Анализ закономерностей микро- и макроэволюции.НИР

Analysis of patterns of micro- and macroevolution

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Анализ закономерностей микро- и макроэволюции.
Результаты этапа: Работа кафедры биологической эволюции по теме Госзадания ч.2 «Анализ закономерностей микро- и макроэволюции» ведется по ряду направлений. Для решения основной задачи подобран ряд модельных объектов. Различные модельные объекты позволяют изучать основные направления эволюционных процессов, дополняя и взаимно проверяя результаты каждого направления. Модельными объектами эволюции онтогенеза служат Cnidaria. В 2021 году продолжалось изучение эмбрионального и личиночного развития представителя книдарий, беломорского колониального гидроида Dynamena pumila. Показано, что в нормальном развитии морского колониального гидроида Dynamena pumila морфогенетические процессы гаструляции и спецификация судьбы клеток зародышевых листков не связаны с молекулярной разметкой плана строения, основанной на каскаде cWnt. Изучение изменчивости жизненного цикла Scyphozoa позволяет нам лучше понять эволюционный потенциал, заложенный в различных программах развития. Результаты таких исследований говорят не только об эволюционной истории изучаемых видов, но и дает нам в руки инструменты для изучения макроэволюционных преобразований таксонов. Такой анализ помогает осознать значимость тех или иных стадий развития для эволюции и выживания видов. В рамках кафедральной темы проводится долговременный эксперимент по содержанию и адаптации к различным условиям Drosophila melanogaster. Продолжены межкафедральные исследования изменений комплекса симбиотических дрожжей и бактерий, происходящих в ходе адаптации мух D. melanogaster к субстратам с различными концентрациями NaCl. Полученные результаты показывают, что дрожжевой микробиом D. melanogaster закономерно меняется в течение жизни насекомого и, по-видимому, зависит от многих факторов, в том числе от возраста мух, состава и «возраста» кормового субстрата, а также от экологических взаимодействий с другими компонентами микробиома (бактериями, мицелиальными грибами). Летом 2021г. на Беломорской биологической станции было проведено полевое исследование дрожжевой микробиоты видов отряда Diptera литорали Белого моря, личинки которых развиваются в субстратах с высокой соленостью (соленых лагунах и водорослевых выбросах). Был собран богатый материал по нескольким видам литоральных эфидрид. Для изучения на популяционном уровне соотношения фенотипической адаптации, генетического полиморфизма, селекционных процессов и механизмов естественного отбора продолжены популяционно-экологические исследования модельного полиморфного вида птиц мухоловки-пеструшки (Ficedula hypoleuca). Было показано, что основным экологическим фактором, определяющим вовлеченность птиц во внебрачные спаривания в Томской популяции мухоловки-пеструшки является плотность гнездования (число контактов между особями). Также было показано, что внебрачные спаривания у мухоловки-пеструшки возникают как побочное неожиданное следствие отбора (эписелективный процесс). Полученные предварительные данные о возникновении устойчивости к инсектицидам в природных популяциях насекомых свидетельствуют о том, что ранние этапы отбора на резистентность к диазинону у Drosophila melanogaster привели к фиксации в популяции двух аллелей этого гена, которые коррелируют с повышенной устойчивостью к фосфорорганическим соединениям. Были изучены особенности формирования пищевых рас у жуков-листоедов (Coleoptera, Chrysomelidae). В природе и в лабораторных условиях было изучено 3 вида жуков-листоедов: Agelastica alni, Plagiosterna aenea и Lochmaea capreae. Можно предположить, что изученные виды находятся на разных этапах формирования пищевых рас. В 2021 году было продолжено изучение адаптаций у трех модельных видов амфибий, позволяющих им успешно осваивать урбанизированную среду, а также среду с экстремальными условиями в краевых участках их ареалов (у озерной и травяной лягушек) или в местообитаниях интродуцированных популяций, за пределами их ареалов (на Камчатке у озерной и травяной лягушек). Показано, что инвазия канадского золотарника делает сети антофильных насекомых и энтомофильных растений менее структурированными прежде всего из-за возрастающего перекрытия ниш у антофильных насекомых. В 2021 году составлен действующий протокол для идентификации совокупности почвенных членистоногих методом метабаркодинга с использованием в качестве молекулярного маркера фрагмент COI, включающий методику выделения ДНК из совокупности почвенных членистоногих и подготовки библиотеки для секвенирования на платформе Illumina. Показано, что в условиях резких изменений в окружающей среде преимущество получают не виды, наиболее приспособленные к условиям, которых уже нет, а виды с наибольшей пластичностью фенотипических (в том числе поведенческих) признаков, виды, способные к столь же резкому изменению, как и изменение среды обитания. Полученные в 2021 году данные говорят о том, что одновременное присутствие элементов мирмекокомплексов умеренного климата (Lasius) и тропических (Technomyrmex) теплолюбивых видов показывает, что ситуация, описываемая «дилеммой Вилера» и обнаруженная ранее в богатом местонахождении этого региона в позднем эоцене (Большая Светловодная), наблюдается и в более поздний миоценовый период, хотя и с другим таксономичеким составом. По имеющимся данным следует сделать предварительный вывод о большем сходстве более близких по возрасту мирмекофаун миоценовых местонаходений Великая Кема и китайского Шанвонг, чем с географически более близким позднеэоценовым местонаходением Большая Светловодная. Описана морфология раковины и детально изучены представители родов Camptocythere, Palaeocytheridea, Lophocythere из средне- и верхнеюрских морских отложений Центральной России. Изучение коллекций позднепермских и раннетриасовых ископаемых организмов, собранных сотрудниками Палеонтологического института им. А. А. Борисяка РАН (ПИН РАН) в Сибири и Приуралье, позволило специалистам из МГУ, Тартуского университета и данного института обнаружить, что значительную часть биомассы в пресных водоёмах этого времени составляли микроконхиды. Полученные данные позволили предположить, что археоциаты не вымерли, а, скорее, расстались с известковым скелетом, но выжили.Показано, что единственная современная бесспикульная губка с известковым археоциатоподобным скелетом (Vaceletia), согласно данным по эмбриологии и молекулярной биологии, тоже принадлежит именно к этой группе губок. На данный момент намакалатус оказался самым сложным животным эдиакарского периода и действительно мог представлять исходную группу для таких животных, как брахиоподы и мшанки.
2 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Анализ закономерностей микро- и макроэволюции.
Результаты этапа: Все направления работы на кафедры биологической эволюции по теме Госзадания ч.2 «Анализ закономерностей микро- и макроэволюции» были продолжены и дополнены в 2022 году. В направлении эволюционной биологии развития продолжилось изучение модельного объекта Cnidaria, для нескольких видов были детально описаны и собраны выделены основные стадии и морфогенезы в онтогенезе. Получены новые данные о клеточных основах инвагинации. Продолжается поиск факторов (индукторов стробиляции), приводящих к образованию большого количества медуз. Для группы Coronatae удалось культивировать два вида полипов семейства Nausithoidae и получить первые стробилы. В долгосрочном эволюционном эксперименте на дрозофилах продолжается анализ роли дрожжевого и бактериального микробиомов при адаптации к соленым субстратам. Для популяций Drosophila melanogaster, в которых ведется отбор на увеличение продолжительности жизни, изучено влияние эволюционных, социальных и микробиотических факторов и показано, что изменение продолжительности жизни может происходить не только за счет изменения генетической составляющей самих мух, а скорее за счет изменений микробиоты. Также продолжено изучение состава и структуры микробиома мух-береговушек (представители родов Ephydra, Paracoenia, Hydrellia, Coenia), которые приурочены к экстремальным местообитаниям; впервые описано наличие у личинок изучаемых видов анальных органов. В популяционно-экологических исследованиях птиц мухоловок-пеструшек, у которых наблюдается полиморфизм по окраске у самок и самцов, был описан механизм поддержания изменчивости и проведены дополнительные исследования механизмов выбора брачного партнёра и формирования систем скрещивания; состояния популяции в естественных ненарушенных местообитаниях. Также были изучены масштабы внебрачных спариваний у этого вида, которые зависят от плотности гнездования. И показано, что внебрачные спаривания у мухоловки-пеструшки возникают как побочное неожиданное следствие отбора (эписелективный процесс). Продолжено изучение адаптаций у модельных видов амфибий: остромордой, травяной и озерной лягушек, для понимания успешно осваивать урбанизированную среду и среду с экстремальными условиями. Исследованы демографические и морфофизиологические характеристики озерной лягушки. Завершено исследование горного вида рода зеленых жаб, обитающего также в условиях, близких к экстремальным. Начато скелетохронологические исследования ящериц гологлазов и лягушек, также гельминтологическое исследование у травяной и озерной лягушек. Описано, как инвазии новых для экосистем видов растений могут влиять на аборигенных членистоногих (почвенных и травоядных). Изучено влияние инвазии Solidago gigantea на скорость разложения опада и структуру сообщества населяющих его членистоногих. Изучен инвазивный гибридный золотарник Нидередера Solidago x niederederi в Тульской области, его адаптивные возможности, продолжается мониторинг популяции этого вида в г. Алексин (Тульская область). Продолжена работа по изучению формирования и эволюции пищевых рас у жуков-листоедов. Проанализирована меловая фауна муравьев из бирманского янтаря, проведено сравнение морфологии представителей стволовых таксонов муравьев с кроновыми, начато описание муравьев местонахождений Ширванская (Краснодарский край), Урик. Начат большой проект по изучению культуры у муравьев. В рамках геронтологического направления рассматривались механизмы формирования и видоизменения в ходе эволюции альтруизма и организменного феноптоза. В одной из теоретических работ были рассмотрены и проанализированы имеющиеся гипотезы происхождения менопаузы. Изучалась генетика муравьев на примере экспрессии цитохромов семейства 9е2 у черного садового муравья Lasius niger и L. fuliginosus. Изучены адаптации кряквы к урбанизированным условиям (на материале из диких популяций Владимирской области и из популяции Московского зоопарка). Показаны разные стадии видообразования – кладогенез и филетическая эволюция у остракод из Среднерусского моря (среднеюрская эпоха, отложения с территории Европейской части России), которые возникают при освоении группой новых местообитаний, с последующей адаптацией и стабилизацией признаков. Также изучен онтогенез и гетерохронии у нижнекелловейских представителей остракод рода Lophocythere. Проанализированы связь изменений экологических условий и состава сообществ обитателей Мирового океана в начале кембрийского периода; показано, что большинство мягкотелых эдиакарских многоклеточных животных сменила намская биоте, среди которых были первые животные с минеральным скелетом. На кембрийских отложениях из Лено-Алданского района (Якутия) показано, что развитие археоциатовых рифов было неравномерным, прерывистым и сильно зависело от изменения содержания кислорода в мировом океане. Из нижнепермских морских слоёв Печорского угольного бассейна описан новый тип челюстного аппарата многощетинковых червей.
3 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Анализ закономерностей микро- и макроэволюции.
Результаты этапа: Работа кафедры биологической эволюции по теме Госзадания ч.2 «Анализ закономерностей микро- и макроэволюции» ведется по нескольким направлениям: эволюционная биология развития, экспериментальное изучение эволюции, эволюционная экология, макроэволюция (филогения и палеонтология). Для решения основной задачи подобран ряд модельных объектов, которые позволяют изучать основные направления эволюционных процессов, дополняя и взаимно проверяя результаты каждого направления. Модельными объектами эволюции онтогенеза служат Cnidaria, которые входят в группу и низших многоклеточных животных, и, с высокой вероятностью сохранили, эволюционно первичные механизмы регуляции развития, клеточных дифференцировок, физиологических процессов. Исследования представителей этого типа очень информативны для понимания клеточных механизмов морфогенетических процессов. Их результаты могут быть использованы для сравнительного анализа развития книдарий и представителей Bilateria, а также для сравнения разных видов книдарий, которые демонстрируют высокое разнообразие и эволюционную пластичность морфогенетических процессов (Kraus, Markov, 2016). В 2022 году был изучен эмбриогенез Aurelia aurita с использованием современных методов световой микроскопии, иммуноцитохимии, конфокальной лазерной микроскопии, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии (Kraus et al., 2022). С помощью прижизненных наблюдений, световой, флуоресцентной и электронной микроскопии были описаны основные стадии и морфогенезы развития молодой медузы (эфиры) рода Aurelia из группы Semaeostomea и рода Cassiopea из группы Rhizostomeae. По результатам были созданы таблицы нормального развития эфиры для представителей двух родов, выделены отдельные этапы развития будущей молодой медузы и стробилы в целом, описан ряд морфогенезов, вовлеченных в этот процесс. Для отряда Semaeostomeae характерна полидискная стробиляция, с образованием множества эфир, а для отряда Rhizostomeae – монодискная, с образованием одной эфиры. В рамках кафедральной темы продолжается долговременный эволюционный эксперимент по содержанию и адаптации к различным условиям Drosophila melanogaster и анализ влияния микробиома. Также на D. melanogaster было изучено влияние эволюционных, социальных и микробиотических факторов на эволюцию продолжительности жизни дрозофил. Были протестированы мухи из разных лабораторных линий и было показано, что изменение продолжительности жизни может происходить не только за счет изменений в генофонде подопытной популяции макроорагнизмов (как предполагают классические эволюционные модели), сколько за счет изменений микробиоты, которая также подвергается отбору и может существенно влиять на продолжительность жизни хозяина. Продолжено изучение состава и структуры дрожжевого и бактериального микробиома мух-береговушек из родов Ephydra, Paracoenia, Hydrellia, Coenia к экстремальным местообитаниям, удалось впервые показать наличие у личинок изучаемых видов анальных органов. Продолжены популяционно-экологические исследования модельного полиморфного вида птиц мухоловки-пеструшки (Ficedula hypoleuca). Основная цель – выявить механизмы поддержания изменчивости в окраске брачного наряда самцов F. hypoleuca, которые до сих пор остаются неясными, несмотря на многочисленные работы по этой теме. Изучение механизмов поддержания полиморфизма по окраске брачного наряда самцов у этого вида является актуальным с точки зрения теории адаптивного полиморфизма, теории симпатрического видообразования и эволюционной биологии в целом, т.к. начальные стадии симпатрического видообразования проходят через формирование внутривидового полиморфизма. Помимо описания механизмов поддержания изменчивости проводились дополнительные исследования: механизмов выбора брачного партнёра и формирования систем скрещивания; состояния популяции в естественных ненарушенных местообитаниях. В 2022 году было продолжено изучение адаптаций у трех модельных видов амфибий (остромордой, травяной и озерной лягушек), позволяющих им успешно осваивать урбанизированную среду и среду с экстремальными условиями в краевых участках их ареалов или в местообитаниях интродуцированных популяций, за пределами их ареалов. У озерных лягушек из нескольких популяций Камчатки были также исследованы демографические и морфофизиологические характеристики. Завершено исследование малоизученных горного вида рода Зеленых жаб (Bufotes), B.baturae, обитающего также в условиях, близких к экстремальным. Начато скелетохронологические исследование малоизученных видов ящериц (гологлазов Ablepharus bivittatus) и гельминтологическое исследование двух модельных видов (травяной и озерной лягушек). Коэволюционное направление заключалось в изучении влияния инвазии Solidago gigantea на скорость разложения опада и структуру сообщества населяюших его членистоногих, что особенно важно для понимания эволюции инвазивных видов и сообществ, куда они включаются. Ещё один объект – инвазивный гибридный золотарник Нидередера Solidago x niederederi в Тульской области. Биологические инвазии могут сопровождаться гибридизацией инвазионных видов друг с другом или с аборигенными родственниками, что может создавать дополнительные угрозы для последних из-за интрогрессии. И одним из интересных объектов является золотарник Нидередера Solidago x niederederi – гибрид инвазионного канадского золотарника S. canadensis и аборигенного S. Virgaurea, нахдки которого (хотя вид был открыт еще в 1905 году) довольно редки. При этом в Северо-Восточной Европе этот гибридный вид, по-видимому, активно расселяется, в то время как в Средней России его находки единичны. В этой связи интересен вопрос о биологии золотарника Нидередера и его адаптивных возможностях. Для изучения этой проблемы продолжается мониторинг популяции этого вида в г. Алексин Тульской области. В 2022 была продолжена работа по изучению формирования и эволюции пищевых рас у жуков-листоедов (Coleoptera, Chrysomelidae), что является ярким примером стремительных эволюционных преобразований, приводящих к образованию симпатрических видов. Предпринята попытка анализа меловой фауны муравьев из бирманского янтаря. Сравнение морфологии представителей стволовых таксонов муравьев с кроновыми дает основания для выводов о причинах вытеснения меловой фауны муравьев представителями современных подсемейств до мел-палеогенового вымирания. Продолжена работа в рамках исследований ископаемых мирмекофаун. Начато описание муравьев местонахождений Ширванская (Краснодарский край), Урик. Начат большой проект по изучению культуры у муравьев, в последнее десятилетие эта тема активно исследуется на разных животных. В рамках геронтологического направления были рассмотрены механизмы формирования и видоизменения в ходе эволюции таких контрпродуктивных (вредоносных) программ, как альтруизм и организменный феноптоз. Изучалась и генетика муравьев, на примере экспрессии цитохромов семейства 9е2 у черного садового муравья Lasius niger и L. fuliginosus. Были изучены адаптации кряквы к урбанизированным условиям города Москвы, исследованы образцы ДНК, взятые из диких популяций Владимирской области и из популяции, оседло держащейся на пруду Московского зоопарка. Палеонтологическое направление велось в двух направлениях – на палеозойских и мезозойских (остракодах) беспозвоночных. На остракодах из Среднерусского моря показаны разные стадии видообразования – кладогенез и филетическая эволюция. Исследован онтогенез нижнекелловейских представителей остракод рода Lophocythere, выявлены отличия между раннекелловейскими и позднекелловейскими представителями, которые возникли в результате гетерохроний (ювенилизации). Палеонтологические и геохимические исследования, проведённые ранее на верхнеэдиакарских и нижнекембрийских отложениях Восточной Сибири и Намибии, позволили получить детальную картину изменений состава обитателей Мирового океана в течение этого важнейшего интервала в истории Земли. Удалось показать, что большинство мягкотелых эдиакарских многоклеточных животных исчезло около 550 млн лет назад, уступив место намской биоте, которая включала новые, но гораздо менее разнообразные формы эдиакарских мягкотелых и первых животных с минеральным скелетом. Уже около 540 млн лет назад в морях Сибири и Южного Китая стали появляться первые скелетные животные кембрийского облика, что отмечает начало «Кембрийского взрыва». В интервале 539–521 млн лет – в ископаемой летописи появляются разные скелетные моллюски, губки (археоциаты), членистоногие (трилобиты) и другие группы организмов. Также на кембрийских отложениях (возраст 525-514 млн. лет) из Лено-Алданского района современной Якутии показано, что развитие археоциатовых рифов было очень неравномерным, прерывистым и сильно зависело от изменения содержания кислорода. Описан новый тип челюстного аппарата многощетинковых червей из нижнепермских морских слоёв Печорского угольного бассейна.
4 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Анализ закономерностей микро- и макроэволюции.
Результаты этапа:
5 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Анализ закономерностей микро- и макроэволюции.
Результаты этапа:
6 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. Анализ закономерностей микро- и макроэволюции.
Результаты этапа:
7 1 января 2027 г.-31 декабря 2027 г. Анализ закономерностей микро- и макроэволюции.
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".