Лабораторія популяційної екології та моделювання, ІЕРІЖ

Основним напрямом діяльності лабораторії є вивчення механізмів і закономірностей формування демографічної та просторової структури популяцій, а також взаємовідносин між видовими угрупованнями популяційного рангу в природних та схильних до антропогенного впливу співтовариствах. Вивчення ролі екологічних чинників у процесах функціонування популяцій. Лабораторія проводить комплексне дослідження просторово-часової організації ссавців для оцінки співвідносної ролі екологічних, популяційних, організмових і органно-тканинних пристосувальних механізмів до умов середовища існування, що змінюються. Також співробітники лабораторії здійснюють математичне моделювання популяційних процесів. Проводиться комплексна еколого-економічна оцінка та диференціація територій як основи збереження біорізноманіття та стійкості біоценозів.

Вивчення популяцій проводяться на представниках кількох таксонів хребетних тварин:

Ссавці, загін Гризуни.

Вивчення ролі екологічних факторів у процесах функціонування популяцій цикломорфних ссавців на основі розробленої в лабораторії концепції функціонально-онтогенетичного підходу.
Розробка нових та удосконалення традиційних методів вивчення гризунів, у тому числі методів визначення індивідуального віку тварин, комплексних методів кількісної оцінки чисельності, методів оцінки швидкості старіння тварин та ін. у відкритих біологічних системах організмового та популяційного рангу.
Вивчення ролі циклічних процесів для формування елементарної хорологічної структури населення полевок.
Вивчення зональних особливостейлокальних континуумів видового населення різних фазах популяційного циклу.
Дослідження механізмів пристосувань цикломорфних ссавців до мінливих умов зовнішнього середовища, до екстремальних та техногенних факторів.
Динаміка популяцій дрібних ссавців у зоні локального радіоактивного забруднення (Східно-Уральський радіоактивний слід).
Феномен спленомегалії у ссавців. Статус явища, причини, індикація наявності шкідливого фактора в популяціях.
Багаторічний моніторинг динаміки провідних популяційних параметрів дрібних ссавців з вивчення ролі різних чинників у поступовій динаміці населення поширених видів гризунів у наземних біогеоценозах.
Аналіз факторів, що регулюють динаміку чисельності дрібних та великих ссавців – від польок до людини.
Математичне моделювання популяційних процесів.

Ссавці, загін Рукокрилі

Вивчення популяцій видів, що охороняються кажанів в природних і урбанізованих ландшафтах, їх трофічних зв'язків і поведінкових взаємин.
Проблеми охорони рідкісних видів.

Земноводні

Вивчення фауни, систематики та популяційної екології амфібій, а також питань, пов'язаних із охороною земноводних тварин.
Вивчення закономірностей популяційної динаміки амфібій та його адаптацій у процесі освоєння нових місцепроживання з прикладу випадково інтродукованих у нове середовище видів, у зв'язку з проблемою видів - вселенцев.

Основні досягнення лабораторії за останні роки:

• Вперше у світі на представниках класу ссавців (цикломорфні ссавці – дрібні гризуни) показано можливість поліваріантності онтогенетичного розвитку (дваальтернативного типу онтогенезу). (Рис.1). Раніше поліваріантність розвитку була відома для рослин та безхребетних тварин.

• Розроблено теоретичні та методологічні засади функціонально-онтогенетичного концептуального підходу у вивченні популяцій цикломорфних ссавців, який дав можливість інтерпретації широкого кола явищ, що належать до різних сторін взаємодії тварин із середовищем. Детально описано альтернативні типи постнатального онтогенетичного розвитку гризунів.

• Запропоновано та обґрунтовано механізм включення (неспецифічний тригер-механізм) того чи іншого шляху онтогенетичного розвитку, детермінованого комплексним впливом факторів середовища, коли на базі одного генотипу КОЖНИЙ два індивідуум успадковує програми Альтернативні (рис.2 Розвитку).

• Виявлено функціональну детермінованість більшості біологічних характеристик (демографічна та просторова структура, вікові маркери, онтогенетичні, морфологічні, морфофізіологічні, інтер'єрні нетрадиційні показники, резистентність та ін.) В умовах дії широкого спектру середовищних факторів.

• Встановлено, що збільшення внутрішньопопуляційної різноманітності, тобто. Диференціація особин на альтернативні типи онтогенезу з неминучістю призводить до збільшення ефективності потоку енергії: загальний прихід енергії з їжею повинен за інших рівних умов збільшуватися, а витрата зменшуватися.

• На основі аналізу провідних популяційних параметрів зроблено висновок про специфічність популяції кожного року народження. Встановлено, що перенесення популяційної інформації від тварин одного року до наступного здійснюється за допомогою особин типу II онтогенезу. Завдяки наявності представників усіх поколінь попереднього року народження уугрупованню особин, що перезимували, створюється можливість передачі генетичної інформації не тільки через послідовну зміну поколінь, а й безпосередньо від першого покоління одного року народження до першого покоління наступного року - «трансгенераційний» шлях передачі. (Мал. 3)

• Показано, що відповідь популяції широкий спектр впливів, і особливо несприятливих, залежить тільки від характеру і сили самого впливу, але неминуче переломлюється через її функціональну структурованість. Неспецифічна адаптивна реакція популяції на більшість нерегулярних екстремальних впливів як природної, так і антропогенної природи, принципово не відрізняється від пристосувань, вироблених еволюційно у відповідь на регулярно повторювані (звичні) несприятливі зміни середовища (зимово-осінньо-весняні умови). Відбувається "несвоєчасний запуск" механізму збереження, який історично властивий виду (популяції), але у відповідь на регулярні зміни середовища. Цей механізм відповідає ІІ типу онтогенезу. Іншими словами, на дію несприятливих специфічних факторів різної природи населення може відповідати єдиною неспецифічною адаптивною реакцією, яка подібно до стресу, не має жорсткого причинного зв'язку. На популяційному рівні нами розглядається не власне стрес (адаптаційний синдром по Г. Сельє), але його аналогія у світлі механізму інтегрованої адаптивної відповіді (Рис.4)

• Завершено багаторічний цикл досліджень функціонально-онтогенетичної детермінованості вікових змін зубів цикломорфних гризунів. Вперше за останні 40 років запропоновано методику для практичного визначення хронологічного та біологічного індивідуального віку коренезубих польок, що дозволило суттєво збільшити точність його.визначення, що має важливе теоретичне та прикладне значення.

• Реконструйовано часовий ряд динаміки чисельності мишоподібних гризунів у південно-тайговій зоні Уралу та описано хронографічні зміни популяцій окремих видів за період з 20-х років ХХ ст. по теперішній час.

• Розроблено концепцію елементарної хорологічної структури видового населення ссавців на основі локального підходу до вивчення різноманітних процесів формування та функціонування видового населення у масштабі реального часу. Вперше встановлено, що фундаментальні відмінності між видами з - і К - стратегіями життєвих циклів особин зберігаються і на популяційному рівні. Цей висновок робить конкретний внесок у розвиток теорії природного відбору на популяційному рівні. (Мал. 5)

• Проведено ідентифікацію уральських лісових мишей як Sylvaemus Uralensis Pall. та встановлена їхня приналежність східно-європейській каріоморфі. Показано, що мала лісова миша з бореальної зони Уралу за габітуальними і краніальними ознаками є більшим різновидом і морфологічно специфічна. (Рис.6)

• Проаналізовано процес абразивного зносу молярів в онтогенезі у малої лісової миші. Показано сезонну, фізіологічну та морфотипну мінливість цього вікового маркера, можливості використання у дослідженнях демографії популяцій.

• На основі багаторічного масового мічення дрібних ссавців тетрацикліновою міткою в зоні локального радіоактивного забруднення (ВУРС) доведено визначальну роль міграцій та значущість конфігурації зони забруднення в радіоадаптації тварин. Зроблено висновок, що в зоні ВУРСа, як і на будь-яких локальних техногенно забруднених територіях, мешкає населення гризунів із змінним складом, що єпереконливим доказом відсутності ізоляції. Міграції тварин на вузькій та протяжній території ВУРСу суттєво знижують можливість закріплення адаптивних змін у черзі поколінь гризунів вагільних видів та є основою передачі радіаційно-індукованих ефектів на суміжні території. Факт непостійності населення дрібних ссавців слід враховувати у широкому спектрі досліджень під час аналізу віддалених наслідків будь-якого техногенного впливу тварин.

• Встановлено, що в даний час багато водоймищ Уралу, після зниження токсичного забруднення (Рис.7) в більшості вже перейшли через критичну стадію до більш стабільної її модифікації, але відмінної за структурою від природної. Для незворотно змінених водойм - приймачів виробничих стічних вод формування вихідного рибного співтовариства фактично виключено і у складі іхтіофуни починають домінувати види - вселенці.

• Одночасне вивчення плодючості, віку та розміру тіла при дозріванні амфібій дозволило встановити, що дозрівання генерації при найбільших розмірах тіла не призводить до збільшення репродуктивного успіху, оскільки дозрівання при порівняно дрібних розмірах тіла супроводжується збільшенням тривалості життя і, відповідно, кількості репродуктивних періодів на особину. Наслідком цього є і те, що з дослідженні географічної мінливості дані, отримані протягом лише репродуктивного періоду, некоректно характеризують саме географічні відмінності (Рис. 8)

• Встановлено, що в межах популяцій амфібій постійно проявляється значна мінливість швидкості росту та розвитку личинок, яка визначається як індивідуальною мінливістю в межах потомства однієї самки, так і відмінностями в умовах зростання тарозвитку у різних водоймах. Розмах популяційної мінливості такий, що охоплює весь спектр географічної мінливості, що дозволяє стверджувати, що географічні відмінності можуть визначатися не дією відбору, а реалізацією тієї чи іншої частини мінливості спектра в межах єдиної норми реакції. І тут відпадає необхідність спеціальних онтогенетичних адаптацій за умов існування.