Fluid Dynamics Symposium, Paper No. D04-1 (год публикации - 2021)
15. Фарисенков С.Э., Коломенский Д., Петров П.Н., Энгельс Т., Лапина Н.А., Леманн Ф.-О., Ониши Р., Лю Х., Полилов А.А. Novel flight style and light wings boost flight performance of tiny beetles Nature (год публикации - 2021)