"Атлас флоры России": система документации и анализа пространственного разнообразия растений

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 21-77-20042

Название"Атлас флоры России": система документации и анализа пространственного разнообразия растений

Руководитель Серегин Алексей Петрович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №51 - Конкурс 2021 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-706 - Биогеография

Ключевые слова география, география растений, биогеография, флора, сосудистые растения, ботаника, флористика, базы данных, пространственные данные, пространственный анализ, таксономия, Россия, ГИС

Код ГРНТИ34.29.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
На сегодняшний день, Россия значительно отстает от большинства стран мира по уровню обеспеченности пространственными данными о биологическом разнообразии своей территории. Цель программы "Атлас флоры России" – сбор, систематизация, обеспечение доступа и анализ сведений о разнообразии и пространственном распределении растений в виде онлайн-базы данных, на основе которой будет выяснена географическая картина флоры страны с использованием современных технологий. Для достижения заявленной цели мы сформулировали следующие задачи: (1) оцифровка исходных материалов – геопривязка 660 тыс. образцов из Гербария Московского университета и 400 тыс. образцов из организаций-участников консорциума Цифрового гербария МГУ с территории России; (2) расширение корпуса волонтёров, участвующих в нашем проекте "Флора России | Flora of Russia" на платформе iNaturalist, расширение их навыков и спектра решаемых задач; (3) установление пробелов и дополнительная оцифровка коллекций сторонних организаций из плохо представленных территорий; (4) разработка онлайн-модуля для публикации и аналитической работы с геопространственной информацией; (5) анализ географической картины флоры России. Создание единой базы данных "Атласа флоры России" на платформе Цифрового гербария МГУ (который сам по себе уже является консорциумом пяти российских учреждений, имеющих гербарные коллекции) значимо в двух плоскостях. Строго научная значимость успешного выполнения данного проекта заключается в создании массива больших пространственных данных о сосудистых растениях России как с использованием традиционного корпуса источников (гербарные коллекции, литература), так и новейших методов сбора данных силами сетевого сообщества натуралистов-любителей. Практическая значимость заключается в исключительно высокой масштабируемости проекта: любой исследователь может формировать выборку данных на любом уровне (а именно от глобального до локального), насыщая базу данных детальными сведениями о распространении растений России. При реализации проекта будут активно использоваться несколько ключевых принципов: автономность групп, открытость для сотрудничества, привлечение волонтёров, автоматизация управления, публичность. Для этого будет привлечено самое большое в России сообщество в области "гражданской науки" (citizen science) – участники проекта "Флора России | Flora of Russia" на платформе iNaturalist, число которых сейчас составляет 10 280 человек. Впервые в мире будет по единым методологическим стандартам составлена географическая база данных распространения живых организмов (в данном случае – сосудистых растений) на столь обширную территорию. Впервые будут получены электронные данные высокой плотности по биоразнообразию внетропических регионов Евразии. Впервые будет получена основа для достоверного моделирования и статистической обработки данных по географии растений этого региона. И, наконец, впервые будет осуществлена полная геопривязка цифровых данных из гербария МГУ, имеющего более 1 миллиона образцов. В Цифровом гербарии МГУ уже сейчас содержатся геопривязки 519 840 образцов, мы занимаем по этому показателю 13-е место в мире. Востребованность геоданных в различных исследованиях заставила нас более детально остановиться на этом аспекте работы. В случае реализации проекта, Гербарий МГУ войдет в пятерку ведущих гербариев мира по объемам электронных геоданных, а Россия станет одним из лидеров документации пространственных данных о растениях Земли.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Щербаков А.В., Казакова М.В., Любезнова Н.В., Пастушенко А.Д., Серегин А.П. A grid-based database on vascular plant distribution in the Meshchersky National Park, Ryazan Oblast, Russia Biodiversity Data Journal, Vol. 9. — P. e75892. (год публикации - 2021)
10.3897/BDJ.9.e75892

2. Серегин А.П. Contribution to the "Atlas of the Russian Flora": Twelve local floras of European Russia Biodiversity Data Journal, Vol. 9. — P. e73013 (год публикации - 2021)
10.3897/BDJ.9.e73013

3. Серегин А.П., Басов Ю.М. Fleroff goes digital: georeferenced records from "Flora des Gouvernements Wladimir" (Fleroff, 1902) Biodiversity Data Journal, Vol. 9. — P. e75299. (год публикации - 2021)
10.3897/bdj.9.e75299

4. Серегин А.П. Flora of Vladimir Oblast, Russia: an updated grid dataset (1867–2020) Biodiversity Data Journal, Vol. 9. — P. e68046. (год публикации - 2021)
10.3897/BDJ.9.e68046

5. Верхозина А.В., Бирюков Р.Ю., Богданова Е.С., Бондарева В.В., Черных Д.В., Дорофеев Н.В., Дорофеев В.И., Эбель А.Л., Ефимов П.Г., Ефремов А.Н., Эрст А.С., Фатерыга А.В., Гамова Н.С. и др. Findings to the flora of Russia and adjacent countries: New national and regional vascular plant records, 3 Botanica Pacifica, Vol. 10(1). P. 85–108 (год публикации - 2021)
10.17581/bp.2021.10110

6. Бочков Д.А. Флористические находки адвентивных видов в Московском регионе Бюллетень Московского общества испытателей природы. Отдел биологический, Т. 126, № 3. — С. 26–28. (год публикации - 2021)

7. Верхозина А.В., Анисимов А.В., Бешко Н.Ю., Бирюков Р.Ю., Бондарева В.В., Черных Д.В., Дорофеев Н.В., Дорофеев В.И., Эбель А.Л., Ефремов А.Н., Эрст А.С., Эсанов Х.К., Есина И.Г., Фатерыга А.В., Фатерыга В.В., Фоменко В.А., Гамова Н.С. и др. Findings to the flora of Russia and adjacent countries: New national and regional vascular plant records, 4 Botanica Pacifica, Vol. 11 (1). P. 129-157 (год публикации - 2022)
10.17581/bp.2022.11116

8. Гамова Н.С. Baikalsky State Nature Biosphere Reserve and its buffer zone: floristic data Biodiversity Data Journal, Vol. 10: e76946 (год публикации - 2022)
10.3897/BDJ.10.e76946

9. Кошовский Т.С., Геннадиев А.Н., Гамова Н.С., Фаронова Е.А., Язрикова Т.Е. Post-fire state of taiga soils and vegetation of the Khamar-Daban Range (Cisbaikalia) Eurasian Soil Science, Vol. 55, No. 9, pp. 1196–1208. (год публикации - 2022)
10.1134/S1064229322090101

10. Гамова Н.С. Чужеродные виды растений в Байкальском заповеднике Труды Мордовского государственного природного заповедника имени П.Г. Смидовича, Вып. 31. С. 108-131. (год публикации - 2022)
10.24412/cl-31646-2686-7117-2022-31-108-131

11. Серегин А.П. Проект «Флора России» на iNaturalist как источник данных о распространении, расселении и видовом составе адвентивной флоры страны Фитоинвазии: остановить нельзя сдаваться: мат-лы Всеросс. науч.-практ. конф. с международным участием (Москва, Ботанический сад биологического факультета МГУ, 10–11 февр. 2022 г.) / отв. ред. В. В. Чуб. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 2022. - 494, [1] с. : ил., С. 59-65. (год публикации - 2022)

12. Гамова Н.С. Чужеродные виды во флоре Байкальского заповедника и его охранной зоны Фитоинвазии: остановить нельзя сдаваться: мат-лы Всеросс. науч.-практ. конф. с международным участием (Москва, Ботанический сад биологического факультета МГУ, 10–11 февр. 2022 г.) / отв. ред. В. В. Чуб. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 2022. - 494, [1] с. : ил., С. 133-138 (год публикации - 2022)

13. Гамова Н.С., Коротков Ю.Н., Лясота И.В. Orchis militaris L. и другие флористические находки в Байкальском заповеднике Труды Мордовского государственного природного заповедника имени П.Г. Смидовича, Вып. 30. C. 111-156 (год публикации - 2022)
10.24412/cl-31646-2686-7117-2022-30-111-156

14. Серегин А.П., Пашкина В.Н., Поспелов И.Н. Геоданные Гербария МГУ: структура данных и методика геопривязки Ботанический журнал, Т. 108 (5), с. 490–504 (год публикации - 2023)
10.31857/S0006813623050083

15. Колесникова У.К., Скотт А.Д., Ван де Велде Ж.Д., Бернс Р., Тихомиров Н.П., Пфордт У., Кларке А.Ц., Янт Л., Серегин А.П., Векеманс Х., Лорент С., Новикова П.Ю. Transition to self-compatibility associated with dominant S-allele in a diploid Siberian progenitor of allotetraploid Arabidopsis kamchatica revealed by Arabidopsis lyrata genomes Molecular Biology and Evolution, 40(7):msad122 (год публикации - 2023)
10.1093/molbev/msad122

16. Чепинога В.В., Серегин А.П., Баркалов В.Ю., Эбель А.Л., Ефимов П.Г., Фризен Н.В., Гончаров А.А., Кечайкин А.А., Князев М.С., Коробков А.А., Королюк Е.А., Косачев П.А. и др. New combinations and new names in vascular plants of Asian Russia Botanica Pacifica, 12(2):120-133 (год публикации - 2023)
10.17581/bp.2023.12s06

17. Брожова В., Бульстад Й.С., Серегин А.П., Эйдесен П.Б. From everywhere all at once: Several colonization routes available to Svalbard in the early Holocene Ecology and Evolution, Volume 13 (3): e9892 (год публикации - 2023)
10.1002/ece3.9892

18. Фон Рааб-Штраубе Э., Раус Т., Бартолуччи Ф., Бергмейер Э., Богданович С.А., Бондарева Л.В., Чорна Г., Димитров Д.С., Домина Г., Элефтериаду Э., Мокни Р.Э., Галассо Г., Гестри Г., Гианнакис Т., Хохла М., Хубатка П., ..., Серегин А.П. и др. Euro+Med-Checklist Notulae, 15 Willdenowia, Vol. 52. P. 273-299 (год публикации - 2022)
10.3372/wi.52.52205

19. Вей М., Джао Б.-Х., Ню Г.-H., Чен С.-Й., Леострин А., Серегин А.П., Эрст А.С., Джаббур Ф., Ванг В., Гао Т.-Г. Merging Ajaniopsis (Asteraceae), an endangered genus endemic to the Tibet Plateau, into Artemisia: Implications for systematics and conservation Taxon (год публикации - 2024)
10.1002/tax.13285

20. Серегин А.П., Бочков Д.А., Марченкова К.Ю., Магазов Я.О., Дудов С.В., Чепинога В.В. База данных “Локальные флоры России” в открытом доступе Ботанический журнал, том 109, № 8, с. 799–820 (год публикации - 2024)

21. Бочков Д.А. Расселение чужеродного вида Rubus procerus (Rosaceae) по железным дорогам Москвы и Московской области Ботанический журнал, том 109, № 3, с. 297-305 (год публикации - 2024)
10.31857/S0006813624030073

22. Бочков Д.А. Флористические заметки по роду Oenothera (Onagraceae) в Московской области Бюллетень Московского общества испытателей природы. Отдел биологический, Т. 129. Вып. 3. С. 67–69. (год публикации - 2024)
10.55959/MSU0027-1403-BB-2024-129-3-67-69

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Наиболее важными результатами в 2024 г. (последний год четырёхлетнего проекта), которые определили его успешное завершение проекта, стали: этап 6 (в части публикации итогов создания базы данных “Local Floras of Russia”); этап 10 (в части размещения в открытом доступе комплекта из 9885 растровых сеточных карт «Атласа флоры России» по адресу https://plant.depo.msu.ru/open/public/search?collection=ATLAS ); этап 13 (в части публикации 84 новых наборов данных с региональными чеклистами – списками видов по регионам РФ). Этап 1. Подготовка и сканирование новых материалов. В 2024 г. в фонды Гербария МГУ поступило и было полностью обработано 15 886 образцов (план не менее 12 тыс.) со следующими этапами обработки – (1) монтировка, (2) создание библиотеки изображений, (3) ввод кратких метаданных. Общий объем физической коллекции достиг отметки в 1 137 501 образцов, по объемам фондовой коллекции это 58-й гербарий мира. Доля оцифрованных коллекций превышает 95%. Этап 2. Геопривязка образцов по алгоритму ИСТРА; Этап 3. Геопривязка образцов ручная. За 2024 год мы впервые ввели в базу координаты для 85 139 образцов. Однако результаты 2024 г. в этой части гораздо значительнее – мы заметно улучшили качество геоданных в результате планомерной ручной верификации автоматических геопривязок: так, с территории России за 2024 г. в базе было учтено 43,2 тыс. новых ручных геопривязок (было 448,0 тыс., стало 491,2 тыс.). Этап 4. Ввод текстовых данных с этикеток. По итогам 2024 г., достигнутые результаты заметно превосходят плановые – введено 26 тыс. этикеток (было 625 тыс., стало – 651 тыс.). Эта работа не является приоритетной для «Атласа…», однако она позволяет сократить время, необходимое для точной ручной геопривязки образцов (Этап 3). Кроме того, оцифровка текстовых данных стала эффективным инструментом для геопривязки образцов с помощью автоматических и полуавтоматических методов обработки текстового корпуса (Этап 4). Этап 5. Анализ пространственных пропусков. Работы по данному этапу в 2024 году не предполагались. Этап 6. Оцифровка печатных атласов. За 2024 г. мы перевели в электронный вид данные из 35 источников (планировалось из 10) для базы данных «Локальные флоры России» (https://doi.org/10.15468/rxtjt2) – в итоге было добавлено за год 125 070 новых записей. Результаты создания этой базы опубликованы в наиболее содержательно важной статье этого года «“Local Floras of Russia” dataset in open access» (Seregin et al., 2024). Этап 7. Публикация материалов в ЦГ МГУ. Результаты данного этапа заметно превзошли ожидаемые благодаря активной работе научной группы. Общее число геопривязок Цифрового гербария МГУ (http://plant.depo.msu.ru/) превышает 990 тыс., общее число введенных этикеток составило 651 тыс. Эти результаты являются ключевыми индикаторами состояния проекта в части работы с гербарными коллекциями. Общая статистика Цифрового гербария МГУ на 29.11.2024 г.: образцов – 1 346 472, изображений – 1 323 449, видов – 37 142, геопривязок – 990 342, этикеток + OCR – 650 978 + 692 750. Этап 8. Поддержка ЦГ МГУ. Производился непрерывно в режиме 365/7/24. Осуществлялся членами IT-команды для обеспечения распределенного доступа к данным как членов научной группы, так и пользователей. Этап 9. Разработка портала. Этап 10. Подготовка картографических сервисов. Полностью опубликован в открытом доступе комплект растровых карт «Атласа флоры России» (размещен по адресу https://plant.depo.msu.ru/open/public/search?collection=ATLAS ). Он содержит карты по 9 885 видам, в т.ч. по 355 чужеродным видам, 441 культурному виду, 148 гибридам и 132 видам с неясным таксономическим статусом. Кроме того, карты для 206 видов отнесены к категории «таксономическая смесь». Для каждого вида – это сеточная карта по квадратам 100×100 км на основе датасета FLORUS24. Таксономия видов дана по Catalogue of Life (она соответствует принятым названиям в Цифровом гербарии МГУ). Этап 11. Подготовка публикаций. Технический этап. См. раздел «Публикации по итогам проекта». Этап 12. Подготовка отчетов. Технический этап. Этап 13. Подготовка наборов данных для онлайн публикации. Этап 14. Интеграция сторонних наборов данных. Ключевой результат по этим этапам в 2024 году: подготовлено 84 новых набора данных с региональными чеклистами – списками видов по регионам РФ на основании перевода в формат баз данных опубликованных определителей, конспектов, флор (см. https://www.inaturalist.org/posts/97993 ). Произведено дополнение и обновление публиковавшихся ранее массивов. По этапу 13 в массивы данных, подготовленных от лица МГУ, добавлено 273 тыс. новых геопривязок. По этапу 14 в массивы данных, опубликованных МГУ от лица организаций-участниц консорциума, добавлено свыше 30 тыс. образцов. Этап 15. Анализ данных. Текст итоговой статьи проекта подготовлен. Мы провели флористическое районирование России на основе датасета FLORUS24 с использованием кластерного и филогенетического анализа сеточных данных. Оно состоит из 26 безранговых районов, которым мы дали предварительные названия.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Согласно Программе фундаментальных научных исследований (ПФНИ) в РФ на долгосрочный период (2021-2030 годы) (Распоряжение Правительства РФ от 31.12.2020 № 3684-р) приоритетными направлениями в области естественных наук является, в том числе, сохранение биологического разнообразия и биологических ресурсов Российской Федерации (раздел 1.6.3.14). При этом приоритетными ожидаемыми результатами этого раздела фундаментальных и поисковых исследований является «создание, поддержание и развитие региональных и национальных баз данных и WEB-ориентированных информационных систем по биоразнообразию». Платформа «Национального банка-депозитария живых систем» (https://depo.msu.ru/) и её ботанический раздел «Цифровой гербарий МГУ» (https://plant.depo.msu.ru/) – это готовые отечественные интернет-решения для публикации стандартизированной информации о биоразнообразии России и мира. Они включают в себя готовые и модульные решения для размещения любой биологической, генетической, географической, библиографической информации, а также сопутствующих финансовых, хозяйственных, управленческих данных. Цель нашей дальнейшей работы мы видим, с одной стороны, в изучении биологического разнообразия и биологических ресурсов Российской Федерации, результатом которого являются обширные базы данных в свободном доступе на платформе Цифрового гербария МГУ (контент). С другой стороны, мы ставим перед собой задачу технологического развития самой платформы, т.е. в поддержании и развитии оболочки для региональных и национальных баз данных и информационных систем по биоразнообразию (оболочка). Создание новой оболочки на основании полученного нами опыта серьёзная задача требует содействия со стороны компаний-лидеров технологического рынка нашей страны.