Фаунистические связи Европы и Азии в четвертичном периоде на примере широко распространенных мелких млекопитающих Северной Евразии

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 22-14-00332

НазваниеФаунистические связи Европы и Азии в четвертичном периоде на примере широко распространенных мелких млекопитающих Северной Евразии

Руководитель Бородин Александр Васильевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экологии растений и животных Уральского отделения Российской академии наук , Свердловская обл

Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-105 - Эволюционная биология

Ключевые слова млекопитающие, грызуны, Cricetidae, Muridae, Северная Евразия, история фауны, филогеография, четвертичный период, биостратиграфия, биоразнообразие, палеонтология, морфология, зоогеография

Код ГРНТИ34.35.25 38.43.17

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проблема сохранения биоразнообразия в условиях трансформации экосистем в ответ на изменения средовых характеристик находится на пересечении биологии и наук о Земле и актуальна в связи с необходимостью прогнозирования возможных последствий глобальных климатических изменений и вклада антропогенной составляющей в эти процессы (например, Quaternary perspectives…, 2011; Louys, 2012; Jackson, Blois, 2015). Оценка связи климатических и биотических изменений, наблюдаемых в различных временных масштабах (от десятков лет до геологических периодов), и выяснение основных механизмов, ответственных за биотические реакции на изменение климата, являются важными фундаментальными задачами, решаемыми в нашем проекте на примере таких крупных регионов Северной Евразии как Урал и Западная Сибирь, которые мы рассматриваем как биогеографические перекрестки. В данном проекте мы обосновываем понятие биогеографического перекрестка как области регулярного пересечения территориальных экспансий наземных фаунистических комплексов, формировавшихся в Северной Евразии на фоне циклических климатических изменений. Значение регионов, являющихся местом пересечения территориальных экспансий фауны, для сохранения биоразнообразия будет оценено на основании совместного анализа генетических, таксономических, экологических и биогеографических критериев. Генетические, таксономические и функционально-экологические дескрипторы биоразнообразия широко признаны (например, Sahney et al., 2010), а важность биогеографических критериев будет проиллюстрирована впервые. Проект является междисциплинарным и направлен на выявление общих и видоспецифичных закономерностей ответа экологически контрастных и филогенетически неродственных элементов фауны на действие климатогенных факторов. Проверка согласованности биотических и климатических трендов в различных масштабах времени – от актуального до геологического – и выяснение механизмов ответа биоты на климатические изменения являются важными фундаментальными задачами, в русле решения которых находится предлагаемый проект. Впервые поставлена проблема выявления не только исторических корней биоразнообразия, но и пределов обратимости его различных параметров, оцениваемых для современных видов в сравнении с их предками различных эволюционных уровней, осуществлявшими территориальные экспансии с последующими резкими сокращениями ареалов на фоне климатических циклов плейстоцена. Биологическая часть проекта предполагает синтез неонтологического и палеонтологического подходов к изучению биоразнообразия. В отличие от традиционных исследований современного биоразнообразия, мы не планируем проведение максимально полной инвентаризации, а предлагаем подход, направленный на выявление общих и видоспецифичных закономерностей ответа экологически контрастных и филогенетически неродственных элементов фауны на действие климатогенных факторов. В рамках неонтологической части проекта будут установлены общие и видоспецифичные особенности формирования генетического разнообразия в условиях расширяющегося либо сокращающегося видового ареала с применением молекулярно-генетических методов. В рамках биогеографического блока будет проведено картирование пространственно-временного распространения современных представителей модельных видов и их внутривидовых генетически дифференцированных групп в пределах центральной части Северной Евразии и оценены масштабы наблюдаемых изменений в течение последних десятилетий. Созданный банк данных послужит основой для создания системы мониторинга распространения видов и внутригрупповых генетических форм. В рамках палеонтологического блока проекта будет установлено, как отвечают представители фауны на климатические изменения – индивидуально для каждого вида, либо могут быть выделены общие тенденции в зависимости от а) типа используемых местообитаний, б) характера изменения ареала во времени и пространстве, в) длительности эволюционной истории вида. Будут обобщены результаты многолетнего изучения ископаемой летописи четвертичного периода центральной части Северной Евразии и сопоставлены с данными по другим регионами Палеарктики для проверки альтернативных гипотез по истории формирования ареалов широко распространенных элементов четвертичных комплексов мелких млекопитающих. На основании проведенных сравнений будут выделены общие и специфичные трансевразийские тенденции формирования биоразнообразия на таксономическом и функционально-экологическом уровнях с применением комплексного междисциплинарного подхода на основе синтеза морфометрических, молекулярно-генетических, палеоэкологических методов в сочетании с методами абсолютного датирования и привлечением данных палеобиогеографии. Объекты исследования включают грызунов семейств Cricetidae и Muridae, в том числе современные виды фауны Северной Евразии, ареалы которых претерпевают в настоящий момент наибольшие изменения - резкое сокращение (Dicrostonyx torquatus, Cricetus cricetus), смещение (Alexandromys oeconomus, Lasiopodomys gregalis), либо расширение (Clethrionomys glareolus, Microtus arvalis sensu lato, Apodemus agrarius, Micromys и др.), а также их предковые формы. Результаты потенциально важны для разработки стратегий сохранения биоразнообразия, оценки воздействия циклических изменений климата и возрастающего влияния человека на динамику распределения и численности грызунов как маркеров состава и структуры наземных природных сообществ в региональном, национальном и общеевропейском масштабе.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Ялковская Л.Э., Сибиряков П.А., Бородин А.В. Phylogeography of the striped field mouse (Apodemus agrarius Pallas, 1771) in light of new data from central part of Northern Eurasia PloS ONE, Vol. 17, № 10 e0276466 (год публикации - 2022)
10.1371/journal.pone.0276466

2. Маркова Е.А., Струкова Т.В., Бородин А.В. Can we Infer Humidity Gradients across the Ural Mountains during the Late Quaternary using Arvicoline Rodents as an Environmental Proxy? Russian Journal of Ecology, Vol. 53 (6). P. 485–499. (год публикации - 2022)
10.1134/S1067413622060108

3. Маркова Е., Бородин А. An advanced form of Microtus nivaloides Forsyth Major, 1902 (Arvicolinae, Rodentia) in the late Middle Pleistocene of West Siberia: facts and hypotheses Historical Biology (год публикации - 2023)
10.1080/08912963.2022.2130289

4. Бородин А.В., Булычева С.В., Крохалева М.А., Пилевич Д.С., Соколова Н.А., Ялковская Л.Э. The first data on the genetic diversity of the european water vole (Arvicola amphibius L., 1758) from the Yamal peninsula based on cyt b gene sequences Современные достижения в популяционной, эволюционной и экологической генетике: Международный симпозиум, с. 17 (год публикации - 2022)
10.13140/RG.2.2.18589.79847

5. Крохалева М.А., Ялковская Л.Э., Бородин А.В., Сибиряков П.А. Phylogeography of the Siberian flying squirrel (Pteromys volans L., 1785) inferred from mitochondrial cytochrome b: new data from continental and island populations Современные достижения в популяционной, эволюционной и экологической генетики: международный симпозиум, С. 49 (год публикации - 2022)
10.13140/RG.2.2.18589.79847

6. Пилевич Д.С., Ялковская Л.Э., Крохалева М.А., Сибиряков П.А., Борисов С.А., Бородин А.В. New data of the cyt b polymorphism of the harvest mouse (Micromys minutus P., 1771) from Eastern Siberia, Baikal Region Современные достижения в популяционной, эволюционной и экологической генетике: международный симпозиум, С. 62 (год публикации - 2022)
10.13140/RG.2.2.18589.79847

Публикации

1. Баца М., Попович Д., Агаджанян А.К., Баца К., Конард Н.Дж., Фьюласс Х., Филек Т., Голубинский М., Хорачек И., Кнул М.В., Крайчарж М., Крохалева М.А. и др. Ancient DNA of narrow-headed vole reveal common features of the Late Pleistocene population dynamics in cold-adapted small mammals Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, Т.290, №1993, С. 20222238 (год публикации - 2023)
10.6084/m9.figshare.c.6423382

2. Бородин А.В., Маркова Е.А., Коркин С.Е., Трофимова С.С., Зиновьев Е.В., Исыпов В.А., Ялковская Л.Э., Курбанов Р.Н. Late Middle Pleistocene sequences in the Lower Ob’ and Irtysh (West Siberia) and new multi-proxy records of terrestrial environmental change Quaternary International, Vol. 671. P. 15-32. (год публикации - 2023)
10.1016/j.quaint.2023.07.009

3. Маркова Е.А. Серые полевки надродовой группы Microtus как биохронологические маркеры среднего неоплейстоцена севера Западной Сибири Био- и геособытия в истории Земли. Этапность эволюции и стратиграфическая корреляция. Материалы LXIX сессии Палеонтологического общества при РАН., 230-231 (год публикации - 2023)

4. И.Д. Зольников, А.В. Бородин, Е.А. Филатов, С.Е. Коркин, Е.А. Маркова, Л.Э. Ялковская, А.Т. Галимов, П.С. Левицкая Обоснование возраста песков со средне- и позднечетвертичными комплексами териофауны в низовьях реки Обь близ поселка Хашгорт (север Западной Сибири) Стратиграфия. Геологическая корреляция, № 2, Том 32, с. 104-122 (год публикации - 2024)
10.31857/S0869592X24020044

5. Галимов А.Т., Шахматов А.С., Коркин С.Е. Реконструкция палеоклимата по материалам из местонахождения Кирьяс-Л в МИС-5С Материалы Всероссийской конференции «Каспий в плейстоцене и голоцене: эволюция природной среды и человек», С. 52-55 (год публикации - 2023)

6. Ялковская Л.Э., Зольников И.Д., Бородин А.В., Маркова Е.А., Филатов Е.А., Коркин С.Е. Новые местонахождения фаун позвоночных из отложений четвертичного периода правобережья Большой Оби (Западная Сибирь) Материалы Всероссийской конференции «Каспий в плейстоцене и голоцене: эволюция природной среды и человек», стр. 197-201 (год публикации - 2023)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проект посвящен изучению исторических корней современного биоразнообразия центральной части северной Евразии и использует мелких млекопитающих как модельную группу, изменение состава и структуры которой отражало перестройки биоты под действием климатогенных факторов, как природных, так и антропогенных. В 2024 году завершена ревизия таксономического состава фаун на основе верификации критериев диагностики. Опубликованы или приняты в печать работы по диагностике Muridae Уральского региона (Зыков, 2024), трибы Lemmini эоплейстоцена Западной Сибири в сравнении с коллекционными материалами из отложений олерской свиты Восточной Сибири и литературными данными по Европе (Маркова, Бородин – принято в печать), а также современных представителей рода Arvicola, имеющих спорный таксономический статус, но различающихся по признакам, традиционно используемым в палеонтологии (Маркова, Надирли, Зыков, принято в печать). Уточнено время первого появления M. agestis, A. middendorffii и последнего появления M. n. lidiae и Alexandromys aut Microtus malei в регионе исследований (представлено в виде постера (Маркова, Зыков, Бородин, 2024)) и итоговых докладов (Маркова, Бородин, Шалаумова, 2024; Маркова, 2024). Сделан обзор существующих подходов к выделению хроновидов в линии Predicrostonyx-Dicrostonyx в Евразии и предложены критерии для выделения биохронологических зон, определения эволюционного уровня фаун мелких млекопитающих и решения задач биостратиграфии и геологической корреляции. Экспедиционные работы 2024г. по сбору палеонтологического материала и отлову современных мелких млекопитающих были направленны, прежде всего, на сбор материала, необходимого для подготовки итогового отчета и оценки возможных перспектив решения спорных вопросов, выявленных в ходе выполнения проекта. Полевые работы на береговых обнажениях Красноярского водохранилища у с. Куртак (Красноярский край), в пещере Двуглазка (Хакасия), на береговых обнажениях Нижнего Иртыша (ХМАО) позволили не только уточнить ранее полученные результаты, но и расширить охват исследуемых разрезов четвертичных отложений. Совместно с фаунами мелких млекопитающих среднеплейстоценового возраста собран материал для комплексного палеоэкологического анализа (моллюски, остракоды, жесткокрылые, растительные остатки) и геохронометрии (образцы для OSL и ЭПР-датирования). В ходе экспедиций по отлову мелких млекопитающих на Урале, в Западной и Центральной Сибири и на Северном Кавказе (Дагестан)) собраны образцы для генетического и морфологического анализа модельных таксонов Cricetinae, Arvicolinae и Muridae. С целью ответа на вопрос о мере обратимости параметров биоразнообразия – таксономического, биогоеграфического и экологического – в условиях естественной природной циклики, обобщены данные по четвертичным местонахождениям фаун мелких млекопитающих центральной и северной частей Западной Сибири (Маркова, Бородин, Шалаумова, 2024) и проведено сравнение с данными по Уралу (Markova et al., 2022) и литературными данными по другим регионам Евразии – от Западной Европы до Восточной Сибири. Проведено сравнение биоразнообразия центральной и северной частей Западно-Сибирской равнины на этапах экспансии видов трех биогеографических групп восточно-, западно- и центрально-палеарктической в интервале от эоплейстоцена до позднего плейстоцена. Показано, что в среднем и позднем плейстоцене, в периоды максимальной евразийской экспансии рода Dicrostonyx, в Западной Сибири обедненные тундроподобные фауны были распространены до 60° СШ, и в состав этих фаун входили только виды восточно-палеарктической группы. При этом таксономический состав и состав экологических групп мелких млекопитающих, выделяемых по предпочитаемой влажности местообитаний, существенно различались от цикла к циклу. Результаты доложены в виде устного доклада на LXX Сессии палеонтологического общества при РАН (Маркова и др., 2024). Сопоставление результатов с региональной стратиграфической шкалой выявило наименее изученный эпизод в истории фаун холодных временных интервалов – этап экспансии копытных леммингов уровня D. henseli. При сопоставлении фаун термохронов наблюдается устойчивое воспроизведение биогоеграфических и экологических закономерностей при различиях таксономического состава. Однако эти выводы могут быть получены лишь на основании данных из центральной части Западной Сибири, поскольку для северных широт фауны термохронов известны только в составе тафономически неодородных палеоархивов, расшифровка которых требует дополнительных исследований. Результаты доложены на рабочем совещании по стратиграфии четвертичных отложений Западной Сибири (г. Москва), которое было проведено 19-20 ноября в рамках программы Комиссии по четвертичной системе МСК России во взаимодействии с четвертичной секцией СибРМСК. В рамках генетического блока проекта проведен филогеографический анализ пашенной полевки M. agrestis (Ялковская и др., 2024), водяной полевки A. amphibius (Булычева и др., 2024 а, б) и мыши малютки M. minutus, L., 1758. Получены первые данные о филогенетических связях малой лесной мыши Sylvaemus uralensis Pallas, 1881 с Южного Урала, северо-востока Кавказа (Дагестан) и его юго-восточных предгорий (Азербайджан), с юго-востока Восточно-Европейской равнины (Калининградская обл.). Для обыкновенной полевки (M. arvalis форма obscurus) проведен филогеографический анализ с включением данных с Малого и Большого Кавказа, Талышских гор, Северного Кавказа, Саратовской области и Южного Урала. Обобщения данных по палеонтологическому и неонтологическому блокам и итоги проекта представлены в 2024 году на 6 конференциях, опубликовано и принято в печать 4 статьи. Банк данных местонахождений фаун мелких млекопитающих центральной и северной частей Западной Сибири, включающий местонахождения, изученные в ходе выполнения проекта, доступен онлайн: https://lab115.ecology.uran.ru/tr.html или по ссылке https://www.google.com/maps/d/u/0/edit?mid=1oxXHnhm4p5XerM59-WSip1MUEZvfd6o&ll=55.16326509184956%2C83.28463230656251&z=11

Публикации

1. Маркова Е.А., Бородин А.В., Шалаумова Ю.В. Плейстоценовая ископаемая летопись как источник информации о становлении современного биоразнообразия наземных фаун позвоночных севера Западной Сибири Закономерности эволюции и биостратиграфия. Материалы LXX сессии Палеонтологического общества при РАН, Закономерности эволюции и биостратиграфия. Материалы LXX сессии Палеонтологического общества при РАН. СПб.: Картфабрика Института Карпинского, 2024. С. 243-244. (год публикации - 2024)

2. Маркова Е.А., Зыков С.В., Бородин А.В. Ревизия видового состава фауны мелких млекопитающих местонахождения Кульеган-2251: к вопросу о составе и хронологии фаунистических комплексов среднего плейстоцена севера Западной Сибири Закономерности эволюции и биостратиграфия. Материалы LXX сессии Палеонтологического общества при РАН, Закономерности эволюции и биостратиграфия. Материалы LXX сессии Палеонтологического общества при РАН. СПб.: Картфабрика Института Карпинского, 2024. С. 245. (год публикации - 2024)

3. Маркова Е.А., Надирли Л.В., Зыков С.В. Индекс дифференциации зубной эмали современных водяных полевок рода Arvicola (Arvicolinae, Rodentia) в Азербайджане: изменчивость и диагностическое значение Зоологический журнал (год публикации - 2024)

4. Бородин А.В. Результаты изучения палеоархивов и филогеографии современных животных как источник информации об истории формирования биоразнообразия экосистем Арктики и Субарктики России Фундаментальные и прикладные аспекты адаптации живых организмов к изменяющимся условиям окружающей среды Севера: исследования, инновации, перспективы : тезисы докладов Всероссийской научной конференции с международным участием и школы для молодых ученых, Петрозаводск, 9–13 сентября 2024 г. : тезисы докладов, С. 20 (год публикации - 2024)

5. Булычева С.В., Ялковская Л.Э., Якимова А.Е., Бородин А.В. Генетическая изменчивость водяной полевки (Arvicola amphibius L., 1758) вблизи северной границы ареала: данные полиморфизма гена cyt b Фундаментальные и прикладные аспекты адаптации живых организмов к изменяющимся условиям окружающей среды Севера: исследования, инновации, перспективы: тезисы докладов Всероссийской научной конференции с международным участием и школы для молодых ученых, Петрозаводск, С. 29 (год публикации - 2024)

6. Булычева С.В., Ялковская Л.Э., Борисов С.А., Якимова А.Е., Бородин А.В. Генетическое разнообразие водяной полевки (Arvicola amphibius L., 1758) Урала и прилегающих территорий на основе данных последовательностей гена cyt b Горные экосистемы и их компоненты: Материалы IX Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 300-летию Российской академии наук, 35-летию научной школы чл.-корр. РАН А.К. Темботова, 30-летию Института экологии горных территорий им. А.К. Темботова РАН, Нальчик, С. 163-164 (год публикации - 2024)

7. Ялковская Л.Э., Сибиряков П.А., Крохалева М.А., Маркова Е.А., Бородин А.В., Борисов С.А. Генетическое разнообразие пашенной полевки Microtus agrestis (Arvicolinae, Rodentia) Урала и прилегающих территорий: новые данные гена цитохрома b Горные экосистемы и их компоненты: Материалы IX Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 300-летию Российской академии наук, 35-летию научной школы чл.-корр. РАН А.К. Темботова, 30-летию Института экологии горных территорий им. А.К. Темботова РАН. Нальчик, C. 194 (год публикации - 2024)

8. Ялковская Л.Э., Сибиряков П.А., Крохалева М.А., Маркова Е.А.,Бородин А.В., Борисов С.А., Чибиряк М.В., Бобрецов А.В. Генетическое разнообразие пашенной полевки Microtus agrestis (Arvicolinae, Rodentia) центральной части Северной Евразии по данным анализа гена цитохрома b Генетика, Т. 60, № 5, с. 51–65 (год публикации - 2024)
10.31857/S0016675824050041

9. Зыков С.В. Ключи для определения представителей семейства Muridae (Rodentia) Уральского региона по одонтологическим признакам ЗООЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, Т. 103, №5, С. 100-111 (год публикации - 2024)
10.31857/S0044513424050102

10. Галимов А.Т., Бородин А.В. Биостратиграфическая основа, проблемы и перспективы корреляции голоценовых архивов восточного склона Урала с МСШ голоцена Закономерности эволюции и биостратиграфия. Материалы LXX сессии Палеонтологического общества при РАН. СПб.: Картфабрика Института Карпинского, Закономерности эволюции и биостратиграфия. Материалы LXX сессии Палеонтологического общества при РАН. СПб.: Картфабрика Института Карпинского, 2024. С. 182-184. (год публикации - 2024)

11. Маркова Е.А., Бородин А.В. Настоящие лемминги (Lemmini, Arvicolinae, Rodentia) эоплейстоцена (калабрия) севера Западной Сибири Зоологический журнал (год публикации - 2024)

Возможность практического использования результатов
В ходе выполнения проекта разработаны методы оптимизации подсчета подсчета объектов палинологического анализа. Подана заявка на регистрацию РИД на Способ изготовления палинологического аналитического стандартного образца, что позволит получать отечественные стандарты, необходимые для проведения спорово-пыльцевого анализа.