ИНСТИТУТ
БИОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОБЛЕМ СЕВЕРА

Федеральное
государственное
бюджетное
учреждение
науки

Дальневосточное
отделение
Российской
академии наук

Важнейшие результаты законченных работ (или крупных этапов работ) за отчетный период 2017 года. Направление фундаментальных исследований Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013—2020 гг.

Закавказье является перекрестком многих миграционных путей человека на протяжении всей истории существования Homosapiens. Для прояснения генетической истории популяций этого региона получены данные об изменчивости целых митохондриальных геномов у 52 представителей древнего населения Закавказья (возрастом от 200 до 8000 лет) и 206 представителей современного населения Армении. Показано, что, несмотря на зарегистрированные археологами значительные культурные изменения на протяжении последних 8000 лет, население региона сохранило генетическую преемственность поколений. (Margaryan A., Derenko M., Hovhannisyan H., Malyarchuk B., Heller R., Khachatryan Z., Avetisyan P., Badalyan R., Bobokhyan A., Melikyan V., Sargsyan G., Piliposyan A., Simonyan H., Mkrtchyan R., Denisova G., Yepiskoposyan L., Willerslev E., Allentoft M.E. Eight millennia of matrilineal genetic continuity in the South Caucasus // Current Biology. 2017. V. 27. P. 2023−2028. e 7).

53. Общая генетика

На основе датировок по изотопу углерода (14 C) и анализа митохондриальной ДНК ископаемых позднеплейстоценовых сусликов с территории северо-восточной Якутии и современных Urocitellus parryii рассмотрена четвертичная истории арктических сусликов. Показано, что образцы ДНК ископаемых сусликов и современных U . parryii с п-ва Камчатка образуют общую кладу. Это указывает на неправомерность выделения C . glacialis как отдельного вида. Полученные данные уточняют представления об истории U . parryii на территории Берингии в позднем плейстоцене, в частности, о количестве и времени трансберингийских обменов. (Faerman M., Bar-Gal G.K., Boaretto E., Boeskorov G.G., Dokuchaev N.E., Ermakov O.A., Golenishchev F.N., Gubin S.V., Mintz E., Simonov E., Surin V.L., Titov S.V., Zanina O.G., Formozov N.A. DNA analysis of a 30,000-year-old Urocitellus glacialis from northeastern Siberia reveals phylogenetic relationships between ancient and present-day arctic ground squirrels // Scientific Reports. 2017. V. 7. P. 42 639).

Рис. 2. а.) Карта точек сбора материала; б.) Медианная сеть гаплотипов Urocitellusparryii

Пересмотрено представление о выдающейся холодоустойчивости сибирской лягушки ( Rana amurensis), ранее считавшейся наиболее криорезистентной среди бесхвостых амфибий. Сибирская лягушка, как травяная ( R . temporaria) и дальневосточная ( R . dybowskii), переносит лишь ‑2…-2.5°C. В отличие от зимующих на суше и выдерживающих охлаждение до -16°C лягушек, R . amurensis проводит холодный период в непромерзающих водоемах, в которых содержание кислорода может падать до 0−2.1 мг/л. Зимовка в воде и устойчивость к жесткой гипоксии имели решающую роль при колонизации видом наиболее холодных регионов Северной Азии (до 71 °C.ш.). (Берман Д.И., Булахова Н.А., Мещерякова Е.Н. Адаптивные стратегии бурых лягушек (Amphibia, Anura, Rana) в отношении зимних температур на севере Палеарктики // Зоологический журнал. 2017. Т. 96. № 11. С. 1392−1403). Берман Д.И., Булахова Н.А., Балан И. В. Самая сибирская лягушка // Природа. 2017. № 8. С. 3−14).

Рис. 3. Ареал сибирской лягушки на фоне сплошной (коричневый цвет) и прерывистой (оранжевый цвет) вечной мерзлоты

52. Биологическое разнообразие

51. Экология организмов и сообществ

Выяснена причина необычного распространения пауков рода Diphya (Tetragnathidae), представители которого обитают в Восточной Азии (Приморье, северо-востоке Китая, Япония и Корея), Южной Америке и Южной Африке. Проведенный детальный анализ морфологии видов показал, что внешнее сходство, служившее основанием для включения в род, — результат конвергенции признаков. Строение копулятивных органов разных видов свидетельствует, что род полифилетический и должен быть разделён на 4 отдельных рода. Виды рода Diphya обитают только в южной части Неотропики, африканские виды должны быть выделены в самостоятельный род, а виды, встречающиеся в Палеархеарктике, поделены между двумя другими новыми родами. (Marusik Y.M.A review of Diphya (Araneae: Tetragnathidae) from South Africa // Arthropoda Selecta. 2017.V. 26. № 2. P. 133−138; Marusik Y.M., Omelko M.M., Koponen S. First record of Diphya wulingensis (Aranei, Tetragnathidae) in Russia // Arthropoda Selecta. 2017. V. 26. № 2. P. 139−144; Marusik Y.M., Omelko M.M. First illustrated description of the male of Diphya macrophthalma, the type species of the genus (Araneae: Tetragnathidae) // Iheringia. 2017. V. 107: e2017036. P.1−7).

Рис. 4. Внешний вид самца Diphya macrophthalma из Чили. Вид описан впервые

52. Биологическое разнообразие

Впервые получены данные об изменчивости митохондриальных геномов у русского населения Восточной Европы (6 популяций, 376 митогеномов). Анализ динамики эффективной численности популяций показал несколько этапов роста численности, зафиксированных в митохондриальных генофондах русских. Первый этап с максимумом примерно 60−65 тысяч лет тому назад может быть связан с выходом человека из Африки. Во время ледникового максимума наблюдается спад эффективной численности вплоть до 24.5 тыс. лет тому назад с последующим ее повышением, начиная с 21.8 тыс. лет назад. Впервые обнаружен резкий рост численности населения в бронзовом веке (2.9−5.8 тыс. лет тому назад). (Malyarchuk B ., Litvinov A ., Derenko M ., Skonieczna K ., Grzybowski T ., Grosheva A ., Shneider Yu ., Rychkov S ., Zhukova O. Mitogenomic diversity in Russians and Poles // Forensic Science International: Genetics. 2017. V. 30. P. 51−56).

Рис. 6. Динамика эффективной численности популяций (ось Y) во времени (ось Х – тыс. лет) по данным об изменчивости нуклеотидных последовательностей 376 митогеномов русского населения Восточной Европы

53. Общая генетика

Рис. 1. Медианная сеть митохондриальных геномов древнего и современного населения Закавказья

Впервые получены комплексные данные о пространственно-временной и структурно-функциональной организации сообществ макрозообентоса в типичном северном водотоке среднего типа (р. Ола, северное побережье Охотского моря, Магаданская область). Проведен анализ пространственного распределения выявленной фауны по продольному профилю реки, определены подзоны ритрали (эпи-, мета- и гипоритраль), границы которых трудноразличимы. Показана уникальная пространственно-временная изменчивость качественной и количественной составляющих донных сообществ северной реки. Полученные результаты дают новые представления о видовом разнообразии речного зообентоса севера. (Хаменкова Е.В., Тесленко В.А., Тиунова Т.М. Распределение фауны макрозообентоса в бассейне реки Ола (Северное побережье Охотского моря) // Зоологический журнал. 2017. Т. 96 № 4. С. 400−409. / E.V. Khamenkova, V.A. Teslenko, T.M. Tiunova Distribution of the macrobenthos fauna in the Ola River basin, northern coast of the Sea of Okhotsk // Entomological review. 2017. V. 97. Issue 3, p. 344−352.; Хаменкова Е.В., Тесленко В.А. Структура сообществ макрозообентоса и динамика их биомассы в р. Ола (Северное побережье Охотского моря, Магаданская область) // Зоологический журнал. 2017. Т. 96. № 6. С. 619−630)

Рис. 7. Распределение сообществ макрозообентоса и дендрограмма сходства фауны основного русла р. Ола.

51. Экология организмов и сообществ

Получены уникальные данные о популяционной структуре малой конюги Aethia pygmaea, чистиковой птицы с контрастными различиями в ритмах суточной активности: на охотоморских колониях эти птицы ведут дневной образ жизни, а на беринговоморских — ночной. Исследования акустических и морфометрических параметров выявили клинальную изменчивость признаков. По локусам митохондриальной ДНК птицы с Командорских островов оказались в одной группе с птицами островов Охотского моря, в другую группу попали птицы с Алеутских островов. Оформившиеся примерно 115−130 тыс. лет назад упомянутые генетические различия, таким образом, не отражают различий в поведении птиц и мало повлияли на внутривидовую дифференциацию по ритмам активности. Предполагается, что последняя вырабатывалась под воздействием только экологических факторов, таких как влияние хищников, размещение гидрологических фронтов, кормовых полей и кромки льдов (рис. 5). (Pshenichnikova O. S, Klenova A.V., Sorokin P.A., Konyukhov N.B., Andreev A.V., Kharitonov S.P., Zubakin V.A., Artukhin Yu.B., Schacter C. R: Population differentiation in whiskered auklets Aethia pygmaea: do diurnal and nocturnal colonies differ in genetics, morphometry and acoustics? // Journal of Avian Biology. 2017. V. 48. P. 1047−1061, doi: 10.1111/jav.1 124)

Рис. 5. Размещение гнездовых колоний малой конюги и точки сбора материала

51. Экология организмов и сообществ

Впервые охарактеризована флора водных сосудистых растений долины р. Колыма, представленная 75 таксонами из 36 родов и 25 семейств. В Магаданской области и Якутии впервые найдены 5 новых таксонов. Показано, что долина Колымы служит экологическим коридором, по которому многие южные виды проникают далеко на север, но лишь немногие арктические виды — на юг. Разнообразие водных растений в расположенной севернее якутской части долины гораздо выше, чем в магаданской, что обусловлено более широким спектром типов водоемов, сравнительно высокой теплообеспеченностью и нивелированием влияния мерзлоты таликовыми водами. (Бобров А.А., Мочалова О.А. Водные сосудистые растения долины Колымы: разнообразие, распространение, условия обитания // Ботанический журнал. 2017. Т. 102. № 10. С. 1347−1378).

Рис. 8. Район исследования — долина р. Колыма

52. Биологическое разнообразие

Впервые определен полиморфизм нуклеотидной последовательности гена цитохрома b митохондриальной ДНК и первичной структуры белка Cytb кижуча Oncorhynchus kisutch Северо-Востока России. Отмечены особенности генетической структуры популяций кижуча из рек побережья Охотского моря, Восточной Камчатки и Чукотки. Оценен эволюционный возраст генофонда мтДНК этого вида. Показано, что наиболее распространенный гаплотип К1 появился в популяциях кижуча на границе среднего и позднего плейстоцена. Обнаружены радикальные замены в аминокислотной последовательности полипептида Cytb, что свидетельствует в пользу влияния положительного вектора направленного отбора. (Бачевская Л.Т., Иванова Г.Д., Переверзева В.В., Агапова Г.А. Генетическая структура кижуча ( Oncorhynchus kisutch ) из рек Северо-Востока России по данным о полиморфизме гена цитохрома b митохондриальной ДНК // Известия РАН. Серия биологическая. 2017. № 6. С 13-19. / Bachevskaya L.T., Ivanova G.D., Pereverzeva V.V., and Agapova G.A. Genetic Structure of the Coho Salmon Oncorhynchus kisutch in the Rivers of Northeastern Russia According to the Data on the Variability of the Cytochrome B Gene of Mitochondrial DNA // Biology Bulletin. 2017. V . 44. № 6. Р. 568-574).

Рис. 9. Медианная сеть гаплотипов (К1–К15) гена cytb мтДНК кижуча. Числа – сайты мутаций; медианные векторы (mv) – гипотетические гаплотипы; А, Б – гаплогруппы.

53. Общая генетика