ИНСТИТУТ
БИОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОБЛЕМ СЕВЕРА

Федеральное
государственное
бюджетное
учреждение
науки

Дальневосточное
отделение
Российской
академии наук

Расшифрован биохимический механизм, обуславливающий самую высокую устойчивость к холоду остромордой лягушки Rana arvalis (до -16°C) среди евроазиатских видов рода. С помощью метаболомного и традиционных анализов показано, что при замораживании из-за прекращения транспорта кислорода клетки переходят на бескислородный обмен с накоплением лактата, аланина, 2,3-бутандиола и этанола, который впервые обнаружен у наземных позвоночных как конечный продукт гликолиза. В качестве криопротектора нарабатывается не только глюкоза, но и в сравнимых количествах глицерин, ранее известный лишь у амфибий других семейств (углозубы, квакши). Источником криопротекторов служит гликоген в печени и мышцах, в 2−4 раза превышающий таковой у большинства видов лягушек; липиды не имеют в обмене большого значения (рис. 1). Таким образом, модели предзимнего баланса энергетических ресурсов и метаболомные профили различаются в пределах рода Rana принципиально — не менее чем между семействами амфибий.
(Shekhovtsov S.V., Bulakhova N.A., Tsentalovich Y.P., Zelentsova E.A., Meshcheryakova E.N., Poluboyarova T.V., Berman D.I. Metabolomic analysis reveals that the moor frog Rana arvalis uses both glucose and glycerol as cryoprotectants // Animals. 2022. 12. 1286. DOI: 10.3390/ani12101286. Q1, IF 3.233. Bulakhova N.A., Shishikina K.I. Pre-hibernation energy reserves and their consumption during freezing in the moor frog Rana arvalis in Siberia // European Zoological Journal. 2022. 89(1). P. 556−567. DOI: 10.1080/24 750 263.2022.2 060 357. Q2, IF 1.699).

Рис. 1. Концентрация соединений с криопротекторными свойствами в тканях остромордой лягушки Rana arvalis (M±SEM). Gly — глицерин, Glu — глюкоза; зеленые столбики — контроль, красные — замораживание; кружки — индивидуальные значения особей

На основе многолетних наблюдений и GPS-прослеживания арктических птиц проанализированы возможности адаптации сроков и районов гнездования к условиям среды у птиц разных экологических групп. Анализ связи даты откладки первого яйца в 1433 гнездах семи крупных видов тундровых птиц в зависимости от сроков наступления положительных температур в районе гнездования выявил реакции от полной синхронизации у одних видов до отсутствия такой связи у других (рис. 2). У зимняка выявлено, что выбор гнездового участка происходит осенью, при этом в экосистеме со стабильной кормовой базой птицы инспектируют меньшие территории нежели в экосистемах с леммингами (рис. 3). Выявленные закономерности позволят моделировать популяционную структуру и фенологию гнездования птиц в связи с потеплением Арктики и связанным с этим снижением амплитуды лемминговых циклов.
(Solovyeva D.V., Barykina D. A., Prokopenko O. D., Balsby T.J.S., Fox A.D. Annual variation in waterbird clutch initiation date in relation to spring thaw in Arctic Russia // International Journal of Biometeorology. 2022. 66(5). P. 1005−1012. DOI: 10.1007/s00484−022−2 256−8. Q2, IF 3.738. Curk T., Kulikova O., Fufachev I., Wikelski M., Safi K., Pokrovsky I. Arctic Migratory Raptor Selects Nesting Area During the Previous Breeding Season // Frontiers in Ecology and Evolution. 2022. 10. 865 482. DOI: 10.3389/fevo.2022.865 482. Q2, IF 4.493).

Рис. 3. Дистанция между последовательными гнездовыми территориями в условиях стабильных (A) и флуктуирующих (B) кормовых ресурсов. По оси ординат — число прослеженных гнездовых пар; пунктиром обозначены средние значения

Впервые проведено комплексное изучение макрозообентоса пресноводных водоемов островных территорий высокоширотной Арктики (Новая Земля и Земля Франца-Иосифа) (рис. 4). Выявлена лидирующая роль комаров-звонцов во всех типах пресноводных экосистем архипелагов, в том числе в экстремальных водоемах, таких как озеро на о. Ева-Лив, где значения минерализации, содержания хлоридов, сульфатов и некоторых других показателей достигают чрезвычайных величин. Представители подсемейств Orthocladiinae и Diamesinae предложены в качестве индикаторов состояния пресных вод островной и материковой Арктики. Проведена ревизия высокоарктического подрода хирономид Chaetocladius (Amblycladius). Описаны два новых арктических вида.
(Krasheninnikov A.B., Gavrilo M.V., Elkin A.A., Moseev D.S., Kaigorodov R.V., Toropov L.I. Features of freshwater ecosystems of the Franz Josef Land archipelago // Polar Science. 2022. Vol. 33. 100 849. P. 1−17. DOI: 10.1016/j.polar.2022.100 849. Q3, IF 2.355. Krasheninnikov A.B., Vshivkova K.A. A new species of the genus Hydrobaenus Fries, 1830 (Diptera: Chironomidae) from the Arctic Russia // Far Eastern Entomologist. 2022. No. 454. P. 1−6. DOI: 10.25 221/fee.454.1. S, IF 0.41. Krasheninnikov A.B., Tanadbaeva D.A., Vshivkova K.A. Description of Chaetocladius (Chaetocladius) spiridonovi sp. nov. from the Russian Arctic Region (Diptera, Chironomidae) // Zootaxa. 2022. No. 5116(2). P. 292−298. DOI: 10.11 646/zootaxa.5116.2.6. Q3, IF 1.026. Krasheninnikov A.B., Przhiboro A.A. On taxonomy of the subgenus Amblycladius of the genus Chaetocladius (Diptera, Chironomidae) // Zootaxa. 2022. No. 5168(4). P. 494−500. DOI: 10.11 646/zootaxa.5168.4.10. Q3, IF 1.026).

Рис. 4. Карта-схема архипелага Земля Франца-Иосифа. Цифрами обозначены участки сбора материала

Исследован полиморфизм нуклеотидного строения гена цитохрома b митохондриальной ДНК в популяциях полевки-экономки (Alexandromys oeconomus) Северного Охотоморья и аминокислотного строения полипептида цитохрома b в популяциях красно-серой полевки (Craseomys rufocanus) Северо-Востока Азии. Показано, что своеобразие генетической структуры популяций полевки-экономки сформировалось в результате заселения этой территории представителями центрально-азиатской филогруппы с запада и берингийской филогруппы с востока. В долинах рек Ола и Дукча обнаружена зона контакта филогрупп с образованием смешанных популяций (рис. 6). Анализ полиморфизма полипептида цитохрома b в популяциях красно-серой полевки выявил 27 изоформ фермента (рис. 7). Аминокислотные замены обнаружены как в вариабельных трансмембранных, так и в консервативных петлевых участках полипептида. Гено- и фенофонд красно-серой полевки сформирован в результате действия разнонаправленных процессов: высокой мутабильности гена цитохрома b и стабилизирующего отбора кодируемого им полипептида.
(Pereverzeva V.V., Dokuchaev N.E., Primak A.A., Dubinin E.A. Variability of the Cytochrome b Polypeptide in the Gray Red-Backed Vole (Craseomys rufocanus) // Biology Bulletin. 2022. Vol. 49, No. 2. Р. 147−158. DOI: 10.1134/S1062359022020145. Q4, IF 0.492. Переверзева В. В., Докучаев Н. Е., Примак А. А., Дубинин Е. А., Киселев С. В. Изменчивость гена цитохрома b мтДНК полевки-экономки (Alexandromys oeconomus Pallas, 1776) Северного Охотоморья // Успехи современной биологии. 2022. Т. 142, № 1. С. 90−104. DOI: 10.31 857/S0042132422010057. R; IFринц 0.929).

Рис. 7. Гаплотипы гена цитохрома b FKCP1-, FKCP2- и FKCP3-особей красно-серой полевки генетических субклад С1 и С2. Нуклеотидные замены представлены относительно нуклеотидной последовательности варианта KCPcb1. Сайты замен показаны от начала гена цитохрома b

Рис. 2. Средние даты откладки первого яйца (± SE) у семи видов птиц в зависимости от даты наступления безморозного периода (юлианская дата от 1 января). Линии показывают предсказанную моделью зависимость: пунктир — зависимость не достоверна; сплошная — зависимость достоверна; наклон достоверно отличается от полного соответствия; жирная — зависимость достоверна, наклон показывает полное соответствие дат

Впервые определена роль географических и биоклиматических факторов в распространении на Северо-Востоке Азии водных растений — ежеголовника северного (Sparganium hyperboreum) и ежеголовника всплывающего (S emersum). Ежеголовник северный самый распространенный вид в регионе, проникающий высоко в горы и далеко в Заполярье (рис. 5). Морфологически изменчивый ежеголовник всплывающий встречается реже и представлен двумя формами: широколистной — требовательна к сухости климата и теплообеспеченности, произрастает в основном в Якутии и узколистной — встречается преимущественно в восточной части региона. Распространение ежеголовников в первую очередь определяют средний диапазон дневной температуры, годовой температурный диапазон, количество осадков за год и осадки самого засушливого квартала. Полученные количественные оценки биоклиматических параметров дают возможность прогнозировать изменение границ ареалов ежеголовников в регионе при различных сценариях изменения климата.
(Mochalova O.A., Efimov D.Yu. Environmental Patterns of Distribution of Sparganium emersum and S. hyperboreum (Typhaceae) in Northeast Asia // Inland Water Biology. 2022. Vol. 15, No. 56. P. 784−793. DOI: 10.1134/S1995082922060153. Q4, IF 0.686).

Рис. 5. Распространение находок ежеголовников Sparganium по элементам рельефа на Северо-Востоке Азии: a — S. emersum s. str., б — S. emersum «rothertii», в — S. hyperboreum

Рис. 6. Распределение центрально-азиатской и берингийской гаплогрупп полевки-экономки в Северном Приохотье (обозначены соответственно кругами/секторами с черной и белой заливкой)