ИСТИНА

Цель работы - выявление закономерностей морфологической изменчивости песцов на островах и оценка роли разных факторов в ее формировании. В задачи работы входит исследование изменчивости формы, размера и биомеханических свойств черепов изолированных популяций песцов и сопоставление структуры морфологической изменчивости с данными по экологии и филогении популяций песца. Исследование выполнено в рамках теории островного синдрома (Foster, 1964; Lomolino, 1985) и направлено на расширение области предсказаний этой теории. В современном виде теория островного синдрома включает многие поведенческие признаки, а из морфологических – только размер тела. Известно, что на островах изменяется не только размер тела животных, но и его форма, закономерности роста и многие другие морфологические характеристики. Назрела необходимость расширения области предсказаний теории островного синдрома путем детального исследования закономерностей морфологической изменчивости изолированных популяций. Сравнительный морфологический анализ островных популяций песцов необходим для оценки их таксономического и природоохранного статуса, так как положение островных популяций в подвидовой систематике песца до настоящего момента остается спорным. Впервые в рамках теории островного синдрома будет исследована не только общая размерная изменчивость, но и изменчивость формы черепа и его частей. Впервые подобное исследование будет проводиться с помощью комплекса новейших методов морфометрии и компьютерного моделирования. Впервые будет проанализирована роль разных факторов - экологических, филогенетических, исторических - в формировании наблюдаемой структуры морфологической изменчивости островных песцов. Результатом этой работы станет выявление закономерностей эволюции черепа песца в условиях островной изоляции. Будут строго количественно описаны морфологические различия черепов и зубов островных популяций песцов между собой и их отличия от материковой популяции. Будет выявлена экологическая, филогенетическая и стохастическая компоненты в наблюдаемой структуре изменчивости. Будет дана оценка функциональной значимости обнаруженных морфологических различий. Полученные в результате нашей работы фундаментальные знания о закономерностях морфологической эволюции на островах могут служить основой для планирования дальнейших исследований в области эволюционной биологии. Объединенный анализ морфологических, генетических, экологических данных позволит оценить таксономический и природоохранный статус островных популяций песцов.

The aim of the presented project is to comprehensively describe the pattern of morphological variation in isolated mammal populations and estimate the influence of ecological and phylogenetic factors on this pattern. We set out to study size, shape and biomechanical variation of the Arctic fox skulls and teeth. The obtained results will be compared with ecological and phylogenetic data. Our study is intended to expand prediction area of the island syndrome theory (Foster, 1964; Lomolino, 1985). Moreover, a detailed morphological analysis of the Arctic fox island populations is crucial for estimating their taxonomical and preservation status. Several state-of-the-art research methods will be employed. First, not only size, but also shape variation of island populations will be studied. Next, a combination of modern techniques including geometric morphometrics and computer modelling will be used. Based on these, the relative impact of ecological, phylogenetic, and historical factors on island foxes’ morphological variation will be estimated. The functional significance of morphological differences between different Arctic fox populations will be assessed as well. As result, a better understanding of the pattern of evolution of the island Arctic foxes skull and teeth will be gained. Results of our study will contribute to the fundamental knowledge about evolution on islands and develop a new approach to island evolution studies. Importantly, our synthetic analysis of morphological, genetic, and ecological data can contribute to estimation of taxonomical and preservation status of isolated populations of the Arctic fox.

Результатом этой работы является выявление характера и закономерностей эволюции черепа песца в условиях островной изоляции популяций. В частности: 1. Будут исследованы и описаны строго количественно морфологические различия черепов и зубов островных популяций песцов между собой и их отличия от материковых популяций. 2. Будет выявлена экологическая, филогенетическая и стохастическая компоненты в наблюдаемой структуре изменчивости. 3. Будет дана оценка функциональной значимости обнаруженных морфологических различий. Для этого с помощью методов компьютерного моделирования будет проведено сравнение распределения нагрузок и деформаций черепов при жевании песцов разных популяций. По результатам данного проекта мы планируем опубликовать научные статьи в зарубежных и отечественных журналах, обзорную статью по использованию метода конечных элементов в биологических исследованиях и две научно-популярные статьи. Научная и прикладная значимость результатов исследования. Впервые будет проведена количественная оценка степени адаптивности морфологической эволюции млекопитающих на островах с использованием новейших компьютерных технологий. Впервые будет оценено морфологическое разнообразие островных песцов и дана оценка приспособленности к условиям островов уникальных реликтовых популяций. Эта информация необходима для адекватной оценки таксономического и природоохранного статуса популяций песцов, а следовательно, и для планирования природоохранных мероприятий. Использование, развитие и популяризация методов геометрической морфометрии и метода конечных элементов внесут большой вклад в развитие методической базы не только современных эволюционных, но и медицинских исследований, поскольку эти методы позволяют анализировать и прогнозировать изменения любой морфологической структуры в зависимости от ее формы, физических свойств и приходящихся на нее нагрузок. Результаты данного исследования могут быть использованы для обучающих и просветительских целей. Мы планируем в рамках данного проекта проведение семинаров и практикумов как для студентов Биологического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова (2 и 4 курсы), так и для научных сотрудников. Стоит отметить, что участники проекта уже имеют совместный опыт проведения такого рода мероприятий (2011 – 2018 гг.). Данный проект осуществляется в рамках научно-исследовательской темы, выполняемой в Зоологическом музее Биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова «Таксономический и биохорологический анализ животного мира как основа изучения и сохранения структуры биологического разнообразия» (2016–2020 гг.), регистрационный № 18-1-16, и будет способствовать ее развитию. Внесение трехмерных сканов черепов в мировые электронные базы данных будет способствовать интеграции отечественных ученых и кураторов коллекций в мировое научное сообщество. Полученные в результате данной работы фундаментальные знания о закономерностях и характере морфологической эволюции в условиях островной изоляции могут служить основой для планирования дальнейших исследований в области эволюционной биологии. Так, в дальнейшем мы планируем расширить наше исследование, включив в анализ другие виды хищных млекопитающих Carnivora, имеющих островные изоляты, а затем и виды других отрядов млекопитающих Mammalia.

Руководитель и участники проекта в совершенстве владеют методами исследования морфологической изменчивости, имеют публикации в этой области (Nanova, 2014, 2015; Nanova et al., 2017; Nanova, Proa, 2017; Evteev et al., 2016, 2017; Гасилин и др., 2017; Гимранов и др., 2015; Гимранов 2017, 2018; Gimranov, Kosintsev, 2015), имеют большой опыт совместной работы по грантам: РФФИ 12-04-31013 мол_а (рук. Нанова О.Г.), 16-36-00019 мол_а (рук. Евтеев А.А.); грант Президента РФ МК-1681.2012 (рук. Нанова О.Г.); грант Royal Society of Great Britain JP 100455 (рук. Евтеев А.А.). Участник проекта Гимранов Д.О. является признанным специалистом в области исследований морфотипов зубов хищных млекопитающих (Гимранов и др., 2015; Гимранов 2017, 2018; Гимранов, Косинцев, 2017; Gimranov, Kosintsev, 2015), что позволит реализовать часть проекта, связанную с морфотипической изменчивостью зубов песцов. Помимо владения методами, для осуществления проекта необходимо наличие материала – черепов из разных локалитетов. Имеющиеся уже у нас выборки песцов Командорских островов и материковой Евразии, исследованные разными методами (около 300 экземпляров), будут включены в общее исследование. Кроме того, в распоряжении коллектива имеется обширный материал (около 1000 экземпляров, собран и проанализирован Гимрановым Д.О.) по морфотипической изменчивости всех (кроме клыков) верхних и нижних зубов песцов Евразии, включая песцов о. Медный и о. Беринга и песцов из археологических раскопок возрастом около 26–30 тысяч лет. Этот материал, интересный сам по себе для сравнения морфотипической изменчивости командорских песцов, современных материковых песцов и песцов, живших более 20 тысяч лет назад, также будет использован при сравнительном исследовании зубов других островных популяций песцов.