Внутрипопуляционная конкуренция за пространство: 3D-территориальность певчих птиц в условиях ограниченных ресурсов

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 23-24-00092

НазваниеВнутрипопуляционная конкуренция за пространство: 3D-территориальность певчих птиц в условиях ограниченных ресурсов

Руководитель Матанцева Мария Валерьевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Карельский научный центр Российской академии наук" , Республика Карелия

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-107 - Экология биосистем

Ключевые слова птицы, социальное поведение, 3D-территориальность, использование пространства, плотность населения, структура местообитаний, статус особи, ограниченные ресурсы, внутривидовая конкуренция, молекулярно-генетический анализ, ядерная оценка плотности

Код ГРНТИ34.35.17

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Изучение механизмов освоения пространства животными является одной из фундаментальных задач экологии и этологии. Однако в большинстве исследований использование пространства представителями одного вида рассматривали либо исключительно в двух горизонтальных измерениях, либо с отдельным анализом их распределения по вертикали. Лишь недавно начали появляться работы на тему т.н. трехмерной (3D) территориальности и 3D использования пространства, в которых перемещения конспецифичных особей моделируют одновременно в трех измерениях (Belant et al., 2012; Cooper et al., 2014). В орнитологии такие работы были выполнены при изучении участков обитания крупных птиц, снабженных радиопередатчиками (Tracey et al., 2014; Ferrarini et al., 2018; Giglio et al., 2019), или в ходе наблюдений на зимовках за воробьиными, меченными цветными кольцами (Cooper et al., 2014, 2021). Насколько нам известно, до наших исследований подобные методы не применяли при изучении 3D территориальности воробьиных в гнездовой период. Именно для певчих территориальных птиц задача разделения пространства конспецифичными особями особенно важна, т.к. каждая пара нуждается в собственном пространстве. Очевидно, что исследовать закономерности его формирования следует в 3D объеме, с учетом объема и конфигурации занимаемого местообитания, что особенно актуально в условиях ограниченных ресурсов (в т.ч. объема пригодных биотопов). В ходе проекта будут исследованы стратегии оптимизации пространственной структуры поселений территориальных птиц в условиях местообитаний ограниченной площади, а именно пути разделения пространства конспецифичными особями с одной стороны и совместное использование пространства в плотных поселениях – с другой. Исследования будут проведены на примере пеночки-веснички Phylloscopus trochilus – вида с выраженной территориальностью. Специальное внимание будет уделено влиянию на формирование 3D территорий таких факторов, как структура местообитаний, плотность населения, статус самца (с учетом специфики поведения, в т.ч. репродуктивных отношений, с оценкой репродуктивного вклада путем определения величины выводка и выявления доли экстрапарного отцовства молекулярно-генетическими методами). Материал по 3D территориям будет собран посредством регистраций положения индивидуально меченых особей с помощью картирования точек, в которых птицы поют, с указанием занимаемой высоты. Данные будут проанализированы на основе анализа частоты распределения локаций в 3D облаках точек. Также будет дана геоботаническая характеристика местообитаний и описаны особенности поведения птиц. Репродуктивные отношения будут изучены путем прижизненного сбора биоматериала с последующим анализом ДНК с применением микросателлитных маркеров. Использование современных методов, в т.ч. молекулярно-генетического анализа и подходов, отвечающих критериям изучения 3D территориальности птиц, даст возможность получить результаты, соответствующие мировому уровню научных исследований. Результаты проекта позволят выявить закономерности формирования 3D территориального пространства у модельного вида и на его примере описать стратегии оптимизации пространственной структуры поселений территориальных птиц в условиях ограниченных ресурсов. Они также могут быть использованы при планировании мероприятий по созданию и поддержанию определенной численности птиц в естественных и трансформированных биотопах с учетом знаний о возможностях лабильности их поведения при заселении местообитаний разных типов. Данные о способах разделения пространства птицами в биотопах ограниченной площади особенно актуальны в связи с необходимостью сохранения биоразнообразия и поддержания нормального функционирования экосистем в условиях возрастающей антропогенной нагрузки, сокращения площадей и фрагментации природных местообитаний. Кроме того, 3D модели использования животными пространства могут быть эффективны при разработке мер по сохранению местообитаний определенных видов, в т.ч. редких и нуждающихся в охране.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Матанцева М.В., Симонов С.А. Two- and three-dimensional territories and territory overlap of Willow Warblers Phylloscopus trochilus in Arctic forests Polar Biology, Vol. 46. № 7. P. 881–893 (год публикации - 2023)
10.1007/s00300-023-03172-2

2. Матанцева М.В. Методы изучения территорий певчих птиц Зоологический журнал, T. 102. № 10. С. 1127–1138 (год публикации - 2023)
10.31857/S0044513423090088

3. Матанцева М.В., Симонов С.А. Анализ трехмерных территориальных пространств и областей их перекрывания в поселениях пеночки-веснички Тезисы докладов II Всероссийского орнитологического конгресса (30 января – 04 февраля 2023 г., г. Санкт-Петербург). М.: Товарищество научных изданий КМК, С. 157–158 (год публикации - 2023)

4. Матанцева М.В., Симонов С.А. Первые результаты изучения 3D-территориальности воробьиных птиц на Севере 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: научное электронное издание. Петрозаводск: КарНЦ РАН. , С. 39. (год публикации - 2024)

5. Матанцева М.В., Симонов С.А., Еремеева С.А. Blowfly Trypocalliphora braueri larvae infestation in Willow Warblers Phylloscopus trochilus on the Kola Peninsula, Russia Ornis Svecica (год публикации - 2025)

6. Матанцева М.В., Симонов С.А., Кретова А.Ю. Extra-pair paternity rate of Willow Warblers on Kola Peninsula Transactions of the Karelian Research Centre RAS, DOI: 110.17076/eb1969 (год публикации - 2024)
10.17076/eb1969

7. Матанцева М.В., Симонов С.А. 3D territories of Willow Warblers (data) and R script MCP Figshare (год публикации - 2023)
10.6084/m9.figshare.19361678.v3

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. Обработаны данные 2023 г. 2. Проведен поиск и анализ новых публикаций по теме проекта. 3. Результаты представлены в виде устных докладов на 2 очных научных конференциях. 4. Собран материал, необходимый для решения поставленных задач: - 38 самцов веснички (транзитных и резидентов) отловлено, помечено и прослежено на протяжении всего времени их пребывания на участках исследований; - у отловленных самцов зарегистрированы стандартные морфофизиологические параметры и взяты образцы биологического материала; - найдено 21 гнездо, получены данные о гнездовании, собраны образцы биологического материала для выявления случаев экстрапарного отцовства (ЭПО); - проведено геоботаническое описание участков исследований; - получены данные о прочих факторах, потенциально влияющих на формирование территориальной структуры поселений. 5. Проведен молекулярно-генетический анализ, получены данные о степени ЭПО в исследуемом поселении и о репродуктивном вкладе разных самцов. 6. Обработан массив материалов за 2 года реализации проекта (весь комплекс анализируемых параметров по 57 3D-территориям). Объединены данные, полученные в ходе реализации проекта, и данные, являющиеся научным заделом по проекту; обработан весь массив имеющихся данных (по 117 3D-территориям и всему спектру анализируемых факторов); сделаны итоговые заключения. Обнаружена обратная связь между попарным перекрыванием (далее перекрыванием) территорий в 3D-среде и высотой древесного и древесно-кустарникового ярусов (ранговая корреляция Спирмена: Rho = -0,431 и -0,513 соответственно, p < 0,001, n = 117). В свою очередь, зависимости объема территории от высоты леса на основании всей совокупности данных не выявлено (p > 0,05 для всех исследуемых пар взаимодействий, n = 117). Возможно, эти результаты оказываются искаженными ввиду значительной разницы высоты леса на юге и севере Кольского п-ова. Действительно, если рассматривать эти пары взаимодействий только для однотипных лесов (в нашем случае, для лесов в окрестностях Лувеньги), оказывается, что связь объема 3D-территории с высотой леса, хотя и слабая, является значимой (Rho = 0,268, p = 0,023, n = 57). Таким образом, в более высоком лесу птицы успешнее избегают перекрывания территориальных пространств, а при обитании в однотипных биотопах веснички занимают большие по объему территории в более высоких лесах. В одном и том же районе (окрестности Лувеньги) в годы с более синхронным началом гнездования веснички занимали большие по объему территории (критерий Уилкоксона: V = 379, p = 0,007, n = 57), причем увеличение объема территорий происходило за счет их увеличения по высоте. По-видимому, в сезоны, когда формирование пар происходило в сжатые сроки, и на участках одновременно присутствовало много самок, готовых к размножению, и много конкурирующих самцов, самцы более активно демонстрировали свои территории, стараясь занять наиболее высокие и заметные позиции. Плотность населения в целом положительно коррелировала с размером территорий (а именно, с ее объемом, ранговая корреляция Спирмена: Rho = 0,346, p < 0,001, n = 117), т.е. большее число конспецификов стимулировало самцов занимать более крупные территории. Перекрывание 3D-территорий также возрастало с увеличением плотности населения (Rho = 0,604, p < 0,001, n = 117). Эти зависимости, в отличие от остальных, проявлялись и при анализе «традиционных» территорий как плоскостных (2D) объектов – размеры (в данном случае, площадь) 2D-территорий и их перекрывания положительно коррелировали с плотностью населения (Rho = 0,399 и 0,591, соответственно, p < 0,001, n = 117). На основании этого можно предположить, что для выявления указанных зависимостей, по крайней мере, в определенных ситуациях, достаточно анализа 2D-данных, что подтверждает сделанные ранее заключения многих исследователей о закономерностях формирования территорий животных, основанных на работе с 2D-данными. Совместное влияние особенностей биотопов и плотности населения выражалось в формировании более плотной мозаики территорий в ограниченных по площади участках предпочитаемых местообитаний. В сплошных массивах леса территории в большинстве случаев были распределены по площади занимаемых биотопов без перекрываний, тогда как во фрагментированных лесах локально могли формироваться высокие плотности населения, при которых происходило сближение и частичное перекрывание соседних территорий. Что касается качеств самих самцов, то на настоящее время корреляций параметров 3D-территорий с их статусом или активностью пения не выявлено. Но найдены слабые отрицательные связи объема территорий с размерно-весовыми характеристиками особей: с длиной хвоста (ранговая корреляция Спирмена: Rho = -0,201, p = 0,043, n = 117) и весом (Rho = -0,267, p = 0,011, n = 117). Возможно, эти корреляции случайны, однако, если они будут подтверждены и в будущем, это может свидетельствовать о том, что более крупные, и, предположительно, более взрослые и опытные особи, стремятся занимать не самые большие территории, а территории в самых кормных биотопах (где, соответственно, могут набрать больший вес). Однако еще предстоит выяснить, насколько тесно вес тела у веснички связан с объемом ресурсов ее территории. Таким образом, проверка высказанного предположения нуждается в новых материалах. В целом, наши результаты свидетельствуют о том, что территории весничек динамичны, а их размер и форма зависят не столько от индивидуальных характеристик их владельцев, сколько от структуры растительности занимаемых местообитаний и социальных факторов. 7. Получены дополнительные данные по зараженности птенцов воробьиных личинками паразитических мух. В 2023 и 2024 гг. в районе Лувеньги наблюдалась очень высокая зараженность птенцов веснички личинками Trypocalliphora braueri. Поскольку эти данные были получены в ходе реализации проекта, со ссылкой на грант была подготовлена статья, принятая в печать в журнале «Ornis Svecica» (Scopus). 8. Принята в печать статья «Extra-pair paternity rate of willow warblers on Kola Peninsula» в журнале «Transactions of the Karelian Research Centre RAS / Труды Карельского научного центра РАН» (ядро РИНЦ, PSCI). 9. Переопубликована на английском языке статья «Methods for studying songbird territories» в журнале «Biology Bulletin» (WoS, Scopus, ядро РИНЦ). 10. Подготовлена итоговая публикация по проекту, которая по завершении экспертизы будет отправлена в издательство журнала «Avian Research» (WoS, Scopus). 11. Создана и зарегистрирована в Реестре баз данных РФ база данных «Параметры полигамии пеночки-веснички Phylloscopus trochilus на Северо-Западе России». 12. Информация о проекте была распространена его исполнителями посредством следующих информационных ресурсов: https://vk.com/video-28174864_456258627 https://vk.com/wall-125581694_2304 https://vk.com/wall-125581694_2307 https://vk.com/wall-125581694_2320 http://ib.krc.karelia.ru/news.php?id=5773&plang=r

Публикации

7. Матанцева М.В., Симонов С.А. 3D territories of Willow Warblers (data) and R script MCP Figshare (год публикации - 2023)
10.6084/m9.figshare.19361678.v3

Возможность практического использования результатов
Результаты проекта могут быть использованы при подготовке курса лекций по этологии и экологии животных для чтения в ВУЗах. Базы данных, созданные в ходе реализации проекта, могут быть использованы исследователями, занимающимися изучением территориальности и социальных отношений птиц.